基于PLC的煤倉智能監測系統

梁馨予

本文是基于PLC開發的安全監測系統，具有通用性強、可靠性高、模塊化設計等特點，系統由PLC、觸摸屏、上位機、各種檢測模塊以及交換機組成。本監測系統可對煤倉內部的溫度、煙霧、可燃性氣體的濃度、煤炭的料位高度進行檢測，PLC將得到的數據通過觸摸屏顯示，并且通過以太網傳送給上位機，利用組態王顯示報警畫面、趨勢曲線、實時監控數據等。同時可以接入企業以太網實現信息化處理。

【關鍵詞】PLC 煤倉 智能 監測

國內外建造的大型煤倉由于設計、施工以及運行管理不妥善，導致煤倉會多次發生各種事故。這要求各個國家設計建造煤倉時，對煤倉安全給予高度重視。基于PLC的煤倉智能安全監控系統的主要目的是保證煤倉的安全穩定運行。煤倉一旦發生事故，就有可能威脅到整個工廠的運行和安全。因此建成檢測與控制相結合且維護費用較低的智能煤倉意義重大。

1 系統功能設定及方案確定

在工業場合中，基于PLC的煤倉智能安全監控系統具有采集功能、自檢功能、控制功能、上位機顯示功能以及觸摸屏顯示功能。跟據以上系統所需實現的功能，確定煤倉智能安全監控系統結構框圖。

根據控制系統工作過程確定煤倉智能安全監控系統所需實現的功能：

1.1 自檢功能

包括每24小時自檢和手動自檢。

1.2 數據采集功能

完成溫度、氣體濃度、煤炭高度等數據采集。

1.3 數據顯示

在觸摸屏上顯示各個模塊采集到的數據，并能夠顯示通信中斷、傳感器故障的功能。

1.4 工業以太網通信功能

PLC與交換機之間、交換機與主站之間進行數據傳送。

2 監控系統編程設計

2.1 PLC程序編程

程序初始化通信系統與定時系統，PLC將通過Modbus協議收集相關設備采集到數據，再將采集到的數據傳送到交換機與觸摸屏中，再通過以太網將交換機得到的數據傳送給上位機中，觸摸屏與上位機顯示相關數據。

系統開始上電，立即對系統進行初始化，當24小時自檢時間到或者手動自檢的時候，將PLC收集到的數據與數據上限值比較，如果自檢出現故障，則系統將發出故障信號并停止工作，如自檢無故障，則傳感器將采集到的數據通過 CM01通訊端口傳入 CPU中， CPU完成對信號的濾波處理和故障預測。如果采集到溫度值超過數據上限，則在觸摸屏與上位機中點亮故障位置處的指示燈。當雷達料位計以及射頻導納料位計檢測到煤倉內部的煤炭的存儲數量超過設定值時，將點亮故障指示燈以及進行報警。當檢測到的可燃氣體（CO、O2、CH4）的濃度超過設定值時，系統將自動啟動電磁閥，將惰性氣體填充到煤倉中，以防止煤倉內部發生爆炸。

2.2 組態軟件設計

組態王軟件支持可視化的操作界面，真彩顯示圖形、動畫鏈接，可對畫面進行存儲，以便后期進行分析或打印。強大的事件處理功能支持實時、歷史數據的分布式存儲，能夠實現復雜的邏輯操作與決策處理。可以發布實時數據并且保存歷史數據，可與常見的PLC設備連接。

組態王與S7-200 Smart PLC通信：

2.2.1 新建項目

打開組態王軟件，按照項目新建指導建立項目。

2.2.2 設備配置

在設備一欄中找到并點擊COM1，新建一個設備配置向導，選擇PLC找到s7-200 Smart（TCP），選中后點擊下一步選擇網口和通訊地址，COM口值隨便選擇一個即可。設置以太網地址時，其規則如下所示：IP地址：槽號：CPU地址，例如192.168.2.1：0。下一步設置通訊參數時，使用默認參數即可。點擊下一步顯示已創建新的設備信息及通訊方式，沒有問題之后點擊完成按鈕。下一步是對已創建的設備進行設備連接測試，點擊設備測試按鈕，測試無誤后，設備的配置就全部完成了。

2.2.3 建立新變量

在數據庫欄中找到數據詞典并打開，點擊新建變量，變量的類型選用I/O離散。連接設備選項選擇上一步已經建立的設備，一個新的變量就建好了。

2.2.4 設計畫面

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，根據實際情況選擇動作和執行條件，選擇完后點擊確定按鈕。此時這個按鈕與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 設計界面并下載到觸摸屏中，將需要顯示的數據在PLC中地址與界面中的元件地址相對應的，觸摸屏則可以顯示PLC相應地址里的數據。

觸摸屏界面設計時，首先設定用戶登錄界面，界面一顯示氣體探測器檢測到的CO、O2、CH4等可燃氣體的濃度，一旦可燃氣體的濃度超過設定值，故障指示燈將被點亮，設置故障消除按鈕進行故障消除。界面二顯示射頻導納料位計和雷達料位計檢測到的數據，當煤倉內的煤炭的位置超過預設值時，故障指示燈將被點亮，設置故障消除按鈕進行故障消除。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據。界面四顯示報警信息。

3 系統搭建

為了讓操作者能夠真實、可靠地掌握煤倉內部運行的情況，設計了煤倉智能安全監控系統以便對煤倉內部的實際情況進行實時監控。當煤倉內部的實際溫度超過人工預設值時，觸摸屏和上位機都要顯示故障并顯示故障位置。當煤倉內的可燃性氣體濃度超過事先預設值時，系統將自動啟動電磁閥，釋放存儲的惰性氣體，以防止煤倉內部爆炸情況的發生。本監控系統還需要實現24小時自動檢測和手動自檢的功能。故煤倉智能安全監控系統則需要PLC、觸摸屏、上位機、各種檢測模塊以及交換機。

溫度實時監測由溫度采集模塊和溫度巡檢儀兩部分組成；煙霧探測器監測粉塵濃度；可燃氣體濃度監測模塊實時監測CH4、CO、O2三種氣體的濃度；料位高度實時監測模塊包括雷達料位計、射頻導納料位計。

將巡檢儀以及溫度采集模塊接入SB COM1中，在接線應注意需要將通信線A、B反接，巡檢儀采用交流220V供電，溫度采集模塊采用開關電源提供24V直流電。當射頻導納料位計測量值與預設值相同，或者當煙霧探測器檢測到的濃度超過氣體濃度上限值，或者當氣體壓力傳感器檢測到煤倉里氣壓過高時，對應的開關將接通并進行報警顯示。整個硬件系統搭建完畢。

參考文獻

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作者單位

中國礦業大學 江蘇省徐州市 221000