梁馨予

本文是基于PLC開發(fā)的安全監(jiān)測系統(tǒng)，具有通用性強(qiáng)、可靠性高、模塊化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，系統(tǒng)由PLC、觸摸屏、上位機(jī)、各種檢測模塊以及交換機(jī)組成。本監(jiān)測系統(tǒng)可對煤倉內(nèi)部的溫度、煙霧、可燃性氣體的濃度、煤炭的料位高度進(jìn)行檢測，PLC將得到的數(shù)據(jù)通過觸摸屏顯示，并且通過以太網(wǎng)傳送給上位機(jī)，利用組態(tài)王顯示報(bào)警畫面、趨勢曲線、實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等。同時(shí)可以接入企業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息化處理。

【關(guān)鍵詞】PLC 煤倉 智能 監(jiān)測

國內(nèi)外建造的大型煤倉由于設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)行管理不妥善，導(dǎo)致煤倉會(huì)多次發(fā)生各種事故。這要求各個(gè)國家設(shè)計(jì)建造煤倉時(shí)，對煤倉安全給予高度重視?；赑LC的煤倉智能安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是保證煤倉的安全穩(wěn)定運(yùn)行。煤倉一旦發(fā)生事故，就有可能威脅到整個(gè)工廠的運(yùn)行和安全。因此建成檢測與控制相結(jié)合且維護(hù)費(fèi)用較低的智能煤倉意義重大。

1 系統(tǒng)功能設(shè)定及方案確定

在工業(yè)場合中，基于PLC的煤倉智能安全監(jiān)控系統(tǒng)具有采集功能、自檢功能、控制功能、上位機(jī)顯示功能以及觸摸屏顯示功能。跟據(jù)以上系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的功能，確定煤倉智能安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

根據(jù)控制系統(tǒng)工作過程確定煤倉智能安全監(jiān)控系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的功能：

1.1 自檢功能

包括每24小時(shí)自檢和手動(dòng)自檢。

1.2 數(shù)據(jù)采集功能

完成溫度、氣體濃度、煤炭高度等數(shù)據(jù)采集。

1.3 數(shù)據(jù)顯示

在觸摸屏上顯示各個(gè)模塊采集到的數(shù)據(jù)，并能夠顯示通信中斷、傳感器故障的功能。

1.4 工業(yè)以太網(wǎng)通信功能

PLC與交換機(jī)之間、交換機(jī)與主站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

2 監(jiān)控系統(tǒng)編程設(shè)計(jì)

2.1 PLC程序編程

程序初始化通信系統(tǒng)與定時(shí)系統(tǒng)，PLC將通過Modbus協(xié)議收集相關(guān)設(shè)備采集到數(shù)據(jù)，再將采集到的數(shù)據(jù)傳送到交換機(jī)與觸摸屏中，再通過以太網(wǎng)將交換機(jī)得到的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)中，觸摸屏與上位機(jī)顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)開始上電，立即對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，當(dāng)24小時(shí)自檢時(shí)間到或者手動(dòng)自檢的時(shí)候，將PLC收集到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)上限值比較，如果自檢出現(xiàn)故障，則系統(tǒng)將發(fā)出故障信號(hào)并停止工作，如自檢無故障，則傳感器將采集到的數(shù)據(jù)通過 CM01通訊端口傳入 CPU中， CPU完成對信號(hào)的濾波處理和故障預(yù)測。如果采集到溫度值超過數(shù)據(jù)上限，則在觸摸屏與上位機(jī)中點(diǎn)亮故障位置處的指示燈。當(dāng)雷達(dá)料位計(jì)以及射頻導(dǎo)納料位計(jì)檢測到煤倉內(nèi)部的煤炭的存儲(chǔ)數(shù)量超過設(shè)定值時(shí)，將點(diǎn)亮故障指示燈以及進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)檢測到的可燃?xì)怏w（CO、O2、CH4）的濃度超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)電磁閥，將惰性氣體填充到煤倉中，以防止煤倉內(nèi)部發(fā)生爆炸。

2.2 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)

組態(tài)王軟件支持可視化的操作界面，真彩顯示圖形、動(dòng)畫鏈接，可對畫面進(jìn)行存儲(chǔ)，以便后期進(jìn)行分析或打印。強(qiáng)大的事件處理功能支持實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的邏輯操作與決策處理?？梢园l(fā)布實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并且保存歷史數(shù)據(jù)，可與常見的PLC設(shè)備連接。

組態(tài)王與S7-200 Smart PLC通信：

2.2.1 新建項(xiàng)目

打開組態(tài)王軟件，按照項(xiàng)目新建指導(dǎo)建立項(xiàng)目。

2.2.2 設(shè)備配置

在設(shè)備一欄中找到并點(diǎn)擊COM1，新建一個(gè)設(shè)備配置向?qū)?，選擇PLC找到s7-200 Smart（TCP），選中后點(diǎn)擊下一步選擇網(wǎng)口和通訊地址，COM口值隨便選擇一個(gè)即可。設(shè)置以太網(wǎng)地址時(shí)，其規(guī)則如下所示：IP地址：槽號(hào)：CPU地址，例如192.168.2.1：0。下一步設(shè)置通訊參數(shù)時(shí)，使用默認(rèn)參數(shù)即可。點(diǎn)擊下一步顯示已創(chuàng)建新的設(shè)備信息及通訊方式，沒有問題之后點(diǎn)擊完成按鈕。下一步是對已創(chuàng)建的設(shè)備進(jìn)行設(shè)備連接測試，點(diǎn)擊設(shè)備測試按鈕，測試無誤后，設(shè)備的配置就全部完成了。

2.2.3 建立新變量

在數(shù)據(jù)庫欄中找到數(shù)據(jù)詞典并打開，點(diǎn)擊新建變量，變量的類型選用I/O離散。連接設(shè)備選項(xiàng)選擇上一步已經(jīng)建立的設(shè)備，一個(gè)新的變量就建好了。

2.2.4 設(shè)計(jì)畫面

單擊畫面按鈕，選擇第一步新建的畫面，雙擊打開。打開圖庫，選擇要用的對象，點(diǎn)擊畫面中的按鈕，找到上一步新建的變量，選中后按確定按鈕，根據(jù)實(shí)際情況選擇動(dòng)作和執(zhí)行條件，選擇完后點(diǎn)擊確定按鈕。此時(shí)這個(gè)按鈕與PLC就通訊成功了。

2.3 觸摸屏顯示

觸摸屏與PLC通信使用PPI通信。通過EB8000 Project Manager 設(shè)計(jì)界面并下載到觸摸屏中，將需要顯示的數(shù)據(jù)在PLC中地址與界面中的元件地址相對應(yīng)的，觸摸屏則可以顯示PLC相應(yīng)地址里的數(shù)據(jù)。

觸摸屏界面設(shè)計(jì)時(shí)，首先設(shè)定用戶登錄界面，界面一顯示氣體探測器檢測到的CO、O2、CH4等可燃?xì)怏w的濃度，一旦可燃?xì)怏w的濃度超過設(shè)定值，故障指示燈將被點(diǎn)亮，設(shè)置故障消除按鈕進(jìn)行故障消除。界面二顯示射頻導(dǎo)納料位計(jì)和雷達(dá)料位計(jì)檢測到的數(shù)據(jù)，當(dāng)煤倉內(nèi)的煤炭的位置超過預(yù)設(shè)值時(shí)，故障指示燈將被點(diǎn)亮，設(shè)置故障消除按鈕進(jìn)行故障消除。界面三顯示8路、16路溫度傳感器按鈕，按下后顯示8路、16路纜式傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)。界面四顯示報(bào)警信息。

3 系統(tǒng)搭建

為了讓操作者能夠真實(shí)、可靠地掌握煤倉內(nèi)部運(yùn)行的情況，設(shè)計(jì)了煤倉智能安全監(jiān)控系統(tǒng)以便對煤倉內(nèi)部的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)煤倉內(nèi)部的實(shí)際溫度超過人工預(yù)設(shè)值時(shí)，觸摸屏和上位機(jī)都要顯示故障并顯示故障位置。當(dāng)煤倉內(nèi)的可燃性氣體濃度超過事先預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)電磁閥，釋放存儲(chǔ)的惰性氣體，以防止煤倉內(nèi)部爆炸情況的發(fā)生。本監(jiān)控系統(tǒng)還需要實(shí)現(xiàn)24小時(shí)自動(dòng)檢測和手動(dòng)自檢的功能。故煤倉智能安全監(jiān)控系統(tǒng)則需要PLC、觸摸屏、上位機(jī)、各種檢測模塊以及交換機(jī)。

溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測由溫度采集模塊和溫度巡檢儀兩部分組成；煙霧探測器監(jiān)測粉塵濃度；可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測CH4、CO、O2三種氣體的濃度；料位高度實(shí)時(shí)監(jiān)測模塊包括雷達(dá)料位計(jì)、射頻導(dǎo)納料位計(jì)。

將巡檢儀以及溫度采集模塊接入SB COM1中，在接線應(yīng)注意需要將通信線A、B反接，巡檢儀采用交流220V供電，溫度采集模塊采用開關(guān)電源提供24V直流電。當(dāng)射頻導(dǎo)納料位計(jì)測量值與預(yù)設(shè)值相同，或者當(dāng)煙霧探測器檢測到的濃度超過氣體濃度上限值，或者當(dāng)氣體壓力傳感器檢測到煤倉里氣壓過高時(shí)，對應(yīng)的開關(guān)將接通并進(jìn)行報(bào)警顯示。整個(gè)硬件系統(tǒng)搭建完畢。

參考文獻(xiàn)

[1]王建國.基于PLC地面煤倉綜合監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（S0）：156-158.

[2]王琳.PLC在煤化工輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2011（03）.

[3]楊麗娟.輸煤程控系統(tǒng)與簡倉安全監(jiān)控系統(tǒng)的整合[J].自動(dòng)化儀表，2010（08）：48-51.

作者單位

中國礦業(yè)大學(xué) 江蘇省徐州市 221000