组态控制技术在大米加工生产线中的应用

黄林志

摘要：组态主要是使用组态软件制作人机界面及控制方案，通过开发驱动接口和一些控制系统相连，并与相应的硬件设备连接通讯。组态软件内部集成了市面上大部分产品的驱动，能够为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能。文章介绍了大米生产线组态控制系统的作用，阐述了大米加工生产线组态工程主要功能的设计与互联网数据的发布方法，以期达到生产管理数据化和提高生产效率的目的。

关键词：自动化控制；
组态控制技术；
大米加工

中图分类号：TS212.3 文献标识码：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

我国是世界上最大的大米生产国和消费国，2020年大米产量1.47亿t，占全球大米产量的29%[1]。随着我国技术装备水平的迅速提升、互联网技术的运用、人工成本持续上升的推动和人们对大米质量要求的提高，近年来我国稻米加工业逐渐从传统产业向“智能化”方向发展。

目前，大多数粮食加工厂的电气控制采用常规控制电路，即通过按钮、电气开关、常规仪表控制各设备。由于各设备的信息并未全方位地反馈给操作者，操作人员很难全面了解各设备的现场运行状况，无法实现对加工设备的实时控制[2]。“损耗大、效率低、可靠性差，缺少模块化、智能化、信息化”是目前国内外粮食加工装备存在的共性问题[3]。

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，具有灵活的组态方式，内部集成了市面上大部分产品的驱动，能够为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能。在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC、C等）来实现的。编写程序工作量大，专业要求高，需要针对不同的设备专门编写，周期长且易出错。组态软件的出现，解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态软件几天就可以完成。目前应用较为成熟的组态王、MCGS等组态软件为各种工控设备和控制系统的通讯提供支持，实现了连接各种控制设备及控制系统的综合上位监控[4]。

在大米生产线上应用组态控制技术，能够提高对大米生产线的监控管理，提升其加工效率。为方便操作人员对大米生产线各设备运行状态的了解和控制，本文拟将实时状态显示、故障报警、数据记录等组态控制技术应用于大米加工的糙米段、普米段、精米段、打包段。

1 大米加工生产线的组成

大米加工生產线自动监控及管理系统由大米加工生产组态控制系统（软件安装于PC机中）、触模屏、可编程控制器（PLC）、检测传感器、低压成套电控柜等组成。监控计算机可与单位的局域网相连，实现数据共享[5]。

用户在组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为“.mcg”的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”[6]，即组态工程。

2 组态控制技术在大米生产线上的应用

2.1 大米加工生产线工艺及要求

本文研究的大米加工生产线的工艺流程如圖1所示。

该大米生产线日处理稻谷250 t。控制要求：对生产过程中的故障及现场检测装置的状态进行实时检测、记录并产生报警输出。报警信息包含报警时间、设备安装位置、电气回路安装位置、电气编号等相关信息。自动统计仓容，设备故障报警实时提示，灵活切换手动、自动模式，历史仓容查询。

2.2 大米加工生产线组态工程功能的设计

图2为大米生产线组态工程中糙米段控制界面。该大米生产线组态工程由北京亚控科技发展有限公司的软件组态王6.60版制作。大米加工生产线组态工程主要设计了设备运行状态监控、发送操作指令和操作数据、故障报警提示和故障处理、统计各存储仓的实时仓容、计算相关生产数据以及生成数据报表功能。

2.2.1 设备运行状态监控

对生产过程中的故障及现场检测装置的状态进行实时检测，并将各设备状态在计算机显示器中显示，通过不同颜色和状态来反映设备的运行状态。每个设备对应一个小圆圈；
使用绿色表示设备正在运行，黑色表示设备停止，红色表示设备故障。碾米机、抛光机等大电流设备宜增加电流监控。通过互感器和模拟输入模块，将设备电流信息传入可编程逻辑控制器（PLC），组态工程从PLC对应地址读取相应信息，并可在适当位置显示该电流读数。组态程序还可通过通讯连接流量称，收集流量称工作状态、累计流量、实时流量等信息。

2.2.2 发送操作指令和操作数据

大米生产线大致可分为5个生产段：原粮段、糙米段、普米段、精米段、打包段。原粮段是指稻谷入仓清理去除大杂、轻杂的过程；
糙米段是指稻谷去壳成为糙米的过程；
普米段是指将糙米去除油糠成为普米的过程；
精米段是指普米经过抛光去除表面糠粉的过程；
打包段是指将米打包装袋的过程。

可通过控制界面进行生产操作。在自动模式下，选择好入仓仓号及原粮仓仓号后，按某段的运行按钮即可启动该段设备，设备将依次启动。设备启动后，画面对应设备的状态也出现相应提示。也可通过设备对应的按钮，来手动单独启动和停止某一台设备。先将模式切换到手动，再按下设备对应的按钮，即可停止或者启动该设备。如需调整产量，修改出料闸门开口大小即可。如更换原粮后需要跳过某些设备，也可开启对应的气动三通如图3，来调整对应加工工艺。当三通（ST4A）开启后，自动启动时，将跳过抛光机3的启动，而启动提升机23设备（启动顺序由后至前）。

2.2.3 故障报警提示和故障处理

记录并产生报警输出。生产过程中，某台设备出现故障，如过载停机。该设备对应的按钮将显示为红色，并弹出报警窗口，报警窗口中包含该台设备名称、报警类型、报警时间等信息。精准定位报警位置和故障设备。报警后如需停止某些设备，也可通过PLC程序控制，停止相关设备，如料满报警则停止对应下料闸门等。

在历史报警窗口还可以查看历史报警故障信息，包含报警时间、设备安装位置、电气回路安装位置、电气编号等。在产生报警的同时，也会将数据记录到链接好的对应数据库文件中。系统支持的数据库软件有：Microsoft Access、MySQL等。

2.2.4 统计各存储仓的实时仓容

仓容实时显示界面如图4所示。并且每次加工结束时，还可以显示本次入仓量和出仓量，以及入仓仓号和出仓仓号，并配有料满指示灯，该指示灯采集阻旋料位器的信号，阻旋料位信号持续5 s以上，则认为该仓已经料满。料满时报警蜂鸣器开启，并关闭对应下料闸门，防止仓满溢出。

2.2.5 相关生产数据处理

通过对各流量秤、打包秤、智能电表等设备的数据采集，计算出本次加工的出糙率和普米率等相关生产信息，为仓容统计功能、数据报表等提供原始数据。数据经过处理可显示在组态控制界面上，便于操作人员掌握各生产设备状态，实现生产管理数据化。流量称数据采集主要使用485通讯方式，使用USB-485转换器，与工控机进行通讯。目标设备（流量秤、打包秤、智能电表等）串口的通讯参数设置界面如图5所示。

2.2.6 成数据报表

生产数据经过对应处理后集中显示在报表中。通过组态控制系统的数据报表，可以实时查看各成品仓的仓容、温度等整条生产线的各相关数据资料，并设置有保存和打印功能。

生产过程中的报表可以保存在PC端相应位置，保存方式可以手动保存，也可设置自动保存（如每天固定时间保存，或者每加工一次粮食后保存）。依据保存的目录位置查看对应报表。

2.3 互联网数据发布

通过互联网技术，将生产中的数据发布至网站，方便管理者远程监控。页面发布设置如图6所示。将需要发布的数据信息都集中在一个或者几个界面，统一发布至网站，以实现管理人员远程通过互联网技术实时查看所需要的生产数据。

3 结 语

本研究将组态控制技术应用于大米加工生产线，设计的组态工程界面简洁明了，工艺路线清晰，可以方便用户理解整条生产线的加工工艺。其故障报警提示功能，十分明了地显示了故障位置，方便维修人员处理，减少了故障排查的时间，提高了生产效率、管理效率以及管理精准度。

参 考 文 献

[1]郑红明.2021年中国稻谷（大米）产业报告[N].粮油市场报，2021-11-16（T10）.

[2]李维强.大米加工的自动化监控系统[J].粮食加工，2018，43（6）：
28-29.

[3]张兴振，曹宪周.糙米加工技术及装备研究进展[J].粮食科技与经济，2021，46（6）：114-117.

[4]曹瑜，陈伟吴，彦霖.基于组态控制技术实现自动控制系统的平台建设[J].有色金属设计，2018，45（4）：106-108.

[5]张天堂.大米加工生产自动化监控系统[J].粮食加工，2004（3）：
28-30.

[6]王玉铎.组态控制技术探析[J].科技与企业，2015（1）：82.

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