組態控制技術在大米加工生產線中的應用

黃林志

摘要：組態主要是使用組態軟件制作人機界面及控制方案，通過開發驅動接口和一些控制系統相連，并與相應的硬件設備連接通訊。組態軟件內部集成了市面上大部分產品的驅動，能夠為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能。文章介紹了大米生產線組態控制系統的作用，闡述了大米加工生產線組態工程主要功能的設計與互聯網數據的發布方法，以期達到生產管理數據化和提高生產效率的目的。

關鍵詞：自動化控制；組態控制技術；大米加工

中圖分類號：TS212.3 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20220427

Application of Configuration Control Technology in Rice Processing Line Huang Linzhi

（ Hunan Chenzhou grain and Oil Machinery Co.， Ltd.， Chenzhou， Hunan 423000 ）

Abstract： Configuration mainly uses configuration software to make Human and Machine Interface and control scheme， connects with some control systems through the development of drive interface， and connects and communicates with the corresponding hardware equipment. The configuration software integrates the drivers of most products in the market， and can provide users with a monitoring function of quickly building an industrial automatic control system. This paper introduces the function of the configuration control system of rice production line， and expounds the design of the main functions of the configuration engineering of rice processing production line and the publishing method of Internet data， to achieve the purpose of digitalization of production management and improvement of production efficiency.

Key word： automatic control， configuration control technology， rice processing

我國是世界上最大的大米生產國和消費國，2020年大米產量1.47億t，占全球大米產量的29%[1]。隨著我國技術裝備水平的迅速提升、互聯網技術的運用、人工成本持續上升的推動和人們對大米質量要求的提高，近年來我國稻米加工業逐漸從傳統產業向“智能化”方向發展。

目前，大多數糧食加工廠的電氣控制采用常規控制電路，即通過按鈕、電氣開關、常規儀表控制各設備。由于各設備的信息并未全方位地反饋給操作者，操作人員很難全面了解各設備的現場運行狀況，無法實現對加工設備的實時控制[2]。“損耗大、效率低、可靠性差，缺少模塊化、智能化、信息化”是目前國內外糧食加工裝備存在的共性問題[3]。

組態軟件是指一些數據采集與過程控制的專用軟件，具有靈活的組態方式，內部集成了市面上大部分產品的驅動，能夠為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能。在組態概念出現之前，要實現某一任務，都是通過編寫程序（如使用BASIC、C等）來實現的。編寫程序工作量大，專業要求高，需要針對不同的設備專門編寫，周期長且易出錯。組態軟件的出現，解決了這個問題。對于過去需要幾個月的工作，通過組態軟件幾天就可以完成。目前應用較為成熟的組態王、MCGS等組態軟件為各種工控設備和控制系統的通訊提供支持，實現了連接各種控制設備及控制系統的綜合上位監控[4]。

在大米生產線上應用組態控制技術，能夠提高對大米生產線的監控管理，提升其加工效率。為方便操作人員對大米生產線各設備運行狀態的了解和控制，本文擬將實時狀態顯示、故障報警、數據記錄等組態控制技術應用于大米加工的糙米段、普米段、精米段、打包段。

1 大米加工生產線的組成

大米加工生產線自動監控及管理系統由大米加工生產組態控制系統（軟件安裝于PC機中）、觸模屏、可編程控制器（PLC）、檢測傳感器、低壓成套電控柜等組成。監控計算機可與單位的局域網相連，實現數據共享[5]。

用戶在組態環境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態工作后，生成擴展名為“.mcg”的工程文件，又稱為組態結果數據庫，其與MCGS運行環境一起，構成了用戶應用系統，統稱為“工程”[6]，即組態工程。

2 組態控制技術在大米生產線上的應用

2.1 大米加工生產線工藝及要求

本文研究的大米加工生產線的工藝流程如圖1所示。

該大米生產線日處理稻谷250 t?？刂埔螅簩ιa過程中的故障及現場檢測裝置的狀態進行實時檢測、記錄并產生報警輸出。報警信息包含報警時間、設備安裝位置、電氣回路安裝位置、電氣編號等相關信息。自動統計倉容，設備故障報警實時提示，靈活切換手動、自動模式，歷史倉容查詢。

2.2 大米加工生產線組態工程功能的設計

圖2為大米生產線組態工程中糙米段控制界面。該大米生產線組態工程由北京亞控科技發展有限公司的軟件組態王6.60版制作。大米加工生產線組態工程主要設計了設備運行狀態監控、發送操作指令和操作數據、故障報警提示和故障處理、統計各存儲倉的實時倉容、計算相關生產數據以及生成數據報表功能。

2.2.1 設備運行狀態監控

對生產過程中的故障及現場檢測裝置的狀態進行實時檢測，并將各設備狀態在計算機顯示器中顯示，通過不同顏色和狀態來反映設備的運行狀態。每個設備對應一個小圓圈；使用綠色表示設備正在運行，黑色表示設備停止，紅色表示設備故障。碾米機、拋光機等大電流設備宜增加電流監控。通過互感器和模擬輸入模塊，將設備電流信息傳入可編程邏輯控制器（PLC），組態工程從PLC對應地址讀取相應信息，并可在適當位置顯示該電流讀數。組態程序還可通過通訊連接流量稱，收集流量稱工作狀態、累計流量、實時流量等信息。

2.2.2 發送操作指令和操作數據

大米生產線大致可分為5個生產段：原糧段、糙米段、普米段、精米段、打包段。原糧段是指稻谷入倉清理去除大雜、輕雜的過程；糙米段是指稻谷去殼成為糙米的過程；普米段是指將糙米去除油糠成為普米的過程；精米段是指普米經過拋光去除表面糠粉的過程；打包段是指將米打包裝袋的過程。

可通過控制界面進行生產操作。在自動模式下，選擇好入倉倉號及原糧倉倉號后，按某段的運行按鈕即可啟動該段設備，設備將依次啟動。設備啟動后，畫面對應設備的狀態也出現相應提示。也可通過設備對應的按鈕，來手動單獨啟動和停止某一臺設備。先將模式切換到手動，再按下設備對應的按鈕，即可停止或者啟動該設備。如需調整產量，修改出料閘門開口大小即可。如更換原糧后需要跳過某些設備，也可開啟對應的氣動三通如圖3，來調整對應加工工藝。當三通（ST4A）開啟后，自動啟動時，將跳過拋光機3的啟動，而啟動提升機23設備（啟動順序由后至前）。

2.2.3 故障報警提示和故障處理

記錄并產生報警輸出。生產過程中，某臺設備出現故障，如過載停機。該設備對應的按鈕將顯示為紅色，并彈出報警窗口，報警窗口中包含該臺設備名稱、報警類型、報警時間等信息。精準定位報警位置和故障設備。報警后如需停止某些設備，也可通過PLC程序控制，停止相關設備，如料滿報警則停止對應下料閘門等。

在歷史報警窗口還可以查看歷史報警故障信息，包含報警時間、設備安裝位置、電氣回路安裝位置、電氣編號等。在產生報警的同時，也會將數據記錄到鏈接好的對應數據庫文件中。系統支持的數據庫軟件有：Microsoft Access、MySQL等。

2.2.4 統計各存儲倉的實時倉容

倉容實時顯示界面如圖4所示。并且每次加工結束時，還可以顯示本次入倉量和出倉量，以及入倉倉號和出倉倉號，并配有料滿指示燈，該指示燈采集阻旋料位器的信號，阻旋料位信號持續5 s以上，則認為該倉已經料滿。料滿時報警蜂鳴器開啟，并關閉對應下料閘門，防止倉滿溢出。

2.2.5 相關生產數據處理

通過對各流量秤、打包秤、智能電表等設備的數據采集，計算出本次加工的出糙率和普米率等相關生產信息，為倉容統計功能、數據報表等提供原始數據。數據經過處理可顯示在組態控制界面上，便于操作人員掌握各生產設備狀態，實現生產管理數據化。流量稱數據采集主要使用485通訊方式，使用USB-485轉換器，與工控機進行通訊。目標設備（流量秤、打包秤、智能電表等）串口的通訊參數設置界面如圖5所示。

2.2.6 成數據報表

生產數據經過對應處理后集中顯示在報表中。通過組態控制系統的數據報表，可以實時查看各成品倉的倉容、溫度等整條生產線的各相關數據資料，并設置有保存和打印功能。

生產過程中的報表可以保存在PC端相應位置，保存方式可以手動保存，也可設置自動保存（如每天固定時間保存，或者每加工一次糧食后保存）。依據保存的目錄位置查看對應報表。

2.3 互聯網數據發布

通過互聯網技術，將生產中的數據發布至網站，方便管理者遠程監控。頁面發布設置如圖6所示。將需要發布的數據信息都集中在一個或者幾個界面，統一發布至網站，以實現管理人員遠程通過互聯網技術實時查看所需要的生產數據。

3 結 語

本研究將組態控制技術應用于大米加工生產線，設計的組態工程界面簡潔明了，工藝路線清晰，可以方便用戶理解整條生產線的加工工藝。其故障報警提示功能，十分明了地顯示了故障位置，方便維修人員處理，減少了故障排查的時間，提高了生產效率、管理效率以及管理精準度。

參 考 文 獻

[1]鄭紅明.2021年中國稻谷（大米）產業報告[N].糧油市場報，2021-11-16（T10）.

[2]李維強.大米加工的自動化監控系統[J].糧食加工，2018，43（6）： 28-29.

[3]張興振，曹憲周.糙米加工技術及裝備研究進展[J].糧食科技與經濟，2021，46（6）：114-117.

[4]曹瑜，陳偉吳，彥霖.基于組態控制技術實現自動控制系統的平臺建設[J].有色金屬設計，2018，45（4）：106-108.

[5]張天堂.大米加工生產自動化監控系統[J].糧食加工，2004（3）： 28-30.

[6]王玉鐸.組態控制技術探析[J].科技與企業，2015（1）：82.