基于組態(tài)王與PLC的煤礦空壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

曹曉光 閆力

【摘?要】文章在三菱Q系列的可編程控制器及上位機(jī)監(jiān)控軟件的基礎(chǔ)上，根據(jù)空壓機(jī)無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求，提出一種用組態(tài)王軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控PLC的方法。

【關(guān)鍵詞】空壓機(jī);PLC;組態(tài)王;自動(dòng)控制

引言

空氣壓縮機(jī)（簡稱空壓機(jī)）是一種利用電動(dòng)機(jī)將空氣在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮氣體具有一定壓力的設(shè)備。空壓機(jī)為煤礦井下風(fēng)動(dòng)機(jī)械提供動(dòng)力源，其運(yùn)行狀況影響著礦井的生產(chǎn)，是煤礦的重要設(shè)備之一。全面及時(shí)地掌握空壓機(jī)的運(yùn)行情況并根據(jù)運(yùn)行情況對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行控制，對(duì)保障安全生產(chǎn)，節(jié)約能源，提高生產(chǎn)效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

PLC以卓越的性能廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，其作為一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有功能強(qiáng)大，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，維修方便等特點(diǎn)，能夠滿足噪音、振動(dòng)、高溫、低溫等惡劣環(huán)境下的機(jī)電設(shè)備控制要求。而通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)PC和PLC通信的目的是為了向客戶端提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)畫面顯示、報(bào)表顯示、窗口技術(shù)等多種功能，為PLC控制提供了良好的人機(jī)界面。

1?系統(tǒng)簡介

中煤哈密能源開發(fā)有限責(zé)任公司大南湖七號(hào)煤礦壓風(fēng)制氮車間布置了10臺(tái)英格索蘭MH350型螺桿式空壓機(jī)，其中4臺(tái)為制氮機(jī)配套使用，另外6臺(tái)為井下風(fēng)動(dòng)設(shè)備及壓風(fēng)自救系統(tǒng)供風(fēng)。控制方式為空壓機(jī)本機(jī)操作或在ACS4000就地控制柜上進(jìn)行操作，存在運(yùn)行狀態(tài)無法遠(yuǎn)程監(jiān)控，沒有實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)查看功能，數(shù)據(jù)不能存儲(chǔ)調(diào)用分析，故障報(bào)警不能上傳至集控調(diào)度等缺陷。本設(shè)計(jì)采用采用三菱PLC作為控制器，上位組態(tài)軟件采用亞控科技的組態(tài)王軟件對(duì)6臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控。

2?控制系統(tǒng)構(gòu)成

控制系統(tǒng)是由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、下位機(jī)控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等組成。

2.1上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

2.1.1觸摸屏控制系統(tǒng)

現(xiàn)場控制保留原ACS4000控制柜，富士UG330H-VS4型彩色觸摸屏與下位機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)控制及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。

2.1.2遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上裝有組態(tài)王7.5軟件，其提供多種通訊接口，可很好的與下位機(jī)PLC進(jìn)行通訊。系統(tǒng)主要由主控系統(tǒng)、溫度監(jiān)控系統(tǒng)、壓力監(jiān)控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、報(bào)表系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)服務(wù)器、WEB服務(wù)器等組成。

2.2下位機(jī)控制系統(tǒng)

下位機(jī)主要控制器件有：中央控制單元采用三菱Q06HCPU，Q61P電源模塊為機(jī)架上其它模塊提供5VDC和24VDC電源;輸入模塊QX40及輸出模塊QY40P;模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊Q64AD;串行通訊模塊QJ71C24N-R2。

2.3通訊系統(tǒng)

通訊系統(tǒng)信息傳輸方式：空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)本機(jī)KT-09B-HV控制器采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，以RS485通訊電纜通過MODBUS RTU通訊協(xié)議及CRC校驗(yàn)形式傳輸至ACS4000控制柜。在控制柜內(nèi)，數(shù)據(jù)經(jīng)RS-485/RS422光電隔離中繼器、QJ71C24N-R2 PC串行通訊模塊上傳至CPU，上位機(jī)通過BCNet-Q通訊模塊讀取CPU信息。

3?控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由主控系統(tǒng)、曲線系統(tǒng)、報(bào)表系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、Web發(fā)布系統(tǒng)和移動(dòng)客戶端系統(tǒng)7個(gè)子系統(tǒng)組成

3.1?主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)是空壓機(jī)的控制界面系統(tǒng)，在該界面下可實(shí)時(shí)監(jiān)測空壓機(jī)啟停狀態(tài)、運(yùn)行溫度、運(yùn)行累積時(shí)長、管路壓力及故障狀態(tài)信息。同時(shí)，在主控界面可以通過面板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)切換自動(dòng)/手動(dòng)控制模式。在自動(dòng)控制模式下，由PLC及組態(tài)程序根據(jù)管路壓力自動(dòng)、循環(huán)投退空壓機(jī)，管理人員在輸入賬號(hào)口令后可對(duì)投退空壓機(jī)壓力值進(jìn)行設(shè)定。在手動(dòng)控制模式下，空壓機(jī)不會(huì)隨壓力變化自動(dòng)啟停，控制人員可通過界面控制按鈕啟停空壓機(jī)，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)記錄操作人員及操作信息，并支持查詢功能。系統(tǒng)具備空壓機(jī)故障狀態(tài)識(shí)別功能，在空壓機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)停機(jī)，同時(shí)閉鎖故障空壓機(jī)啟動(dòng)程序，使其無法啟動(dòng)，待故障信息消除后方可啟動(dòng)。

3.2?曲線系統(tǒng)

曲線系統(tǒng)是由曲線形式顯示、記錄空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)和歷史狀態(tài)，該系統(tǒng)中創(chuàng)建了實(shí)時(shí)壓力和溫度曲線界面;歷史壓力曲線溫度曲線界面。在實(shí)時(shí)曲線界面，6臺(tái)空壓機(jī)的壓力、溫度以不同顏色曲線標(biāo)識(shí)，實(shí)時(shí)更新。在歷史曲線界面中，可以選擇查詢某一歷史時(shí)段內(nèi)空壓機(jī)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線。

3.3 報(bào)表系統(tǒng)

3.3.1?實(shí)時(shí)報(bào)表

實(shí)時(shí)報(bào)表主要用于顯示設(shè)備啟停記錄和設(shè)備運(yùn)行記錄。在啟停記錄中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄空壓機(jī)啟、停時(shí)間、單次運(yùn)行時(shí)間等信息。在運(yùn)行記錄中，系統(tǒng)每小時(shí)采集一次空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)，并將其填入運(yùn)行報(bào)表中，每日24：00自動(dòng)將運(yùn)行報(bào)表按照日期名稱格式保存在歷史服務(wù)器中。系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)報(bào)表的自動(dòng)或手動(dòng)打印功能。

3.3.2?歷史報(bào)表

在歷史報(bào)表中可通過下拉式組合框選擇調(diào)閱查看自動(dòng)保存的運(yùn)行記錄。

3.4?報(bào)警系統(tǒng)

當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生壓力、溫度超限等故障信息或零部件保養(yǎng)周期即將到期時(shí)，即會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警程序，在強(qiáng)制彈出報(bào)警窗口的同時(shí)觸發(fā)報(bào)警語音。報(bào)警窗口提供報(bào)警日期、報(bào)警時(shí)間、報(bào)警設(shè)備名稱、報(bào)警類型、報(bào)警值等數(shù)據(jù)，便于管理人員迅速發(fā)現(xiàn)故障、判斷故障，縮小故障影響范圍，提升故障處理效率。

3.5?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

系統(tǒng)每小時(shí)或發(fā)生報(bào)警信息時(shí)自動(dòng)將運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過Windows XP/win7系統(tǒng)數(shù)據(jù)源開放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)組態(tài)與SQL或Acess數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與調(diào)用。在本設(shè)計(jì)中，組態(tài)軟件通過ODBC接口與Acess數(shù)據(jù)庫建立通訊，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、調(diào)用等功能。

3.6?WEB發(fā)布系統(tǒng)

利用數(shù)據(jù)庫及WEB服務(wù)器，可將預(yù)先設(shè)計(jì)好的部分空壓機(jī)運(yùn)行畫面及相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)布至局域網(wǎng)或公網(wǎng)。在登錄發(fā)布服務(wù)器網(wǎng)址，輸入預(yù)設(shè)的賬號(hào)和密碼后，即可查看與其權(quán)限對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和畫面信息。

3.7?移動(dòng)客戶端

本設(shè)計(jì)創(chuàng)建一個(gè)移動(dòng)客戶端工程，并將工程發(fā)布到局域網(wǎng)或公網(wǎng)。用戶在組態(tài)王手機(jī)APP登錄賬號(hào)、密碼并輸入發(fā)布服務(wù)器網(wǎng)址后，即可進(jìn)入APP選擇查看發(fā)布變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)曲線和報(bào)警信息等。

4?結(jié)語

實(shí)際使用表明本控制系統(tǒng)編程策略優(yōu)越，軟硬件匹配，動(dòng)畫效果直觀，功能實(shí)用性強(qiáng)，安全可靠性高，確實(shí)提高了空壓機(jī)控制的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了無人值守，提高了生產(chǎn)效率，為煤礦創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和安全效益。

參考文獻(xiàn)：

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[3]組態(tài)王命令語言函數(shù)手冊(cè).北京亞控公司，2001

作者簡介：

曹曉光，1973年10月出生，男，漢族，本科，機(jī)電工程師職稱，中級(jí)。

（作者單位：中煤哈密能源開發(fā)有限責(zé)任公司）