淺圓倉擋糧門移位監測系統*

張杰純 劉 剛 安志明 王繼偉 鄭啟雙

(中央儲備糧唐山直屬庫有限公司 063611)

1 淺圓倉擋糧門位移檢測設備結構

1.1 電感式接近開關檢測法

電感式接近開關工作的原理是：當有金屬靠近電感式接近開關時，開關發出信號。用這種傳感器監控淺圓倉擋糧門位移，如圖1所示。

圖1 電感式接近開關示意圖

1.1.1 位移監測點 可以調節位置和長短的鐵桿。

1.1.2 接近開關 電感式接近開關，監測距離0～15 mm，在監測范圍內有金屬存在時發出高電頻信號。6扇門需要6個接近開關。

1.1.3 傳感器安裝立柱 可移動、可調節高度的不銹鋼立柱，立柱內部安裝電感式接近開關，感應面與立柱外壁齊平。

1.1.4 監測模塊 用于接近開關信號的監測，并將開關信息傳給控制箱。

1.1.5 控制箱 PLC：實現接收、顯示、傳輸開關狀態、聲光報警等任務。

1.1.6 通訊模塊 實現和上位機、歷史數據庫的通訊。

1.1.7 供電電源 為PLC、通訊模塊、接近開關、監測模塊供電。

1.1.8 操作按鈕和指示燈 當淺圓倉擋糧門關閉后，將不銹鋼立柱立在門洞中，接近開關感應面正對淺圓倉擋糧門。位移監測點用強磁鐵吸附在淺圓倉擋糧門上，并調整位置，使接近開關剛好監測不到信號。當淺圓倉擋糧門向外移動時，接近開關就可以監測到位移裝置，發出淺圓倉擋糧門移動的信號。接近開關只是發出監測到或沒有監測到兩種開關信號，相應的監測模塊只監測開關量，系統成本低。

1.2 激光位置監測法

激光位置監測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，使用方便，但監測數據可能隨保溫門晃動而變化。

1.2.1 激光位置監測法是使用激光位移傳感器測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1 mm，平均壽命100000 h，4 mA～20 mA模擬量輸出。每個擋糧門需要6個。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 監測模塊 6路4 mA～20 mA模擬量A/D轉換器。將6路傳感器檢測的距離信號發送給控制箱。

1.2.1.3 控制箱 PLC：實現接收、顯示、傳輸擋糧門位置、狀態、聲光報警等任務。

1.2.1.4 通訊模塊 實現和上位機、歷史數據庫的通訊。10寸觸屏：TFT屏、分辨率1280×800。顯示擋糧門位置、設置報警限、閃爍方式報警。

1.2.1.5 供電電源 為PLC、觸屏、通訊模塊、激光位移傳感器、監測模塊供電。

1.2.1.6 操作按鈕和指示燈 當淺圓倉擋糧門、保溫門關閉后，可以在控制箱觸屏或上位機電腦上查看淺圓倉擋糧門的位置，并設定位置變化的報警值。

激光位移傳感器、監測模塊、PLC都需對要模擬量處理，系統成本較高。

1.2.2 激光位置監測法是在淺圓倉擋糧門和保溫門之間放置方便移動的監測箱，6個激光傳感器安裝在監測箱中，光束分別指向6扇門。監測數據穩定，但6臺激光測距的數據是有差別的，最上面的距離數據大，最下面的距離數據小。

當淺圓倉擋糧門關閉后，將監測箱放在淺圓倉擋糧門和保溫門之間，調整激光傳感器角度，分別指向6扇門。然后關閉保溫門。在控制箱觸屏或上位機電腦上查看淺圓倉擋糧門的位置，并設定位置變化的報警值，見圖3。

圖3 激光位置監測法示意圖

2 數據采集傳輸

數據服務器負責存儲淺圓倉擋糧門位置數據并提供查詢服務。數據服務器可以設在中控室，也可以設置在云端。根據數據服務器的位置不同，數據模塊到服務器之間的傳輸可以通過如下方式實現：①有線數據傳輸、②無線數據透傳、③4G云數據傳輸。

2.1 有線數據傳輸

用信號電纜(比如屏蔽銅芯電纜或光纜)連接數據傳輸模塊和數據服務器。這種連接方式穩定可靠，光纜傳輸不受電磁干擾。但是，施工難度大。

2.2 無線數據透傳

無線透傳方式需要在數據服務器端和各個數據傳輸模塊端增加無線數傳模塊，多個無線數傳模塊組成的無線網絡代替信號電纜。這種方式施工難度小，但無線傳輸容易受到電磁干擾，也會受到建筑物的阻擋，施工時需要擇優選擇無線數傳模塊安裝位置。為了降低成本可以3～6個倉門用一個無線數據透傳模塊，見圖4。

圖4 無線數據透傳示意圖

2.3 4G云數據傳輸

但對于“專門用于執行專利方法的產品”，德國聯邦最高法院卻在Fullplast Process案中對它在投入市場后發生方法專利權用盡的觀點表達了明確的反對。該案中，專利權人擁有一項方法專利，他向被告銷售了一臺實施該專利方法的機器。同時雙方簽署了專利許可合同，約定被告向專利權人支付許可費。但后來被告未能支付許可費，專利權人即提起訴訟。被告的抗辯理由之一是，該方法專利在機器被投入市場后即用盡了，故他不必支付許可費。

4G云數據傳輸需要在各個數據傳輸模塊端增加4G DTU數據傳輸模塊，利用移動網絡(移動、聯通、電信均可)實現數據上傳任務。每個4G DTU數傳模塊需要購買數據流量卡。還需要租用云服務器存儲數據。為了降低成本可以3～6個倉門用一個4GDTU模塊，見圖5。

圖5 4G云數據傳輸示意圖

3 數據顯示和存儲

3.1 使用有線數據傳輸、無線數據透傳方式

使用有線數據傳輸、無線數據透傳方式時，數據服務器設在中控室。以現有局域網為基礎，比較容易組成C/S(Client/Server即客戶端/服務器)架構的網絡。需要定制開發數據服務器端和客戶端軟件。局域網內每個需要查看擋糧門數據的電腦上都必須安裝一套定制的客戶端軟件。數據采集間隔、數據存儲時間幾乎不受限制。在軟件使用過程中不需要任何費用。

造價費用主要包括：服務器采購費用、服務器端軟件開發費用、客戶端軟件開發費用。

3.2 使用4G云數據傳輸方式

使用4G云數據傳輸方式時，可以非常方便地實現B/S(Browser/Server即瀏覽器/服務器)架構網絡。租用云數據服務商提供的數據服務器。由于數據存儲在云服務器中，采集數據、存儲數據、查看數據都要通過公網，數據刷新速度會有很大限制，一般在1 min左右才能刷新一次。需要開發云數據服務器端軟件及電腦、手機可以瀏覽的網頁、開發微信小程序或公眾號。

相關人員在任何有網絡的地方都可以通過電腦和手機瀏覽器查詢擋糧門數據。也可也通過微信小程序查看。

4 現場使用系統

系統現場使用示意圖如圖6，系統中每1列(6個)淺圓倉組成一個控制單元，整個系統由7個控制單元組成。每個控制單元監測6個淺圓倉。每個控制單元設置一個TZGD04集中控制箱，安裝在最南端的淺圓倉位置。其他5個淺圓倉各設置TZGD03信號檢測箱。TZGD04和各TZGD03通過modbus網絡連接；TZGD04和TZDTU-20 4G云模塊用以太網連接。

圖6 系統現場使用示意圖

4.1 TZGD03信號檢測箱

TZGD03信號檢測箱主要由下列元器件組成：1套PLC及擴展AD模塊、2臺激光測距儀，含磁性激光反射板。1臺工業開關電源、2臺高精度數字顯示器、1個聲光報警器、1個報警確認按鈕、1面不銹鋼IP65雙門控制箱。

其中，2臺激光測距儀安裝在保溫門內側，通過10針重載插接件連接到TZGD03。在測量上門和中門的交叉點、中門和下門的交叉點各安裝1塊激光反射板，并對應1臺激光測距儀。

激光測距儀檢測保溫門到擋糧門的距離，將距離信號傳送給TZGD03，在數字顯示器顯示距離值，同時，PLC CPU采集距離數據，和事先設置好的上下報警限進行比較，超出報警限，發出聲光報警信號。TZGD03將距離數據以及報警狀態通過Modbus網絡，傳輸到TZGD04。

TZGD03可以接收來自TZGD04的控制命令，實現數據傳輸、上下限設置、聲光報警、報警遠程確認等功能。

每個控制單元包括5面TZGD03，系統共需要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及擴展AD模塊、2臺激光測距儀、含磁性激光反射板。1臺4口以上交換機、1臺工業開關電源、1面高清觸摸屏、6個聲光報警器、1個報警確認按鈕、1面不銹鋼IP65雙門控制箱。

TZGD04通過Modbus網絡和5臺TZGD04交換信息，各個倉擋糧門位置及報警信息顯示在TDGD04觸屏上，在觸屏上可以設置各個倉門的空倉位置、滿倉位置和顯示實際位置，全部信息通過因特網發生給TZDTU-20 4G云模塊。42個倉需要7個TZGD04。其組成如圖8。

圖8 TZGD04框圖

4.3 TZDTU-20 4G云數傳模塊

TZDTU-20是用于TZYH-4G01物聯網云平臺連接下位設備所用的4G全網通網關，TZDTU-20可以利用4G網絡或有線網絡連接TZYH-4G01物聯網云平臺。TZDTU-20利用串口或網口實現Modbus數據自動采集和傳輸，配置參數方式多樣、靈活，運行安全穩定，具備隔離防護，EMC防護等多項保護設計，適合于環境惡劣的工業現場。

用戶通過TZYH-4G01平臺可以遠程配置TZDTU-20各項參數，簡單易用，輕松創建可靠的數據通信網絡。TZDTU-20無論作為Modbus主站進行串口通訊或作為Modbus客戶端進行網口通訊，均可以靈活地實現多個Modbus子設備或者多個Modbus Server設備的接入。TZDTU-20具備標準導軌，工程現場安裝簡單，適用于各種觸摸屏、PLC、Modbus儀器儀表或工業控制器的遠程聯網與監控。

借助配套軟件工具，TZDTU-20還具備遠程上下載PLC程序和遠程調試PLC功能。

其特點是：①采用高性能工業級32位通信處理器和無線模塊。②支持全網通4G/3G/2G通訊，支持網線直連(WAN)上網，優先使用網線上網。③具備通信隔離和端口防護，特別適合于工業現場的應用。④寬電源輸入(DC 9～30 V)，電源接口內置反相保護和過壓保護。⑤WDT“看門狗”設計，保證系統穩定。⑥采用完備的防掉線機制，保證數據終端永遠在線，上電即可進入數據傳輸狀態。⑦支持標準工業Modbus-RTU、Modbus-TCP通訊協議。⑧支持遠程配置、遠程在線升級功能。⑨內嵌私有加密通訊協議棧，實現設備與云平臺的安全無縫對接。⑩支持標準DIN35 mm導軌安裝。

5 結論

5.1 淺圓倉擋糧門位移檢測系統可準確及時檢測擋糧門位置變動，并報警。

5.2 可通過數據箱現場檢測擋糧門位移情況，也可通過手機檢測。

5.3 系統自動檢測，避免開啟保溫門。

5.4 適用于糧庫各種倉型擋糧門監測。