智能控制系統(tǒng)在糧油罐區(qū)中的應(yīng)用探索

劉俊輝 唐魏

摘 要：隨著國(guó)家工業(yè)4.0的推動(dòng)，結(jié)合更智能化的控制設(shè)備及大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，使糧油罐區(qū)生產(chǎn)高度數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化，同時(shí)為企業(yè)控制系統(tǒng)、企業(yè)云各類(lèi)管理系統(tǒng)以及工業(yè)云服務(wù)平臺(tái)的各類(lèi)應(yīng)用和服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。智能控制系統(tǒng)基于該目的應(yīng)運(yùn)而生，本文結(jié)合實(shí)例對(duì)智能控制系統(tǒng)在糧油罐區(qū)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)字化、智能化應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：智能控制;糧油罐區(qū);MES工單;路徑規(guī)劃;收發(fā)油調(diào)油能耗

1概述

某大型糧油企業(yè)新建糧油生產(chǎn)工廠，占地面積3.8萬(wàn)平方米。罐區(qū)共計(jì)63個(gè)油罐，其中生產(chǎn)罐區(qū)8個(gè)5000T油罐、4個(gè)3000T油罐;物流罐區(qū)11個(gè)3000T油罐、8個(gè)10000T油罐;包裝調(diào)和罐區(qū)12個(gè)1000T原料罐、6個(gè)200T原料罐、2個(gè)500T原料罐、12個(gè)30T調(diào)和罐。另外整個(gè)廠區(qū)還有5組包裝生產(chǎn)線、5個(gè)回油箱、3個(gè)回油緩存箱。整個(gè)罐區(qū)參與控制的設(shè)備數(shù)量較多，油罐、油管上的閥門(mén)就有將近600個(gè)。

為滿足數(shù)字化、智能化建設(shè)需求，罐區(qū)監(jiān)控在設(shè)計(jì)階段對(duì)整條生產(chǎn)線的規(guī)劃提出了較高的需求。罐區(qū)的監(jiān)控需對(duì)接MES系統(tǒng)，罐區(qū)的槽車(chē)收發(fā)油、碼頭收發(fā)油、調(diào)油、倒罐、沖洗、充氮等業(yè)務(wù)流程全通過(guò)MES下發(fā)工單驅(qū)動(dòng)。罐區(qū)監(jiān)控室的操作人員不在手動(dòng)逐個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作。由MES下發(fā)各類(lèi)型業(yè)務(wù)工單給到罐區(qū)智能控制系統(tǒng)，罐區(qū)智能控制系統(tǒng)自動(dòng)解析MES下發(fā)的各類(lèi)型訂單，同時(shí)自動(dòng)組織路徑，由中控室操作人員在一鍵復(fù)核是否可以一鍵啟動(dòng)業(yè)務(wù)工單。當(dāng)確認(rèn)可以啟動(dòng)時(shí)，操作人員一鍵啟動(dòng)，整個(gè)業(yè)務(wù)流程將會(huì)自動(dòng)執(zhí)行，執(zhí)行完成后將相關(guān)的實(shí)際數(shù)據(jù)以及本工單所消耗的能耗反寫(xiě)入MES工單，反饋給MES系統(tǒng)。當(dāng)MES系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，智能控制系統(tǒng)需要能手動(dòng)創(chuàng)建各業(yè)務(wù)流程工單，并執(zhí)行。在當(dāng)MES系統(tǒng)恢復(fù)后，將手動(dòng)創(chuàng)建的工單信息反饋給MES系統(tǒng)。同時(shí)罐區(qū)智能控制系統(tǒng)需要與車(chē)間、包裝線進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)接。

2智能化、數(shù)字化應(yīng)用需求分析

目前糧油罐區(qū)的業(yè)務(wù)有槽車(chē)收油、散油車(chē)發(fā)油、碼頭收油、碼頭發(fā)油、食用油調(diào)和、管道沖洗、充氮系統(tǒng)、油罐倒罐、回油處理等。參與每個(gè)業(yè)務(wù)流程的罐區(qū)設(shè)備主要有閥門(mén)、油泵、儀表。而業(yè)務(wù)流程的路徑都是很繁瑣，每次操作的路徑根據(jù)工單不同而不同。當(dāng)由中控室操作人員手動(dòng)操作時(shí)，需要順序操作路徑上的所有閥門(mén)。當(dāng)業(yè)務(wù)流程涉及多個(gè)油罐時(shí)，就會(huì)存在多條路徑。如果由操作人員進(jìn)行手動(dòng)逐個(gè)操作時(shí)，則每個(gè)路徑上的設(shè)備都需要手動(dòng)操作，且等待某個(gè)路徑完成后，又操作同一工單的其他路徑設(shè)備。該過(guò)程是非常繁瑣，且容易造成生產(chǎn)事故。目前糧油罐區(qū)業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行存在人工投入大、且容易在生產(chǎn)過(guò)程中造成生產(chǎn)事故等問(wèn)題。智能化、數(shù)字化工廠是由數(shù)字化模型、方法和工具構(gòu)成的綜合網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)包含生產(chǎn)自動(dòng)化、信息流自動(dòng)化。本智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)罐區(qū)設(shè)備的監(jiān)控、工單的一鍵啟動(dòng)執(zhí)行（不需要逐個(gè)操作單個(gè)設(shè)備）。通過(guò)該系統(tǒng)大大減少了罐區(qū)人力投入，由于業(yè)務(wù)流程的一鍵啟動(dòng)執(zhí)行，降低了中控室操作人員的操作要求。同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)對(duì)具體每個(gè)工單所產(chǎn)生的能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。智能控制系統(tǒng)同時(shí)也預(yù)留接口給第三方系統(tǒng)，如將設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間傳送給設(shè)備管理系統(tǒng)。

3智能控制系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要分為三層，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、控制層、應(yīng)用層。設(shè)備主要由PLC、服務(wù)器、操作站、交換機(jī)、以及現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備組成。

智能控制系統(tǒng)部署在中央集控中心，中央集控室的冗余服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)的PLC控制器通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。PLC控制采用分布式IO通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，與現(xiàn)場(chǎng)各壓力儀表、多點(diǎn)溫度、雷達(dá)液位計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、散油稱(chēng)系統(tǒng)、裝車(chē)儀系統(tǒng)等系統(tǒng)/設(shè)備采用以太網(wǎng)、Profibus-DP、Profibus-PA、Modbus-TCP、Modbus-RTU等通訊協(xié)議進(jìn)行通訊。各油泵、閥門(mén)采用硬接線的方式接入就近遠(yuǎn)程IO站進(jìn)行信號(hào)采集與控制。同時(shí)罐區(qū)能耗計(jì)量?jī)x表采用Modbus-RTU通訊方式接入就近通訊網(wǎng)關(guān)。中央集控中心采用冗余機(jī)制，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，同時(shí)在中央集控室還有一臺(tái)服務(wù)器專(zhuān)用于MES系統(tǒng)對(duì)接。

4糧油罐區(qū)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

智能控制系統(tǒng)通過(guò)與MES系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)罐區(qū)各種業(yè)務(wù)流程（槽車(chē)收油、散油車(chē)發(fā)油、管道收油、管道發(fā)油、食用油調(diào)和、管道沖洗、充氮系統(tǒng)、油罐倒罐、回油處理）工單的執(zhí)行，并反饋執(zhí)行結(jié)果。當(dāng)MES系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，智能過(guò)程控制系統(tǒng)需支持手動(dòng)創(chuàng)建各業(yè)務(wù)流程工單，供操作人員一鍵執(zhí)行。待MES系統(tǒng)恢復(fù)正常后，將手動(dòng)創(chuàng)建的MES工單數(shù)據(jù)寫(xiě)入MES系統(tǒng)。下面就以槽車(chē)收油、散油車(chē)發(fā)油、管道收油、管道發(fā)油、調(diào)油、倒罐業(yè)務(wù)流程為例進(jìn)行說(shuō)明，其余沖洗、充氮、回油等業(yè)務(wù)流程的處理過(guò)程類(lèi)似。

4.1收槽車(chē)收油功能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

業(yè)務(wù)部門(mén)根據(jù)采購(gòu)訂單生成相應(yīng)的到貨單到MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)將訂單相關(guān)信息（到貨單號(hào)、車(chē)牌號(hào)、物料信息、磅單號(hào)、進(jìn)油罐號(hào)、卸油口、數(shù)量、合同號(hào)、泵號(hào)、日期等）發(fā)送給糧油罐區(qū)智能控制系統(tǒng)。罐區(qū)智能控制系統(tǒng)解析該訂單，并在相應(yīng)的操作界面彈窗提示新的訂單，由中控室操作人員復(fù)核訂單信息后，一鍵啟動(dòng)該訂單的執(zhí)行。在執(zhí)行過(guò)程中，智能控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)將訂單狀態(tài)告知MES系統(tǒng)，同時(shí)在執(zhí)行完成后，智能控制系統(tǒng)將實(shí)際收油量、實(shí)際收油時(shí)間、進(jìn)油罐號(hào)等信息反寫(xiě)入MES工單。

槽車(chē)收油過(guò)程中，由于同一個(gè)MES工單中一個(gè)進(jìn)油罐對(duì)應(yīng)多個(gè)收槽車(chē)，所以在完成一個(gè)收槽車(chē)卸油后，控制系統(tǒng)需要具備暫停及繼續(xù)收油功能，智能控制系統(tǒng)具備工單執(zhí)行過(guò)程中的暫停、繼續(xù)以及結(jié)束功能。

4.2散油車(chē)發(fā)油功能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

散油車(chē)的發(fā)油過(guò)程與收槽車(chē)收油過(guò)程基本相似，由計(jì)劃部門(mén)制定相應(yīng)的工單至MES系統(tǒng)，MES下發(fā)相應(yīng)的工單信息（發(fā)貨單號(hào)、車(chē)牌號(hào)、物料信息、鶴位號(hào)、出油罐號(hào)、數(shù)量、合同號(hào)、泵號(hào)、日期等）至智能控制系統(tǒng)。操作人員在智能控制系統(tǒng)一鍵復(fù)核訂單信息確認(rèn)，確認(rèn)無(wú)誤后一鍵啟動(dòng)訂單執(zhí)行，工單執(zhí)行結(jié)束后返回相應(yīng)的信息至MES系統(tǒng)。

4.3管道收油功能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

管道收油與槽車(chē)收油過(guò)程是類(lèi)似的，不同的是一個(gè)工單中包含多個(gè)進(jìn)油罐號(hào)。MES系統(tǒng)下發(fā)的工單信息（到貨單號(hào)、船號(hào)、物料信息、罐號(hào)、數(shù)量、合同號(hào)、供油單位、泵號(hào)、日期等）至智能控制系統(tǒng)。操作人員在智能控制系統(tǒng)一鍵復(fù)核工單信息后，啟動(dòng)訂單執(zhí)行，執(zhí)行完成后返回相應(yīng)的信息到MES系統(tǒng)。

管道收油過(guò)程比槽車(chē)收油過(guò)程復(fù)雜，一個(gè)MES工單對(duì)應(yīng)的可能存在多個(gè)油罐的情況，管道收油過(guò)程持續(xù)時(shí)間可能幾個(gè)小時(shí)、一天、甚至多天連續(xù)的情況都有。智能控制系統(tǒng)能夠在接收MES工單后，經(jīng)操作人員確認(rèn)工單信息后，自動(dòng)組織進(jìn)多個(gè)油罐的路徑，根據(jù)進(jìn)油順序自動(dòng)完成路徑設(shè)備打開(kāi)、進(jìn)油、完成第一個(gè)油罐的進(jìn)油、關(guān)閉第一個(gè)油罐進(jìn)油閥、打開(kāi)第二個(gè)油罐進(jìn)油閥等等直至整個(gè)工單執(zhí)行完成。在工單執(zhí)行過(guò)程中，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層出現(xiàn)故障時(shí)，智能控制系統(tǒng)將暫停工單執(zhí)行，同時(shí)彈窗提醒工作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查。在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員處理故障后，通過(guò)點(diǎn)擊繼續(xù)進(jìn)油，工單繼續(xù)執(zhí)行。

4.4管道發(fā)油功能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

管道發(fā)油過(guò)程與管道收油過(guò)程是相反流程，因此管道發(fā)油與管道收油類(lèi)似。

4.5調(diào)油功能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

糧油行業(yè)的調(diào)油過(guò)程很復(fù)雜，MES系統(tǒng)下發(fā)工單信息（日期、工單號(hào)、調(diào)油罐、配方名稱(chēng)、配方編號(hào)、計(jì)劃數(shù)量、成分1油罐、成分1數(shù)量、成分1油名...成分10油罐編號(hào)、成分10數(shù)量、成分10油名、各成分對(duì)應(yīng)油泵編號(hào)、進(jìn)油罐/包裝線）到智能控制系統(tǒng)。操作人員在智能控制系統(tǒng)上確認(rèn)完工單信息后，通過(guò)一鍵啟動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)各成分油輸入調(diào)和罐并進(jìn)行調(diào)和工作。目前主流的調(diào)和罐一般都是兩個(gè)調(diào)和罐一組，一罐調(diào)和，另外一罐緩沖。智能控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)使一組兩個(gè)調(diào)和罐之間進(jìn)行切換，同一組調(diào)和罐中的兩個(gè)油罐不停進(jìn)行切換調(diào)油。當(dāng)完成該工單后，智能控制系統(tǒng)將返回的實(shí)際數(shù)據(jù)反寫(xiě)入MES工單。

4.6倒罐功能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

糧油行業(yè)的倒罐相對(duì)以上各業(yè)務(wù)流程就簡(jiǎn)單多了，MES系統(tǒng)下發(fā)的工單信息（日期、工單號(hào)、油品名、油品編號(hào)、數(shù)量、清罐（是或否）、出油罐名稱(chēng)、出油罐編號(hào)、進(jìn)油罐名稱(chēng)、進(jìn)油罐編號(hào)、油泵編號(hào)等）到智能控制系統(tǒng)。操作人員在智能控制系統(tǒng)上確認(rèn)完工單信息后，通過(guò)一鍵啟動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)各油罐之間的相互倒罐。當(dāng)完成該工單后，智能控制系統(tǒng)將返回的實(shí)際數(shù)據(jù)反寫(xiě)入MES工單。

4.7手動(dòng)創(chuàng)建工單應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

當(dāng)MES系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，無(wú)法下發(fā)工單至智能控制系統(tǒng)時(shí)，則智能控制系統(tǒng)通過(guò)手動(dòng)創(chuàng)建MES工單，執(zhí)行完工單信息后，再將手動(dòng)創(chuàng)建的工單信息寫(xiě)入MES系統(tǒng)。手動(dòng)創(chuàng)建的工單格式與MES下發(fā)工單格式完全一樣。

4.8工單能耗統(tǒng)計(jì)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

目前越來(lái)越多的企業(yè)都在關(guān)注能耗情況，因?yàn)槟芎囊彩浅杀尽Ｒ酝唵卧趫?zhí)行過(guò)程的設(shè)備生產(chǎn)能耗是無(wú)法統(tǒng)計(jì)到具體的訂單中的。智能控制系統(tǒng)具備將訂單執(zhí)行過(guò)程中采集到的設(shè)備能耗值跟隨工單信息寫(xiě)入MES系統(tǒng)的功能。

4.9數(shù)據(jù)庫(kù)及報(bào)表功能的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)罐區(qū)長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序，通過(guò)配置的方式實(shí)現(xiàn)循環(huán)或條件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。系統(tǒng)自帶報(bào)表查詢功能，通過(guò)對(duì)MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，讀取并生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表及記錄。

4.10節(jié)省人工投入成本

傳統(tǒng)的罐區(qū)如果采用手動(dòng)操作，則需要配備多名操作人員進(jìn)行逐個(gè)設(shè)備的啟停操作，同時(shí)對(duì)操作人員的操作技能要求較高。通過(guò)智能控制系統(tǒng)，只需要配備一名操作人員，不需要對(duì)各種業(yè)務(wù)流程的路徑的所有設(shè)備逐個(gè)進(jìn)行操作。

4.11確保安全生產(chǎn)

傳統(tǒng)的手動(dòng)操作設(shè)備，受操作人員個(gè)人對(duì)工藝的熟悉程度影響，如果操作不當(dāng)容易出現(xiàn)生產(chǎn)事故。同時(shí)，過(guò)多的人工操作，也很容易產(chǎn)生生產(chǎn)事故。智能控制系統(tǒng)在訂單執(zhí)行前，操作人員通過(guò)點(diǎn)擊工單信息核對(duì)（主要是油品、罐號(hào)信息、設(shè)備狀態(tài)等）操作，與該訂單相關(guān)的信息，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)核對(duì)，當(dāng)MES下發(fā)的工單信息與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際信息不符或者設(shè)備故障時(shí)，則系統(tǒng)是無(wú)法啟動(dòng)MES工單執(zhí)行的，從而保障了安全生產(chǎn)。

5關(guān)鍵技術(shù)

智能控制系統(tǒng)應(yīng)用了以下關(guān)鍵技術(shù)：

5.1 MES訂單直接驅(qū)動(dòng)食用油的生產(chǎn)，大大降低操作人員的操作難度。本系統(tǒng)打通與MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路，通過(guò)MES訂單下發(fā)就可以實(shí)現(xiàn)食用油的生產(chǎn)。該方式降低了中控室操作人員的個(gè)人技能要求。中控室操作人員不在需要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝流程非常熟悉，只需操作人員點(diǎn)擊啟動(dòng)停止即可;

5.2油罐罐容計(jì)算不在是幾千行上萬(wàn)行代碼輸入，然后通過(guò)腳本執(zhí)行查詢的方式。在智能控制系統(tǒng)中直接通過(guò)控件的方式，通過(guò)EXCEL表格的方式存入電腦指定位置，即可自動(dòng)讀取表格相應(yīng)的參數(shù)值，進(jìn)而計(jì)算出罐容值;

5.3以往油罐編號(hào)與油品名稱(chēng)的修改，將造成整個(gè)程序中調(diào)用該編號(hào)以及油品名稱(chēng)修改，部分的程序代碼也需要進(jìn)行修改?，F(xiàn)直接通過(guò)存放在電腦指定路徑下的EXCEL文件，一次性完成油罐編號(hào)、油品名修改。

6結(jié)束語(yǔ)

在傳統(tǒng)的糧油罐區(qū)生產(chǎn)中，收發(fā)油、倒罐、調(diào)油、充氮、沖洗流程的操作都需要中控室操作人員手動(dòng)逐個(gè)操作路徑上的設(shè)備。該步驟對(duì)操作人員的個(gè)人技能要求較高。為了更智能化的控制設(shè)備及大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，使糧油罐區(qū)生產(chǎn)高度數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化，智能控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在糧油罐區(qū)生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)與MES系統(tǒng)對(duì)接，將傳統(tǒng)的手動(dòng)操作方式轉(zhuǎn)為MES訂單型驅(qū)動(dòng)。降低了人力投入成本，提高了罐區(qū)生產(chǎn)安全性。

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