基于組態(tài)王Kingview和PLC的通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)

梁騰 孫偉 王繼通 孫啟迪

【摘 要】現(xiàn)有的通風(fēng)機設(shè)備主要由人工監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，切換通風(fēng)機設(shè)備的操作也要由人工完成。容易造成值守人員因長時間注意集中而精神疲勞，無法及時發(fā)現(xiàn)故障而停機進而造成礦井通風(fēng)中斷，嚴重威脅著礦井的設(shè)備安全及井下人員的生命安全。而在監(jiān)控系統(tǒng)在Kingview的環(huán)境下，使用西門子S7-200系列PLC實現(xiàn)通風(fēng)機運行狀態(tài)的在線監(jiān)測監(jiān)控；通過與集控室工控機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了通風(fēng)機在正常通風(fēng)、反風(fēng)、正常切換通風(fēng)機以及在故障狀態(tài)下切換通風(fēng)機等工作的遠程監(jiān)測監(jiān)控，從而實現(xiàn)了通風(fēng)機的無人值守。

【關(guān)鍵詞】基于組態(tài)王Kingview PLC的通風(fēng)機 在線監(jiān)測

主通風(fēng)機是礦井的重要安全設(shè)備之一，對于保護礦工生命，保障煤礦生產(chǎn)安全和確保企業(yè)財產(chǎn)安全具有重要意義。

現(xiàn)有的通風(fēng)機設(shè)備主要由人工監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，切換通風(fēng)機設(shè)備的操作也要由人工完成。容易造成值守人員因長時間注意集中而精神疲勞，無法及時發(fā)現(xiàn)故障而停機進而造成礦井通風(fēng)中斷，嚴重威脅著礦井的設(shè)備安全及井下人員的生命安全。

現(xiàn)結(jié)合工程實際設(shè)計了一套基于組態(tài)王Kingview軟件和西門子s7-200系列PLC的主通風(fēng)機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)；通過光線環(huán)網(wǎng)與集控室工控機連接，實現(xiàn)了通風(fēng)機在正常通風(fēng)、反風(fēng)、正常切換通風(fēng)機以及在故障狀態(tài)下切換通風(fēng)機的遠程監(jiān)測監(jiān)控，從而實現(xiàn)了通風(fēng)機無人值守，提升了主通風(fēng)機的可靠、安全性。

1 系統(tǒng)組成

1.1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的對象

監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的對象是兩臺FBCDZ NO22軸流式通風(fēng)機，在正常情況下，一臺通風(fēng)機正常工作，一臺通風(fēng)機備用待機。

1.2 總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)采用分散控制，集中管理的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)整體分為三層：測量控制層、中間控制層和遠程監(jiān)測監(jiān)控層

1.2.1 測量控制層

測量控制層由 S7-200及EDA系列電壓、電流、溫度、振動和模擬量及開關(guān)量測量模塊構(gòu)成，實時采集通風(fēng)機設(shè)備參數(shù)和開關(guān)柜狀態(tài)及參數(shù)等數(shù)據(jù)。同時，測量控制層還可以根據(jù)中間控制層的需要，實現(xiàn)風(fēng)門的開閉、兩臺風(fēng)機切換和兩級電機的工頻、變頻狀態(tài)切換及變頻器頻率設(shè)定等控制。

1.2.2 中間控制層

中間控制層由安裝監(jiān)測監(jiān)控軟件的工控機構(gòu)成，監(jiān)測監(jiān)控軟件由北京亞控科技的組態(tài)王Kingview開發(fā)的用戶應(yīng)用軟件，中間控制層通過RS485（Mod bus）協(xié)議和 MPI協(xié)議與測量控制層通訊：通過MPI協(xié)議與S7-200 PLC的通訊，將實時采集的通風(fēng)機設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸給集控上位機，進行運算、處理、判斷，并在工控機上顯示實時動態(tài)。

MPI是多點接口（Multi Point Interface）的簡稱，是西門子公司開發(fā)的用于PLC之間通訊的協(xié)議。MPI通訊是通信速率不高、通信數(shù)據(jù)量不大時，可采用的一種簡單經(jīng)濟的通訊方式。MPI通信可使用PLC S7-200/300/400、操作面板TP/OP及上位機MPI/PROFIBUS通信卡，如CP5512/CP5611/CP5613等進行數(shù)據(jù)交換。通過PROFIBUS電纜和接頭，將PLC S7-300/400的CPU的MPI編程口及S7-200 CPU的PPI通信口相互連接，以及與上位機網(wǎng)卡的編程口（MPI/DP 口）通過PROFIBUS或MPI電纜連接即可。MPI的通信速率為19.2K～12Mbit/s ，但直接連接S7-200CPU通信口的MPI網(wǎng)，其最高速率通常為187.5Kbit/s。在MPI網(wǎng)絡(luò)上最多可以有32個站，一個網(wǎng)段的最長通信距離為50米，更長的通信距離可以通過RS-485中繼器擴展。MPI允許主-主通信和主-從通信，每個S7-200CPU通信口的連接數(shù)為4個。MPI協(xié)議不能與一個作為PPI主站的S7-200CPU通信，即S7-300/400與S7-200通信時必須保證S7-200 CPU不作PPI主站，Micro/WIN也不能通過MPI協(xié)議訪問作為PPI主站的S7-200CPU。S7-200CPU只能做MPI從站，即S7-200CPU之間不能通過MPI通信，只能通過PPI通信。

通過RS485與eda測量模塊的通訊，實時讀取通風(fēng)機設(shè)備參數(shù)和開關(guān)柜狀態(tài)參數(shù)。中間控制層根據(jù)實時通訊的數(shù)據(jù)，對通風(fēng)機設(shè)備進行實時監(jiān)測監(jiān)控，為實現(xiàn)該系統(tǒng)的遠程監(jiān)測監(jiān)控提供了前提。

1.2.3遠程監(jiān)測監(jiān)控層

遠程監(jiān)測監(jiān)控層由集控室的實時監(jiān)控工控機構(gòu)成，通過光纖環(huán)網(wǎng)把中間控制層采用OPC協(xié)議接入集控室，實現(xiàn)了風(fēng)機系統(tǒng)的集中監(jiān)測監(jiān)控。集控操作員根據(jù)實時采集的數(shù)據(jù)可對通風(fēng)機進行遠程監(jiān)測監(jiān)控，并在必要時對通風(fēng)機實施遠程控制。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)軟件包括分散控制與集中控制，分散控制采用STEP 7- Micro/WIN開發(fā)的PLC控制軟件，集中控制部分采用由Kingview開發(fā)的監(jiān)控軟件，opc link通訊軟件及intouch監(jiān)控軟件組成。

2.1 實時監(jiān)測功能

監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中主要設(shè)備的運行狀況和實時參數(shù)的實時顯示，包括控制柜和聯(lián)絡(luò)柜的各開關(guān)量的狀態(tài)以及通風(fēng)機、電機參數(shù)的顯示（風(fēng)量、靜壓、全壓定子及軸承溫度、振動，電壓、電流、功率、效率等）。

2.2 趨勢曲線查詢功能

趨勢曲線用于各模擬量值的趨勢變化的顯示，包括歷史曲線和實時曲線。歷史曲線用來查詢存儲歷史數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)趨勢，實時曲線用于當(dāng)前20min運行時間之內(nèi)參數(shù)曲線的顯示。通過查詢這兩種曲線，操作者可以看到各模擬量的過去及當(dāng)前的趨勢，通過比較兩種趨勢曲線，操作者可以對操作做出預(yù)測，避免不必要的故障發(fā)生。

2.3 數(shù)據(jù)報表查詢與打印功能

數(shù)據(jù)報表包括歷史數(shù)據(jù)報表和實時數(shù)據(jù)報表兩種類型。歷史數(shù)據(jù)報表是從歷史數(shù)據(jù)庫中提取存儲數(shù)據(jù)記錄，把歷史數(shù)據(jù)以一定的格式顯示和打印出來，系統(tǒng)提供了日報表和月報表兩種歷史報表，并且兩種報表都可以任意設(shè)置查詢與打印時間，可供操作者方便查詢，實時數(shù)據(jù)報表是實時地將當(dāng)前時刻的數(shù)據(jù)對象的值按一定的報表格式進行顯示和打印。

2.4 故障自動切換功能

當(dāng)正在運行的通風(fēng)機發(fā)生故障時，系統(tǒng)可自動切換另一臺備用風(fēng)機。實際上是通過在界面中預(yù)定的操作步驟，逐步發(fā)出指令，通過PLC進行控制，完成切換工作。當(dāng)需要切換時，系統(tǒng)首先自動檢測要切換的風(fēng)機各部分是否滿足啟動運行條件，只有滿足上一步驟的相關(guān)條件時才能繼續(xù)進行下一步驟的程序，當(dāng)滿足所有條件之后，按照指定步驟開始切換風(fēng)機。

2.5 報警診斷功能

該系統(tǒng)報警功能包括開關(guān)量的狀態(tài)報警和模擬量超限報警兩個類別。系統(tǒng)對通風(fēng)機系統(tǒng)的通風(fēng)機兩端軸承溫度、電機三相定子溫度、水平及垂直振動等參數(shù)都設(shè)置了超限報警，當(dāng)系統(tǒng)檢測到模擬量值超限或是開關(guān)量的狀態(tài)異常，在屏幕上自動彈出報警畫面，對應(yīng)報警點的信號顏色由綠色變?yōu)榧t色，并不停閃爍，同時系統(tǒng)控制柜面板上的故障指示燈閃爍，報警燈發(fā)出聲光報警。系統(tǒng)將報警信息存入數(shù)據(jù)庫并形成報警報表，以供查詢與打印，方便事后統(tǒng)計分析。

2.6 安全操作限制功能

該系統(tǒng)提供了一套完善的安全機制。根據(jù)在各種預(yù)定義的組中操作員的身份標(biāo)識及其成員身份來限制操作特定對象，由系統(tǒng)管理員控制操作員操作特定對象，并且通過向操作員授予操作特定對象的權(quán)限來實現(xiàn)。從而保證了系統(tǒng)的安全性，避免因操作員誤操作而造成事故。

3 結(jié)語

系統(tǒng)設(shè)計合理，運行可靠， Kingview 操作簡單，直觀方便，可維護性強，易于操作人員掌握。提升了主通風(fēng)機設(shè)備的監(jiān)控監(jiān)控管理自動化水平，確保了主通風(fēng)機設(shè)備的經(jīng)濟、可靠運行，為設(shè)備的管理和維修提供了可靠的科學(xué)依據(jù)，同時系統(tǒng)還實現(xiàn)了通風(fēng)機無人值守。

參考文獻：

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