張杰純 劉 剛 安志明 王繼偉 鄭啟雙

(中央儲(chǔ)備糧唐山直屬庫有限公司 063611)

1 淺圓倉擋糧門位移檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)

1.1 電感式接近開關(guān)檢測(cè)法

電感式接近開關(guān)工作的原理是：當(dāng)有金屬靠近電感式接近開關(guān)時(shí)，開關(guān)發(fā)出信號(hào)。用這種傳感器監(jiān)控淺圓倉擋糧門位移，如圖1所示。

圖1 電感式接近開關(guān)示意圖

1.1.1 位移監(jiān)測(cè)點(diǎn) 可以調(diào)節(jié)位置和長短的鐵桿。

1.1.2 接近開關(guān) 電感式接近開關(guān)，監(jiān)測(cè)距離0～15 mm，在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)有金屬存在時(shí)發(fā)出高電頻信號(hào)。6扇門需要6個(gè)接近開關(guān)。

1.1.3 傳感器安裝立柱 可移動(dòng)、可調(diào)節(jié)高度的不銹鋼立柱，立柱內(nèi)部安裝電感式接近開關(guān)，感應(yīng)面與立柱外壁齊平。

1.1.4 監(jiān)測(cè)模塊 用于接近開關(guān)信號(hào)的監(jiān)測(cè)，并將開關(guān)信息傳給控制箱。

1.1.5 控制箱 PLC：實(shí)現(xiàn)接收、顯示、傳輸開關(guān)狀態(tài)、聲光報(bào)警等任務(wù)。

1.1.6 通訊模塊 實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)、歷史數(shù)據(jù)庫的通訊。

1.1.7 供電電源 為PLC、通訊模塊、接近開關(guān)、監(jiān)測(cè)模塊供電。

1.1.8 操作按鈕和指示燈 當(dāng)淺圓倉擋糧門關(guān)閉后，將不銹鋼立柱立在門洞中，接近開關(guān)感應(yīng)面正對(duì)淺圓倉擋糧門。位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)用強(qiáng)磁鐵吸附在淺圓倉擋糧門上，并調(diào)整位置，使接近開關(guān)剛好監(jiān)測(cè)不到信號(hào)。當(dāng)淺圓倉擋糧門向外移動(dòng)時(shí)，接近開關(guān)就可以監(jiān)測(cè)到位移裝置，發(fā)出淺圓倉擋糧門移動(dòng)的信號(hào)。接近開關(guān)只是發(fā)出監(jiān)測(cè)到或沒有監(jiān)測(cè)到兩種開關(guān)信號(hào)，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)模塊只監(jiān)測(cè)開關(guān)量，系統(tǒng)成本低。

1.2 激光位置監(jiān)測(cè)法

激光位置監(jiān)測(cè)法是把激光位置傳感器安裝到保溫門上，傳感器隨保溫門移動(dòng)，使用方便，但監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能隨保溫門晃動(dòng)而變化。

1.2.1 激光位置監(jiān)測(cè)法是使用激光位移傳感器測(cè)量淺圓倉擋糧門到激光位移傳感器的距離。如圖2所示。

圖2 激光位移傳感器示意圖

1.2.1.1 激光位移傳感器 分辨率高達(dá)1 mm，平均壽命100000 h，4 mA～20 mA模擬量輸出。每個(gè)擋糧門需要6個(gè)。激光位移傳感器可以安裝在保溫門上，不需要增加安裝傳感器的立柱。

1.2.1.2 監(jiān)測(cè)模塊 6路4 mA～20 mA模擬量A/D轉(zhuǎn)換器。將6路傳感器檢測(cè)的距離信號(hào)發(fā)送給控制箱。

1.2.1.3 控制箱 PLC：實(shí)現(xiàn)接收、顯示、傳輸擋糧門位置、狀態(tài)、聲光報(bào)警等任務(wù)。

1.2.1.4 通訊模塊 實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)、歷史數(shù)據(jù)庫的通訊。10寸觸屏：TFT屏、分辨率1280×800。顯示擋糧門位置、設(shè)置報(bào)警限、閃爍方式報(bào)警。

1.2.1.5 供電電源 為PLC、觸屏、通訊模塊、激光位移傳感器、監(jiān)測(cè)模塊供電。

1.2.1.6 操作按鈕和指示燈 當(dāng)淺圓倉擋糧門、保溫門關(guān)閉后，可以在控制箱觸屏或上位機(jī)電腦上查看淺圓倉擋糧門的位置，并設(shè)定位置變化的報(bào)警值。

激光位移傳感器、監(jiān)測(cè)模塊、PLC都需對(duì)要模擬量處理，系統(tǒng)成本較高。

1.2.2 激光位置監(jiān)測(cè)法是在淺圓倉擋糧門和保溫門之間放置方便移動(dòng)的監(jiān)測(cè)箱，6個(gè)激光傳感器安裝在監(jiān)測(cè)箱中，光束分別指向6扇門。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，但6臺(tái)激光測(cè)距的數(shù)據(jù)是有差別的，最上面的距離數(shù)據(jù)大，最下面的距離數(shù)據(jù)小。

當(dāng)淺圓倉擋糧門關(guān)閉后，將監(jiān)測(cè)箱放在淺圓倉擋糧門和保溫門之間，調(diào)整激光傳感器角度，分別指向6扇門。然后關(guān)閉保溫門。在控制箱觸屏或上位機(jī)電腦上查看淺圓倉擋糧門的位置，并設(shè)定位置變化的報(bào)警值，見圖3。

圖3 激光位置監(jiān)測(cè)法示意圖

2 數(shù)據(jù)采集傳輸

數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)淺圓倉擋糧門位置數(shù)據(jù)并提供查詢服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)器可以設(shè)在中控室，也可以設(shè)置在云端。根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)器的位置不同，數(shù)據(jù)模塊到服務(wù)器之間的傳輸可以通過如下方式實(shí)現(xiàn)：①有線數(shù)據(jù)傳輸、②無線數(shù)據(jù)透傳、③4G云數(shù)據(jù)傳輸。

2.1 有線數(shù)據(jù)傳輸

用信號(hào)電纜(比如屏蔽銅芯電纜或光纜)連接數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)服務(wù)器。這種連接方式穩(wěn)定可靠，光纜傳輸不受電磁干擾。但是，施工難度大。

2.2 無線數(shù)據(jù)透傳

無線透傳方式需要在數(shù)據(jù)服務(wù)器端和各個(gè)數(shù)據(jù)傳輸模塊端增加無線數(shù)傳模塊，多個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的無線網(wǎng)絡(luò)代替信號(hào)電纜。這種方式施工難度小，但無線傳輸容易受到電磁干擾，也會(huì)受到建筑物的阻擋，施工時(shí)需要擇優(yōu)選擇無線數(shù)傳模塊安裝位置。為了降低成本可以3～6個(gè)倉門用一個(gè)無線數(shù)據(jù)透傳模塊，見圖4。

圖4 無線數(shù)據(jù)透傳示意圖

2.3 4G云數(shù)據(jù)傳輸

但對(duì)于“專門用于執(zhí)行專利方法的產(chǎn)品”，德國聯(lián)邦最高法院卻在Fullplast Process案中對(duì)它在投入市場(chǎng)后發(fā)生方法專利權(quán)用盡的觀點(diǎn)表達(dá)了明確的反對(duì)。該案中，專利權(quán)人擁有一項(xiàng)方法專利，他向被告銷售了一臺(tái)實(shí)施該專利方法的機(jī)器。同時(shí)雙方簽署了專利許可合同，約定被告向?qū)＠麢?quán)人支付許可費(fèi)。但后來被告未能支付許可費(fèi)，專利權(quán)人即提起訴訟。被告的抗辯理由之一是，該方法專利在機(jī)器被投入市場(chǎng)后即用盡了，故他不必支付許可費(fèi)。

4G云數(shù)據(jù)傳輸需要在各個(gè)數(shù)據(jù)傳輸模塊端增加4G DTU數(shù)據(jù)傳輸模塊，利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(移動(dòng)、聯(lián)通、電信均可)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳任務(wù)。每個(gè)4G DTU數(shù)傳模塊需要購買數(shù)據(jù)流量卡。還需要租用云服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。為了降低成本可以3～6個(gè)倉門用一個(gè)4GDTU模塊，見圖5。

圖5 4G云數(shù)據(jù)傳輸示意圖

3 數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)

3.1 使用有線數(shù)據(jù)傳輸、無線數(shù)據(jù)透傳方式

使用有線數(shù)據(jù)傳輸、無線數(shù)據(jù)透傳方式時(shí)，數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)在中控室。以現(xiàn)有局域網(wǎng)為基礎(chǔ)，比較容易組成C/S(Client/Server即客戶端/服務(wù)器)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。需要定制開發(fā)數(shù)據(jù)服務(wù)器端和客戶端軟件。局域網(wǎng)內(nèi)每個(gè)需要查看擋糧門數(shù)據(jù)的電腦上都必須安裝一套定制的客戶端軟件。數(shù)據(jù)采集間隔、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間幾乎不受限制。在軟件使用過程中不需要任何費(fèi)用。

造價(jià)費(fèi)用主要包括：服務(wù)器采購費(fèi)用、服務(wù)器端軟件開發(fā)費(fèi)用、客戶端軟件開發(fā)費(fèi)用。

3.2 使用4G云數(shù)據(jù)傳輸方式

使用4G云數(shù)據(jù)傳輸方式時(shí)，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)B/S(Browser/Server即瀏覽器/服務(wù)器)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。租用云數(shù)據(jù)服務(wù)商提供的數(shù)據(jù)服務(wù)器。由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云服務(wù)器中，采集數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、查看數(shù)據(jù)都要通過公網(wǎng)，數(shù)據(jù)刷新速度會(huì)有很大限制，一般在1 min左右才能刷新一次。需要開發(fā)云數(shù)據(jù)服務(wù)器端軟件及電腦、手機(jī)可以瀏覽的網(wǎng)頁、開發(fā)微信小程序或公眾號(hào)。

相關(guān)人員在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方都可以通過電腦和手機(jī)瀏覽器查詢擋糧門數(shù)據(jù)。也可也通過微信小程序查看。

4 現(xiàn)場(chǎng)使用系統(tǒng)

系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用示意圖如圖6，系統(tǒng)中每1列(6個(gè))淺圓倉組成一個(gè)控制單元，整個(gè)系統(tǒng)由7個(gè)控制單元組成。每個(gè)控制單元監(jiān)測(cè)6個(gè)淺圓倉。每個(gè)控制單元設(shè)置一個(gè)TZGD04集中控制箱，安裝在最南端的淺圓倉位置。其他5個(gè)淺圓倉各設(shè)置TZGD03信號(hào)檢測(cè)箱。TZGD04和各TZGD03通過modbus網(wǎng)絡(luò)連接；TZGD04和TZDTU-20 4G云模塊用以太網(wǎng)連接。

圖6 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用示意圖

4.1 TZGD03信號(hào)檢測(cè)箱

TZGD03信號(hào)檢測(cè)箱主要由下列元器件組成：1套PLC及擴(kuò)展AD模塊、2臺(tái)激光測(cè)距儀，含磁性激光反射板。1臺(tái)工業(yè)開關(guān)電源、2臺(tái)高精度數(shù)字顯示器、1個(gè)聲光報(bào)警器、1個(gè)報(bào)警確認(rèn)按鈕、1面不銹鋼IP65雙門控制箱。

其中，2臺(tái)激光測(cè)距儀安裝在保溫門內(nèi)側(cè)，通過10針重載插接件連接到TZGD03。在測(cè)量上門和中門的交叉點(diǎn)、中門和下門的交叉點(diǎn)各安裝1塊激光反射板，并對(duì)應(yīng)1臺(tái)激光測(cè)距儀。

激光測(cè)距儀檢測(cè)保溫門到擋糧門的距離，將距離信號(hào)傳送給TZGD03，在數(shù)字顯示器顯示距離值，同時(shí)，PLC CPU采集距離數(shù)據(jù)，和事先設(shè)置好的上下報(bào)警限進(jìn)行比較，超出報(bào)警限，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。TZGD03將距離數(shù)據(jù)以及報(bào)警狀態(tài)通過Modbus網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)絋ZGD04。

TZGD03可以接收來自TZGD04的控制命令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、上下限設(shè)置、聲光報(bào)警、報(bào)警遠(yuǎn)程確認(rèn)等功能。

每個(gè)控制單元包括5面TZGD03，系統(tǒng)共需要35面TZGD03，如圖7。

圖7 TZGD03框圖

4.2 TZGD04集中控制箱

TZGD04除具有TZGD03功能之外，還可遠(yuǎn)程操控其他TZGD03、顯示其他TZGD03的信息，其主要組成為：1套PLC及擴(kuò)展AD模塊、2臺(tái)激光測(cè)距儀、含磁性激光反射板。1臺(tái)4口以上交換機(jī)、1臺(tái)工業(yè)開關(guān)電源、1面高清觸摸屏、6個(gè)聲光報(bào)警器、1個(gè)報(bào)警確認(rèn)按鈕、1面不銹鋼IP65雙門控制箱。

TZGD04通過Modbus網(wǎng)絡(luò)和5臺(tái)TZGD04交換信息，各個(gè)倉擋糧門位置及報(bào)警信息顯示在TDGD04觸屏上，在觸屏上可以設(shè)置各個(gè)倉門的空倉位置、滿倉位置和顯示實(shí)際位置，全部信息通過因特網(wǎng)發(fā)生給TZDTU-20 4G云模塊。42個(gè)倉需要7個(gè)TZGD04。其組成如圖8。

圖8 TZGD04框圖

4.3 TZDTU-20 4G云數(shù)傳模塊

TZDTU-20是用于TZYH-4G01物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)連接下位設(shè)備所用的4G全網(wǎng)通網(wǎng)關(guān)，TZDTU-20可以利用4G網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)連接TZYH-4G01物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)。TZDTU-20利用串口或網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)Modbus數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和傳輸，配置參數(shù)方式多樣、靈活，運(yùn)行安全穩(wěn)定，具備隔離防護(hù)，EMC防護(hù)等多項(xiàng)保護(hù)設(shè)計(jì)，適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

用戶通過TZYH-4G01平臺(tái)可以遠(yuǎn)程配置TZDTU-20各項(xiàng)參數(shù)，簡單易用，輕松創(chuàng)建可靠的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。TZDTU-20無論作為Modbus主站進(jìn)行串口通訊或作為Modbus客戶端進(jìn)行網(wǎng)口通訊，均可以靈活地實(shí)現(xiàn)多個(gè)Modbus子設(shè)備或者多個(gè)Modbus Server設(shè)備的接入。TZDTU-20具備標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌，工程現(xiàn)場(chǎng)安裝簡單，適用于各種觸摸屏、PLC、Modbus儀器儀表或工業(yè)控制器的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控。

借助配套軟件工具，TZDTU-20還具備遠(yuǎn)程上下載PLC程序和遠(yuǎn)程調(diào)試PLC功能。

其特點(diǎn)是：①采用高性能工業(yè)級(jí)32位通信處理器和無線模塊。②支持全網(wǎng)通4G/3G/2G通訊，支持網(wǎng)線直連(WAN)上網(wǎng)，優(yōu)先使用網(wǎng)線上網(wǎng)。③具備通信隔離和端口防護(hù)，特別適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。④寬電源輸入(DC 9～30 V)，電源接口內(nèi)置反相保護(hù)和過壓保護(hù)。⑤WDT“看門狗”設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。⑥采用完備的防掉線機(jī)制，保證數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，上電即可進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。⑦支持標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)Modbus-RTU、Modbus-TCP通訊協(xié)議。⑧支持遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程在線升級(jí)功能。⑨內(nèi)嵌私有加密通訊協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與云平臺(tái)的安全無縫對(duì)接。⑩支持標(biāo)準(zhǔn)DIN35 mm導(dǎo)軌安裝。

5 結(jié)論

5.1 淺圓倉擋糧門位移檢測(cè)系統(tǒng)可準(zhǔn)確及時(shí)檢測(cè)擋糧門位置變動(dòng)，并報(bào)警。

5.2 可通過數(shù)據(jù)箱現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)擋糧門位移情況，也可通過手機(jī)檢測(cè)。

5.3 系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)，避免開啟保溫門。

5.4 適用于糧庫各種倉型擋糧門監(jiān)測(cè)。