帶電作業(yè)工具庫房狀態(tài)監(jiān)測與智能控制系統(tǒng)研制

劉士亞，張小平，文麗，黃毅

(湖南科技大學 湖南科技大學先進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，因此必須對作業(yè)工具存放庫房的環(huán)境狀態(tài)進行有效的監(jiān)測與控制[1－2]。文中闡述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與基本工作原理，研究開發(fā)出了相應(yīng)的硬件裝置與控制軟件，并經(jīng)過了實際的運行測試，各項性能指標達到了技術(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、電氣控制柜、加熱器、除濕機、排風機、短信通、聲光報警器及打印機等環(huán)節(jié)。其中主控制器采用臺達 PLC，它通過檢測室內(nèi)溫濕度傳感器、室外溫度傳感器信號并與其相應(yīng)的設(shè)定值進行比較，經(jīng)相關(guān)運算處理后輸出控制信號來控制加熱器、除濕機、排風機等外部設(shè)備的運行，同時還將相應(yīng)的溫濕度信號上傳至工控機，由工控機設(shè)計出友好的人機界面，以實現(xiàn)對庫房溫濕度狀態(tài)信息的實時顯示、存儲和打印;如果主控制器接收到煙霧傳感器發(fā)來的信號，則立即啟動報警并自動切斷庫房內(nèi)各外設(shè)電源，同時通過GPRS通信模塊將報警信息以短信方式發(fā)送給相關(guān)責任人[3]，以盡量縮短火災(zāi)報警時間;電氣控制柜用于將主控制器輸出的控制信號進行隔離放大以驅(qū)動加熱器等外部設(shè)備，同時它還具有過流、短路及超溫斷電保護等功能。

圖1 庫房狀態(tài)監(jiān)測與控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計

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

2.1 上位機數(shù)據(jù)處理與人機界面設(shè)計

上位機人機界面軟件采用組態(tài)王 kingview6.55開發(fā)[4－5]，用于實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的實時顯示與存儲、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警等功能。

人機界面采用窗口、圖標、菜單、指示器四位一體的界面[6]，能同時顯示實時數(shù)據(jù)、歷史曲線、報警信息等不同種類的信息，用戶可在多個不同的功能菜單間自由切換，通過下拉式菜單方便地執(zhí)行控制任務(wù)，通過引入圖標、下拉式菜單、按鈕及滾動桿技術(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)和實時數(shù)據(jù)，其中歷史數(shù)據(jù)采用定時記錄的方式，即每隔1小時將1組數(shù)據(jù)自動保存到指定的數(shù)據(jù)庫中，利用組態(tài)王的SQL功能可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行選擇、修改、插入、刪除等多種操作;實時數(shù)據(jù)則顯示于人機界面中，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

PLC控制軟件包括主程序及狀態(tài)信號采集與信號處理2個子程序。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)進行相關(guān)運算處理后，控制各執(zhí)行單元的運行，同時將相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)RS485總線傳送至上位機。

圖2 系統(tǒng)主程序

2.2.2 信號采集子程序模塊

圖3 信號采集子程序流程圖

該監(jiān)控系統(tǒng)信號檢測部分包括室內(nèi)溫濕度傳感器、室外溫度傳感器(1個)及煙霧傳感器等。其中，煙霧傳感器的輸出為開關(guān)信號，信號采集較簡單;而溫濕度傳感器采用RS485傳送信號，其信號采集過程相對較復(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系統(tǒng)靈敏度和數(shù)據(jù)可靠性均會造成影響，如周期過大，則系統(tǒng)靈敏度會降低，而周期過小，則會引起數(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，在每個掃描周期開始，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 信號處理模塊

主控制器檢測室內(nèi)溫濕度傳感器、室外溫度傳感器信號并與其相應(yīng)的設(shè)定值進行比較，經(jīng)相關(guān)運算處理后，輸出相應(yīng)的控制信號以控制加熱器、除濕機等外部設(shè)備的運行。其中，濕度控制相對較簡單，當室內(nèi)濕度超過上限時，主控制器自動起動除濕機;而對溫度的控制相對較復(fù)雜，其程序流程如圖4所示。系統(tǒng)首先檢測室內(nèi)外溫度，當室外溫度處在上下限范圍內(nèi)時，則以室內(nèi)外溫差不超過5℃為控制目標，如室溫過高，則開啟排風扇降溫，而若室溫過低，則延時30 s開啟加熱器升溫;當室外溫度不在上下限范圍內(nèi)時，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)工作人員提供一個合適的工作環(huán)境。其中，溫度上下限可根據(jù)需要進行設(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 樣機試驗

基于上述研究設(shè)計，研制出系統(tǒng)樣機，其中監(jiān)控系統(tǒng)主畫面如圖5所示。經(jīng)過對樣機進行運行測試，其各項性能指標均達到了技術(shù)要求，且具有性能穩(wěn)定可靠、界面友好、操作方便等特點。

4 結(jié)束語

根據(jù)帶電作業(yè)工具對存放庫房環(huán)境的要求，研制了相應(yīng)的庫房狀態(tài)監(jiān)測與智能控制系統(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)計方法，并研制出相應(yīng)的硬件裝置，經(jīng)結(jié)合控制軟件進行運行測試表明，該系統(tǒng)各項技術(shù)指標達到了技術(shù)要求，具有一定的應(yīng)用價值。

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