劉士亞，張小平，文麗，黃毅

(湖南科技大學(xué) 湖南科技大學(xué)先進(jìn)礦山裝備教育部工程研究中心，湖南 湘潭 411201)

0 引言

帶電作業(yè)工具的技術(shù)性能，尤其是其絕緣性能的穩(wěn)定可靠是保證作業(yè)人員作業(yè)安全的基本前提，而作業(yè)工具合適的存放環(huán)境是確保其技術(shù)性能穩(wěn)定可靠的基本要求，因此必須對(duì)作業(yè)工具存放庫(kù)房的環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)與控制[1－2]。文中闡述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與基本工作原理，研究開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)的硬件裝置與控制軟件，并經(jīng)過(guò)了實(shí)際的運(yùn)行測(cè)試，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了技術(shù)要求。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其基本工作原理

該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要包括室內(nèi)溫濕度傳感器、室外溫度傳感器、煙霧傳感器、主控制器、工控機(jī)、電氣控制柜、加熱器、除濕機(jī)、排風(fēng)機(jī)、短信通、聲光報(bào)警器及打印機(jī)等環(huán)節(jié)。其中主控制器采用臺(tái)達(dá) PLC，它通過(guò)檢測(cè)室內(nèi)溫濕度傳感器、室外溫度傳感器信號(hào)并與其相應(yīng)的設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)相關(guān)運(yùn)算處理后輸出控制信號(hào)來(lái)控制加熱器、除濕機(jī)、排風(fēng)機(jī)等外部設(shè)備的運(yùn)行，同時(shí)還將相應(yīng)的溫濕度信號(hào)上傳至工控機(jī)，由工控機(jī)設(shè)計(jì)出友好的人機(jī)界面，以實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)房溫濕度狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和打印;如果主控制器接收到煙霧傳感器發(fā)來(lái)的信號(hào)，則立即啟動(dòng)報(bào)警并自動(dòng)切斷庫(kù)房?jī)?nèi)各外設(shè)電源，同時(shí)通過(guò)GPRS通信模塊將報(bào)警信息以短信方式發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人[3]，以盡量縮短火災(zāi)報(bào)警時(shí)間;電氣控制柜用于將主控制器輸出的控制信號(hào)進(jìn)行隔離放大以驅(qū)動(dòng)加熱器等外部設(shè)備，同時(shí)它還具有過(guò)流、短路及超溫?cái)嚯姳Ｗo(hù)等功能。

圖1 庫(kù)房狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)控制軟件包括上位機(jī)人機(jī)界面軟件，PLC控制軟件及相應(yīng)的通信軟件等部分。

2.1 上位機(jī)數(shù)據(jù)處理與人機(jī)界面設(shè)計(jì)

上位機(jī)人機(jī)界面軟件采用組態(tài)王 kingview6.55開(kāi)發(fā)[4－5]，用于實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)、上下限設(shè)定、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)表打印及溫濕度超限報(bào)警等功能。

人機(jī)界面采用窗口、圖標(biāo)、菜單、指示器四位一體的界面[6]，能同時(shí)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史曲線、報(bào)警信息等不同種類的信息，用戶可在多個(gè)不同的功能菜單間自由切換，通過(guò)下拉式菜單方便地執(zhí)行控制任務(wù)，通過(guò)引入圖標(biāo)、下拉式菜單、按鈕及滾動(dòng)桿技術(shù)，可有效減少鍵盤輸入，提高交互效率。

該監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)有歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，其中歷史數(shù)據(jù)采用定時(shí)記錄的方式，即每隔1小時(shí)將1組數(shù)據(jù)自動(dòng)保存到指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中，利用組態(tài)王的SQL功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇、修改、插入、刪除等多種操作;實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)則顯示于人機(jī)界面中，采用數(shù)據(jù)表和特性曲線兩種顯示方式，每100 ms刷新一次數(shù)據(jù)。

2.2 PLC控制軟件設(shè)計(jì)

PLC控制軟件包括主程序及狀態(tài)信號(hào)采集與信號(hào)處理2個(gè)子程序。各程序模塊的功能如下:

2.2.1 主程序模塊

主程序流程如圖2所示，其基本功能是完成系統(tǒng)的初始化及調(diào)用各子程序。系統(tǒng)上電或復(fù)位后，先進(jìn)行初始化，設(shè)置各初始參數(shù)，讀取各傳感器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算處理后，控制各執(zhí)行單元的運(yùn)行，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)RS485總線傳送至上位機(jī)。

圖2 系統(tǒng)主程序

2.2.2 信號(hào)采集子程序模塊

圖3 信號(hào)采集子程序流程圖

該監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)部分包括室內(nèi)溫濕度傳感器、室外溫度傳感器(1個(gè))及煙霧傳感器等。其中，煙霧傳感器的輸出為開(kāi)關(guān)信號(hào)，信號(hào)采集較簡(jiǎn)單;而溫濕度傳感器采用RS485傳送信號(hào)，其信號(hào)采集過(guò)程相對(duì)較復(fù)雜，其基本流程如圖3所示。首先設(shè)定通信協(xié)議，再確定掃描周期，該掃描周期的確定對(duì)系統(tǒng)靈敏度和數(shù)據(jù)可靠性均會(huì)造成影響，如周期過(guò)大，則系統(tǒng)靈敏度會(huì)降低，而周期過(guò)小，則會(huì)引起數(shù)據(jù)丟失，本系統(tǒng)采用100 ms作為掃描周期，取得了較好的效果，在每個(gè)掃描周期開(kāi)始，系統(tǒng)讀取溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，待數(shù)據(jù)讀取完畢，再將其轉(zhuǎn)存至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，之后再清空數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以備下一周期數(shù)據(jù)采集用。

2.2.3 信號(hào)處理模塊

主控制器檢測(cè)室內(nèi)溫濕度傳感器、室外溫度傳感器信號(hào)并與其相應(yīng)的設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)相關(guān)運(yùn)算處理后，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)以控制加熱器、除濕機(jī)等外部設(shè)備的運(yùn)行。其中，濕度控制相對(duì)較簡(jiǎn)單，當(dāng)室內(nèi)濕度超過(guò)上限時(shí)，主控制器自動(dòng)起動(dòng)除濕機(jī);而對(duì)溫度的控制相對(duì)較復(fù)雜，其程序流程如圖4所示。系統(tǒng)首先檢測(cè)室內(nèi)外溫度，當(dāng)室外溫度處在上下限范圍內(nèi)時(shí)，則以室內(nèi)外溫差不超過(guò)5℃為控制目標(biāo)，如室溫過(guò)高，則開(kāi)啟排風(fēng)扇降溫，而若室溫過(guò)低，則延時(shí)30 s開(kāi)啟加熱器升溫;當(dāng)室外溫度不在上下限范圍內(nèi)時(shí)，則室內(nèi)溫度控制不受室內(nèi)外溫差為5℃的限制，以保證給室內(nèi)工作人員提供一個(gè)合適的工作環(huán)境。其中，溫度上下限可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定。

圖4 溫度數(shù)據(jù)處理流程圖

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)主畫面

3 樣機(jī)試驗(yàn)

基于上述研究設(shè)計(jì)，研制出系統(tǒng)樣機(jī)，其中監(jiān)控系統(tǒng)主畫面如圖5所示。經(jīng)過(guò)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了技術(shù)要求，且具有性能穩(wěn)定可靠、界面友好、操作方便等特點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)帶電作業(yè)工具對(duì)存放庫(kù)房環(huán)境的要求，研制了相應(yīng)的庫(kù)房狀態(tài)監(jiān)測(cè)與智能控制系統(tǒng)。闡述了該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及其基本工作原理，分析研究了控制軟件的設(shè)計(jì)方法，并研制出相應(yīng)的硬件裝置，經(jīng)結(jié)合控制軟件進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試表明，該系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了技術(shù)要求，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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