智能控制系统在粮油罐区中的应用探索

刘俊辉 唐魏

摘 要：随着国家工业4.0的推動，结合更智能化的控制设备及大数据等先进技术，使粮油罐区生产高度数字化、自动化、信息化，同时为企业控制系统、企业云各类管理系统以及工业云服务平台的各类应用和服务提供数据支撑。智能控制系统基于该目的应运而生，本文结合实例对智能控制系统在粮油罐区生产过程中的数字化、智能化应用进行了简要分析。

关键词：智能控制;粮油罐区;MES工单;路径规划;收发油调油能耗

1概述

某大型粮油企业新建粮油生产工厂，占地面积3.8万平方米。罐区共计63个油罐，其中生产罐区8个5000T油罐、4个3000T油罐;物流罐区11个3000T油罐、8个10000T油罐;包装调和罐区12个1000T原料罐、6个200T原料罐、2个500T原料罐、12个30T调和罐。另外整个厂区还有5组包装生产线、5个回油箱、3个回油缓存箱。整个罐区参与控制的设备数量较多，油罐、油管上的阀门就有将近600个。

为满足数字化、智能化建设需求，罐区监控在设计阶段对整条生产线的规划提出了较高的需求。罐区的监控需对接MES系统，罐区的槽车收发油、码头收发油、调油、倒罐、冲洗、充氮等业务流程全通过MES下发工单驱动。罐区监控室的操作人员不在手动逐个设备进行操作。由MES下发各类型业务工单给到罐区智能控制系统，罐区智能控制系统自动解析MES下发的各类型订单，同时自动组织路径，由中控室操作人员在一键复核是否可以一键启动业务工单。当确认可以启动时，操作人员一键启动，整个业务流程将会自动执行，执行完成后将相关的实际数据以及本工单所消耗的能耗反写入MES工单，反馈给MES系统。当MES系统出现故障时，智能控制系统需要能手动创建各业务流程工单，并执行。在当MES系统恢复后，将手动创建的工单信息反馈给MES系统。同时罐区智能控制系统需要与车间、包装线进行系统对接。

2智能化、数字化应用需求分析

目前粮油罐区的业务有槽车收油、散油车发油、码头收油、码头发油、食用油调和、管道冲洗、充氮系统、油罐倒罐、回油处理等。参与每个业务流程的罐区设备主要有阀门、油泵、仪表。而业务流程的路径都是很繁琐，每次操作的路径根据工单不同而不同。当由中控室操作人员手动操作时，需要顺序操作路径上的所有阀门。当业务流程涉及多个油罐时，就会存在多条路径。如果由操作人员进行手动逐个操作时，则每个路径上的设备都需要手动操作，且等待某个路径完成后，又操作同一工单的其他路径设备。该过程是非常繁琐，且容易造成生产事故。目前粮油罐区业务流程的执行存在人工投入大、且容易在生产过程中造成生产事故等问题。智能化、数字化工厂是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络，数字化工厂的基础包含生产自动化、信息流自动化。本智能控制系统实现罐区设备的监控、工单的一键启动执行（不需要逐个操作单个设备）。通过该系统大大减少了罐区人力投入，由于业务流程的一键启动执行，降低了中控室操作人员的操作要求。同时也能实现对具体每个工单所产生的能耗进行统计分析。智能控制系统同时也预留接口给第三方系统，如将设备的运行时间传送给设备管理系统。

3智能控制系统构成

本系统的网络架构主要分为三层，现场设备层、控制层、应用层。设备主要由PLC、服务器、操作站、交换机、以及现场的设备组成。

智能控制系统部署在中央集控中心，中央集控室的冗余服务器与现场的PLC控制器通过以太网进行数据交互。PLC控制采用分布式IO通过以太网进行通讯，与现场各压力仪表、多点温度、雷达液位计、质量流量计、散油称系统、装车仪系统等系统/设备采用以太网、Profibus-DP、Profibus-PA、Modbus-TCP、Modbus-RTU等通讯协议进行通讯。各油泵、阀门采用硬接线的方式接入就近远程IO站进行信号采集与控制。同时罐区能耗计量仪表采用Modbus-RTU通讯方式接入就近通讯网关。中央集控中心采用冗余机制，提高系统运行的稳定性及可靠性，同时在中央集控室还有一台服务器专用于MES系统对接。

4粮油罐区智能控制系统应用实现

智能控制系统通过与MES系统对接，实现罐区各种业务流程（槽车收油、散油车发油、管道收油、管道发油、食用油调和、管道冲洗、充氮系统、油罐倒罐、回油处理）工单的执行，并反馈执行结果。当MES系统出现异常情况时，智能过程控制系统需支持手动创建各业务流程工单，供操作人员一键执行。待MES系统恢复正常后，将手动创建的MES工单数据写入MES系统。下面就以槽车收油、散油车发油、管道收油、管道发油、调油、倒罐业务流程为例进行说明，其余冲洗、充氮、回油等业务流程的处理过程类似。

4.1收槽车收油功能应用实现

业务部门根据采购订单生成相应的到货单到MES系统，MES系统将订单相关信息（到货单号、车牌号、物料信息、磅单号、进油罐号、卸油口、数量、合同号、泵号、日期等）发送给粮油罐区智能控制系统。罐区智能控制系统解析该订单，并在相应的操作界面弹窗提示新的订单，由中控室操作人员复核订单信息后，一键启动该订单的执行。在执行过程中，智能控制系统实时将订单状态告知MES系统，同时在执行完成后，智能控制系统将实际收油量、实际收油时间、进油罐号等信息反写入MES工单。

槽车收油过程中，由于同一个MES工单中一个进油罐对应多个收槽车，所以在完成一个收槽车卸油后，控制系统需要具备暂停及继续收油功能，智能控制系统具备工单执行过程中的暂停、继续以及结束功能。

4.2散油车发油功能应用实现

散油车的发油过程与收槽车收油过程基本相似，由计划部门制定相应的工单至MES系统，MES下发相应的工单信息（发货单号、车牌号、物料信息、鹤位号、出油罐号、数量、合同号、泵号、日期等）至智能控制系统。操作人员在智能控制系统一键复核订单信息确认，确认无误后一键启动订单执行，工单执行结束后返回相应的信息至MES系统。

4.3管道收油功能应用实现

管道收油与槽车收油过程是类似的，不同的是一个工单中包含多个进油罐号。MES系统下发的工单信息（到货单号、船号、物料信息、罐号、数量、合同号、供油单位、泵号、日期等）至智能控制系统。操作人员在智能控制系统一键复核工单信息后，启动订单执行，执行完成后返回相应的信息到MES系统。

管道收油过程比槽车收油过程复杂，一个MES工单对应的可能存在多个油罐的情况，管道收油过程持续时间可能几个小时、一天、甚至多天连续的情况都有。智能控制系统能够在接收MES工单后，经操作人员确认工单信息后，自动组织进多个油罐的路径，根据进油顺序自动完成路径设备打开、进油、完成第一个油罐的进油、关闭第一个油罐进油阀、打开第二个油罐进油阀等等直至整个工单执行完成。在工单执行过程中，当现场设备层出现故障时，智能控制系统将暂停工单执行，同时弹窗提醒工作人员进行现场核查。在现场维护人员处理故障后，通过点击继续进油，工单继续执行。

4.4管道发油功能应用实现

管道发油过程与管道收油过程是相反流程，因此管道发油与管道收油类似。

4.5调油功能应用实现

粮油行业的调油过程很复杂，MES系统下发工单信息（日期、工单号、调油罐、配方名称、配方编号、计划数量、成分1油罐、成分1数量、成分1油名...成分10油罐编号、成分10数量、成分10油名、各成分对应油泵编号、进油罐/包装线）到智能控制系统。操作人员在智能控制系统上确认完工单信息后，通过一键启动，即可实现各成分油输入调和罐并进行调和工作。目前主流的调和罐一般都是两个调和罐一组，一罐调和，另外一罐缓冲。智能控制系统能够自动使一组两个调和罐之间进行切换，同一组调和罐中的两个油罐不停进行切换调油。当完成该工单后，智能控制系统将返回的实际数据反写入MES工单。

4.6倒罐功能应用实现

粮油行业的倒罐相对以上各业务流程就简单多了，MES系统下发的工单信息（日期、工单号、油品名、油品编号、数量、清罐（是或否）、出油罐名称、出油罐编号、进油罐名称、进油罐编号、油泵编号等）到智能控制系統。操作人员在智能控制系统上确认完工单信息后，通过一键启动，即可实现各油罐之间的相互倒罐。当完成该工单后，智能控制系统将返回的实际数据反写入MES工单。

4.7手动创建工单应用实现

当MES系统出现异常时，无法下发工单至智能控制系统时，则智能控制系统通过手动创建MES工单，执行完工单信息后，再将手动创建的工单信息写入MES系统。手动创建的工单格式与MES下发工单格式完全一样。

4.8工单能耗统计应用实现

目前越来越多的企业都在关注能耗情况，因为能耗也是成本。以往订单在执行过程的设备生产能耗是无法统计到具体的订单中的。智能控制系统具备将订单执行过程中采集到的设备能耗值跟随工单信息写入MES系统的功能。

4.9数据库及报表功能的实现

数据存储采用MYSQL数据库实现罐区长期历史数据的存储，开发专用的数据存储程序，通过配置的方式实现循环或条件数据存储。系统自带报表查询功能，通过对MYSQL数据库的访问，读取并生成统计报表及记录。

4.10节省人工投入成本

传统的罐区如果采用手动操作，则需要配备多名操作人员进行逐个设备的启停操作，同时对操作人员的操作技能要求较高。通过智能控制系统，只需要配备一名操作人员，不需要对各种业务流程的路径的所有设备逐个进行操作。

4.11确保安全生产

传统的手动操作设备，受操作人员个人对工艺的熟悉程度影响，如果操作不当容易出现生产事故。同时，过多的人工操作，也很容易产生生产事故。智能控制系统在订单执行前，操作人员通过点击工单信息核对（主要是油品、罐号信息、设备状态等）操作，与该订单相关的信息，系统会自动核对，当MES下发的工单信息与现场实际信息不符或者设备故障时，则系统是无法启动MES工单执行的，从而保障了安全生产。

5关键技术

智能控制系统应用了以下关键技术：

5.1 MES订单直接驱动食用油的生产，大大降低操作人员的操作难度。本系统打通与MES系统数据链路，通过MES订单下发就可以实现食用油的生产。该方式降低了中控室操作人员的个人技能要求。中控室操作人员不在需要对整个生产工艺流程非常熟悉，只需操作人员点击启动停止即可;

5.2油罐罐容计算不在是几千行上万行代码输入，然后通过脚本执行查询的方式。在智能控制系统中直接通过控件的方式，通过EXCEL表格的方式存入电脑指定位置，即可自动读取表格相应的参数值，进而计算出罐容值;

5.3以往油罐编号与油品名称的修改，将造成整个程序中调用该编号以及油品名称修改，部分的程序代码也需要进行修改。现直接通过存放在电脑指定路径下的EXCEL文件，一次性完成油罐编号、油品名修改。

6结束语

在传统的粮油罐区生产中，收发油、倒罐、调油、充氮、冲洗流程的操作都需要中控室操作人员手动逐个操作路径上的设备。该步骤对操作人员的个人技能要求较高。为了更智能化的控制设备及大数据等先进技术，使粮油罐区生产高度数字化、自动化、信息化，智能控制系统应运而生，在粮油罐区生产过程中，通过与MES系统对接，将传统的手动操作方式转为MES订单型驱动。降低了人力投入成本，提高了罐区生产安全性。

参考文献：

[1] 国家粮食局.粮油仓储信息化建设指南（试行）[S].2012.

[2]严有堂，范建勇.智能化粮库建设的几点思考[J].粮油仓储科技通讯，2014（4）.

[3]王艺锦.数字粮库的展望[J].电子质量，2010（12）.

（华自科技股份有限公司，湖南 长沙 410000）