监控系统在粮食储备库中的优化设计

韩光辉，魏鹏飞

（中粮工程科技（郑州）有限公司，河南 郑州 450053）

监控系统在粮食储备库中的优化设计

韩光辉，魏鹏飞

（中粮工程科技（郑州）有限公司，河南 郑州 450053）

以粮食储备库的控制系统项目为背景，重点阐述西门子WINCC7.0在粮食储备库的优化设计。本文介绍系统硬件的组成，PLC与上位机的通讯，使用WINCC组态软件开发上位机的HMI界面，通过实施获得了较好的控制效果。WINCC监控系统的优化设计，提高了系统的易用性，减少了设备停机时间，避免了操作员的误操作等。

粮食储备库；自动控制；上位机监控

1 项目简介

该项目是一个新建项目，主要实现针对汽车来粮接收的自动控制。本系统的被控对象包括斗提式输送机、皮带输送机、电动闸阀门、除尘除杂设备和通风设备等。从工艺上讲，本项目只有进仓流程，主要实现进仓作业的自动化控制。从被控对象上看，设备类型多、数量多。

从粮食储备库工况来看，闸阀门、传感器、除尘器经常发生故障，需要特别处理以减少设备停机时间。从人员上看，本项目的操作员不熟悉自动控制系统，上位机监控系统的开发必须注重实用性、易用性，尽量从技术上减少操作员的错误操作。

2 PLC S300+WINCC7.0的系统构成

本项目按照集中管理、分散控制的思想。控制系统从功能上分为三部分：上位机操作员站、下位机控制站、通信网络。由现场检测装置、现场开关、急停开关、现场操作箱、PLC、工业交换机及工控机等构成[1]。

2.1 操作员站

操作员站作为人机交互界面，实现生产作业操作和设备的监控功能，负责生产数据的采集与管理等。选用一台研华IPC-810E工业控制计算机作为操作员站，采用西门子WINCC7.0开发监控系统。

2.2 下位机控制站

控制站作为整个控制系统的核心，实现设备的逻辑控制、数据采集、数据处理、通讯等功能。控制站采用标准模块式结构化PLC：电源模块、CPU、输入模块、输出模块和通讯模块等，构成一个完整的PLC应用系统。

2.3 通讯网络

通讯网络负责数据传输，其可靠性、实时性事关重大。本系统选用西门子CPU315-2EH作为主控制器，带有2个以太网口和1个DP总线接口，CPU向上通过工业交换机与工控机实现数据交换，向下通过DP总线与PLC从站及仪表通讯。控制系统整体网络如图1所示。

图1 控制系统网络结构图

3 PLC程序的开发

PLC程序采用模块化结构。根据项目设备类型和工艺要求来编写各控制功能块。主要控制模块包括主设备控制功能块、辅助设备控制功能块、故障处理功能块、流程选择功能块和IO转换功能块等。

根据设备的不同类型，建立相应设备的结构变量，选择相应的控制功能块就可以很大程度上提高编程效率。设备单机控制包括斗提机控制、皮带机控制、除尘除杂设备控制、闸阀门控制和轴流风机控制等。

根据流程作业的要求，编写流程初始化程序、流程选择程序、流程控制程序。其中，流程控制程序包括输送设备的启停逻辑控制、除尘器的启停逻辑控制、闸阀门的开关逻辑控制等。其他还包括电表数据处理程序、报警处理程序、程序测试、控制系统通讯状态等。

4 WINCC监控画面的开发

监控系统开发从实用性、易用性的角度出发，包括登录画面、总工艺画面、流程选择控制、阀门管理、报警总览、电能管理、参数设置和系统配置。其中，总工艺画面作为主画面，监控画面结构如图2所示。

图2 上位机监控画面结构图

4.1 总工艺画面的设计

总工艺画面作为操作员作业时主要监控画面，可以分为标题栏区、画面导航区、流程信息显示区、系统按钮区、工艺画面区和报警区等6个区域，如图3所示。

图3 系统的总工艺画面图

标题栏区显示了设计单位、项目名称、当前操作员名称及当前时间，画面导航区用于不同画面的切换，这两个区域是所有画面的共享区域。流程信息显示区显示当前作业流程的类型、流程号、流程状态、使用设备等。系统按钮区包括全局连锁、全局故障复位、总急停、开车预警和报警测试等。报警区用于显示当前最新报警，并启动声光报警器来提示操作员。工艺画面区显示粮食物流总工艺，包含所有可监控设备。通过设备的颜色变化可直观显示出设备的状态，如运行为绿色、故障为红色、单机为黄色、连锁为蓝色等。通过鼠标左键点击该设备在弹出的操作窗口中，可对该设备进行单机启停、手自动切换、故障复位、设备状态查看等操作。通过仓上提示的信息能快速查看到正在进行的进仓作业。对于一个新的操作员，通过设备主要颜色、鼠标操作提示功能可以快速适应系统，减少误操作。

4.2 分画面的设计

本系统分画面设计按照功能划分，清晰明了，操作简洁，避免了操作员的误操作。

流程选择控制画面包括进仓流程选择、流程控制、流程信息显示等功能，流程控制包括流程保存、流程取消、流程启动、流程停止和流程急停等。流程控制信息显示所选择流程的基本信息，包括流程号、流程作业类型以及此流程使用的设备。

阀门管理画面由于工况复杂，经常会出现阀门传感器故障的情况，为了减少设备停机，当现场阀门传感器故障时，在手动将阀门摇到位时，在确认阀门位置后，仍然可以使用流程进行作业。报警画面显示所有被监控的设备的报警信息，包括报警设备、报警类型、报警时间等。电能管理画面显示设备的运行电流、额定电流、电流百分比设定，其中电流百分比的设定需要获得授权。参数设置在调试时为避免失速和堵料传感器报警，为了减少设备停机时间，可以设置故障信号不停机；设备故障屏蔽后还有故障报警，但不会再因故障导致停机。该功能同样需要获得授权。系统配置画面可显示控制系统的硬件配置，监控各PLC站状态，修改操作员密码，变更登录等功能。

4.3 权限分级管理

本系统设置了三级账号管理，即操作员级、电工级、工程师级。由于本项目为2家企业共用，为了防止操作员误操作，系统通过权限管理，实现了不同单位不同级别账号拥有不同的授权。操作员用户用于正常作业，电工用户用于设备故障或设备运行参数变化时；工程师用户用于设计单位在系统调试时使用。其中，操作员用户的授权包括过程监控、窗口选择、设备启停，流程选择和系统退出等功能。电工用户的授权包含操作员用户的所有授权，但是同时拥有电能管理和参数设置的授权。

4.4 单机操作窗口的开发

本项目中单机操作窗口如图4所示，操作窗口的画面布局分为6个区域，分别是设备标题区、设备静态信息区、设备传感器显示区、设备状态显示区、设备控制区和设备辅助功能区。

图4 斗提机操作窗口画面图

设备标题区的设计可以使操作员清楚地知道自己将要操作的设备。设备静态信息区的设计可以使操作员清楚每个设备的位置、功率、控制回路的位置等，以便在故障发生时，可以结合报警信息指导电工快速找到问题，解决问题。设备传感器显示区的设计使操作员可以实时查看设备保护装置状态。设备状态显示区的设计使操作员可以集中管理现场设备的运行状态，当有故障发生时第一时间看到设备故障情况。设备控制区包括自动、手动、启动、停止4个按钮，当设备处于流程作业时，4个按钮是不能操作的，这样设计提高了流程作业的安全性，防止了操作员的误操作。设备辅助功能区包括故障清除和退出，当设备发生故障时，只有现场设备故障排除后，故障清除按钮才能清除程序中的故障状态。

5 结语

本项目所设计的基于西门子PLC S300+WINCC7.0的控制系统，实现了对粮食储备库的自动控制。清晰明了、信息丰富、操作简洁、人机交互友好的主画面设计和单机窗口设计，提高了系统的易用性和可操作性；参数设置、阀门管理分画面设计，减少了系统故障停机时间，提高了系统的灵活性；按功能划分的各画面、控制按钮分时可用、权限管理等设计，避免了操作员的误操作；程序测试功能作为操作员实战演练的工具，得到了操作员的一致好评。

[1]许德刚，肖人彬.我国智能化粮食物流系统现状及发展趋势[J].河南工业大学学报（社会科学版），2009，5（2）：22-26.

[2]邱星亮，游彩虹.锦州港现代粮食物流控制系统的设计与应用[J].粮食流通技术，2009，15（3）：25-27.

[3]杜海涛.基于西门子S7400+WINCC7.0在单吹钝化颗粒镁装置中的应用[J].中国科技博览，2014，15（3）：27-28.

[4]苏昆哲.深入浅出西门子Wincc V6[M].2版.北京：北京航天航空航空大学出版社，2004.

[5]廖常初.S7300/400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

Optimized Design of Monitoring System in Grain Reserve

Han Guanghui, Wei Pengfei
（COFCO Engineering & Technology (Zhengzhou) CO., Ltd., Zhengzhou 450053, China）

Based on the project of grain reserve control system, the design optimization of WINCC7.0 in Grain Reserve was emphasized. This paper introduced the composition of the system hardware, the communication between the PLC and the host computer, the use of WINCC confi guration software to develop the host computer's HMI interface, the better control effect is obtained through the implementation. The optimal design of WINCC monitoring system improves the system's ease of use, reduces the downtime of the equipment, and avoids the operator's misoperation

Grain reserve; Automatic control; PC monitor

TP273.5

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.22.028

韩光辉（1988-），男，硕士研究生，助理工程师；专业方向为控制工程。

魏鹏飞（1986-），男，硕士研究生，工程师；专业方向为控制理论与控制工程。