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0前言
目前國際上高效糧食物流體系主要以美國、加拿大、歐盟、澳大利亞等主要糧食出口國的糧食供應(yīng)鏈為代表，經(jīng)過近百年的發(fā)展，建立了從國內(nèi)糧食產(chǎn)地集并至出口港口，進(jìn)入國際市場(chǎng)的完善糧食出口物流體系，形成了收納集并倉、機(jī)械化中轉(zhuǎn)倉庫和專用運(yùn)輸和裝卸工具，倉儲(chǔ)設(shè)施功能分工明確、設(shè)施配套的倉儲(chǔ)體系.機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)以及信息技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步促進(jìn)了糧食供應(yīng)鏈的發(fā)展.糧食作為商品貿(mào)易交易,就需要快速準(zhǔn)確計(jì)量其質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)貿(mào)易結(jié)算.目前,國內(nèi)很多糧倉都是采用大型汽車衡來進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的，但中間裝卸環(huán)節(jié)缺乏計(jì)量，裝多裝少都需要二次裝卸.為了準(zhǔn)確計(jì)量發(fā)貨或收貨糧食的質(zhì)量，避免重復(fù)卸車,降低生產(chǎn)成本，提高工作效率，針對(duì)糧倉管理設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于稱重計(jì)量的糧食自動(dòng)發(fā)貨管理系統(tǒng)，隨時(shí)監(jiān)控糧食發(fā)貨質(zhì)量,最終達(dá)到自動(dòng)發(fā)貨的目的.
1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
目前在糧倉入庫和出庫都有一整套自動(dòng)輸送系統(tǒng)⑴，最終通過汽車衡等進(jìn)行稱重計(jì)量，達(dá)到貿(mào)易結(jié)算.本系統(tǒng)是把稱重計(jì)量裝置嵌裝到輸送系統(tǒng)的末端,通過自動(dòng)計(jì)量設(shè)備和PLC控制，采用上位機(jī)軟件管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在線稱量，達(dá)到貿(mào)易結(jié)算標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)貨目的.具體是在糧倉的輸送系統(tǒng)末端安裝兩個(gè)稱量斗（A、B）3,當(dāng)需要發(fā)貨的時(shí)候,把需要發(fā)貨的質(zhì)量輸進(jìn)稱重管理軟件中，啟動(dòng)自動(dòng)發(fā)貨出庫流程，由PLC控制輸送系統(tǒng)，提升機(jī)自動(dòng)把糧食從糧倉里輸送到稱量斗（A、B）中，通過稱量斗交替進(jìn)行稱量，把所需糧食不間斷的輸送到運(yùn)輸T.具（汽車、火車或者船）中，達(dá)到預(yù)定質(zhì)量時(shí),PLC自動(dòng)關(guān)閉放料閥門，從而實(shí)現(xiàn)在線糧食自動(dòng)發(fā)貨⑷.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

2系統(tǒng)工作原理
操作人員通過稱重管理軟件或者觸摸屏⑴，把發(fā)貨質(zhì)量輸入進(jìn)去，PLC自動(dòng)控制提升機(jī)把糧倉中糧食輸送到稱量斗（A或B）中，糧食質(zhì)量作用在稱量斗（A或B）上面的稱重傳感器，稱重傳感器輸出質(zhì)量信號(hào)，通過電纜傳送到稱重控制儀表中，該信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊放大、濾波處理后，形成一定格式的編碼，稱重控制儀表通過485通訊的方式將糧食質(zhì)量信息傳送到PLC中，PLC將采集到的糧食質(zhì)量信息與設(shè)定的質(zhì)量信息比較,如果達(dá)到設(shè)定的信息，則自動(dòng)切斷放料閥，實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)發(fā)貨.在發(fā)貨過程中，管理人員可以通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，隨時(shí)監(jiān)控發(fā)貨的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)了解發(fā)貨數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理.該系統(tǒng)工作原理如圖2所示.

3系統(tǒng)電氣原理（圖3）

4系統(tǒng)工作流程分析
整個(gè)系統(tǒng)流程是由稱重儀表的下位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)量，以及運(yùn)行與自動(dòng)計(jì)量過程中相關(guān)數(shù)據(jù)/信息的采集，同時(shí)通過通信模塊將采集的信息進(jìn)行歸類，分別發(fā)送到PLC和計(jì)算機(jī).計(jì)算機(jī)軟件對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理，存入數(shù)據(jù)庫并形成符合功能需求的報(bào)表，并進(jìn)一步完成數(shù)據(jù)的外部接口，方便異地調(diào)??；PLC軟件主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)過程中控制進(jìn)料/排料等動(dòng)作的執(zhí)行和監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)控制信息的共享，將控制信息由通信接口下載到稱重儀表，PLC軟件旨在保證控制功能的可靠性，使控制流程可靠運(yùn)轉(zhuǎn).為了提高系統(tǒng)的整體精度及保證系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，稱重儀表和PLC的控制程序是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵.稱重控制功能主要分兩個(gè)模式：一種是單稱運(yùn)行模式；另一種是雙秤運(yùn)行模式.單秤、雙秤運(yùn)行的流程分別如圖4、圖5所示.

為了更好地提高系統(tǒng)精度，針對(duì)單秤運(yùn)行過程中幾種狀態(tài)進(jìn)行分析并提升解決算法.
（1）空秤判斷
在實(shí)際的運(yùn)行中，存在物料堵塞情況，導(dǎo)致無法進(jìn)行排料或者無法排凈物料，可通過稱重儀表對(duì)空秤狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)方法為：|AX|=ZP-Zn,式中：IAXI為排料流程完成后的剩料質(zhì)量;奪為空料斗質(zhì)量,kg;Zn為排料完畢后的剩料質(zhì)量,kg.
定義丄為剩料允量（在一次排料流程完畢后，料罐內(nèi)允許剩余的物料的量），當(dāng)丨AX|>X]時(shí)，排料流程排料未空，判斷為下料口堵塞；反之,正常.同時(shí)，稱質(zhì)量儀表對(duì)排料流程進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方法為：丨直|=Trt-Tr2,
式中：lATl為排料流程運(yùn)行時(shí)間，s.77,為啟動(dòng)排料的時(shí)刻；TV,為排料運(yùn)行時(shí)刻.
設(shè)正常排料時(shí)間（正常流量情況下一次排料所需的時(shí)間），當(dāng)|A7|>Tr時(shí)，排料流程超時(shí)，判斷為下料口堵塞；反之，正常.
當(dāng)沒有發(fā)生堵塞情況時(shí)，稱重儀表將自動(dòng)進(jìn)行空秤取皮質(zhì)量動(dòng)作，得到上次排料完畢后的皮質(zhì)量|AX|.同時(shí)將稱重儀表判斷出來的空秤信息通過通信線路傳輸?shù)絇LC上.
（2）啟動(dòng)進(jìn)料
當(dāng)滿足空秤狀態(tài)（料斗排空）時(shí)，啟動(dòng)進(jìn)料，同時(shí)PLC將目前發(fā)生的狀態(tài)信息傳輸?shù)椒Q重儀表中.
（3）進(jìn)料完成
啟動(dòng)進(jìn)料流程后，稱重儀表判斷進(jìn)料是否完成.檢測(cè)方法為-Wx=Wg-|AX|,式中：Wx為當(dāng)前累計(jì)進(jìn)料質(zhì)量，kg；Wg為當(dāng)前毛質(zhì)量，kg；|市X|為排料流程完成后的剩料質(zhì)量,kg.
定義広設(shè)定的單次進(jìn)料量，稱重儀表檢測(cè)一旦滿足Wx>歐，立即發(fā)送進(jìn)料完成信息到PLC,從而由PLC控制停止進(jìn)料.同時(shí)在進(jìn)料過程中，稱重儀表通過檢測(cè)進(jìn)料流程的運(yùn)行時(shí)間判斷是否發(fā)生進(jìn)料堵塞情況，檢測(cè)方法為：
|A（|=trt-tr2,
式中：|A（|為進(jìn)料流程運(yùn)行時(shí)間，s；奶為啟動(dòng)進(jìn)料的時(shí)刻；擴(kuò)2為進(jìn)料運(yùn)行的時(shí)刻.
定義切正常進(jìn)料時(shí)間（按正常流量情況下一次進(jìn)料所需的時(shí)間)，當(dāng)>切時(shí)，進(jìn)料流程超時(shí)，判斷為進(jìn)料口堵塞；反之，正常.(4)啟動(dòng)排料
當(dāng)完成進(jìn)料流程后，PLC控制啟動(dòng)排料流程.
(5)排料完成
與空秤判斷的情況類似，當(dāng)|AX| 通過以上5個(gè)流程完成一次完整的單秤給料動(dòng)作，在啟動(dòng)整套設(shè)備工作流程后,將按照雙秤工作流程執(zhí)行，提高了給料效率，同時(shí)保證計(jì)量精度，并完成數(shù)據(jù)的采集.此交替工作方式最大的優(yōu)勢(shì)在于冗余設(shè)計(jì)思想的考慮，當(dāng)系統(tǒng)中任一子系統(tǒng)出錯(cuò)后，另一系統(tǒng)仍然滿足使用，對(duì)不間斷作業(yè)提供了有效保證.
5系統(tǒng)PLC控制程序
基于PLC電氣控制方面的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)自動(dòng)控制功能通過PLC來完成.PLC接收稱重儀表的計(jì)量數(shù)據(jù)，通過自身程序控制，完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)各個(gè)狀態(tài)的自動(dòng)控制，并將程序運(yùn)行的必要狀態(tài)信息反饋到稱重儀表,供稱重儀表程序檢測(cè)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，記錄各狀態(tài)時(shí)相應(yīng)的信息/數(shù)據(jù).該系統(tǒng)PLC自身控制程序采用的是最常用的標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言，該語言是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號(hào)構(gòu)成"".PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)主程序局部如圖6所示.
6系統(tǒng)觸摸屏界面設(shè)計(jì)
隨著PLC在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的大量使用，觸摸屏技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，觸摸屏組態(tài)控制方式正在逐漸取代傳統(tǒng)的電器回路控制方式⑻.本系統(tǒng)采用的就是目前最流行的觸摸屏組態(tài)控制.系統(tǒng)觸摸屏組態(tài)控制界面如圖7所示.

7系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理
該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理需要完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中計(jì)量數(shù)據(jù)的采集、存檔和統(tǒng)計(jì)報(bào)表等，在軟件設(shè)計(jì)上著重考慮數(shù)據(jù)安全性，同時(shí)考慮設(shè)備自動(dòng)控制的可靠性.數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)釆用冗余設(shè)計(jì)思想，在運(yùn)行過程中形成的毛質(zhì)量、皮質(zhì)量和凈質(zhì)量以及時(shí)間等信息，由稱重儀表軟件完成采集，在信息進(jìn)行共享之前，稱重儀表進(jìn)行緩存，存儲(chǔ)到稱重儀表的內(nèi)部大容量存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量最大緩存的數(shù)據(jù)量至少滿足(全天候運(yùn)行情況)72h,此設(shè)計(jì)旨在防止由于通信故障情況下，數(shù)據(jù)無法傳遞到計(jì)算機(jī)時(shí)，導(dǎo)致的系統(tǒng)停機(jī)，增加此設(shè)計(jì)后，若出現(xiàn)類似情況，當(dāng)故障排除后，稱重儀表將自身緩存的數(shù)據(jù)重新上傳到計(jì)算機(jī)，有效保證數(shù)據(jù)安全性.同時(shí)稱重儀表具備USB接口，可通過U盤等存儲(chǔ)媒體將數(shù)據(jù)以EXCEL表格形式導(dǎo)出，進(jìn)行備份，有效提高數(shù)據(jù)安全性.
計(jì)算機(jī)的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，除具備對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中計(jì)量數(shù)據(jù)的采集、處理功能外，還具備出庫任務(wù)管理功能，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體的工藝定制任務(wù)單，并通過通信接口將任務(wù)信息下發(fā)到稱重儀表，由稱重儀表以符合PLC數(shù)據(jù)格式的要求將信息進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)可準(zhǔn)確控制的定量、批量發(fā)貨.
8總結(jié)
本套系統(tǒng)如果安裝在各大糧倉中，可以很好地提高糧倉發(fā)貨的生產(chǎn)效率，提高糧倉的發(fā)貨作業(yè)效率，節(jié)約大量的人工成本和設(shè)備成本.同時(shí)該系統(tǒng)為糧食的貿(mào)易結(jié)算提供快速準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)，為糧食行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供很好的原始釆集數(shù)據(jù).
 

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