PLC控制技術(shù)通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用探討

霍海波

摘要：為了對在線的通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行全面監(jiān)控，基于PLC技術(shù)的通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時反饋，有效地保障通風(fēng)機(jī)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要就以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)的組成進(jìn)行了介紹，同時分析了監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行原理和監(jiān)控機(jī)制，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供一定的參考和幫助。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);通風(fēng)機(jī);在線監(jiān)控系統(tǒng);應(yīng)用探究

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）02-0236-02

在生產(chǎn)過程中，有害物質(zhì)以及粉末的大量存在對生產(chǎn)人員造成了極大的威脅，因此必須設(shè)置一定的通風(fēng)系統(tǒng)來保證空間內(nèi)空氣流動，對有毒的氣體以及粉末等物質(zhì)進(jìn)行消除。通風(fēng)機(jī)是通風(fēng)設(shè)備中最主要的構(gòu)成部分，若通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了故障，那么會給生產(chǎn)過程造成嚴(yán)重的干擾。隨著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)逐漸被應(yīng)用在通風(fēng)機(jī)的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠?qū)νL(fēng)機(jī)的實(shí)時狀況進(jìn)行監(jiān)控，為生產(chǎn)過程提供極大的保障，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 PLC技術(shù)概述

1.1 PLC結(jié)構(gòu)

在PLC系統(tǒng)當(dāng)中，中央處理單元是最核心的部件。中央處理單元主要是用來接受并且存儲程序以及相關(guān)的數(shù)據(jù)信息、對用戶的語法程序進(jìn)行檢測、及時診斷系統(tǒng)的故障、對相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取并且存儲在對應(yīng)的單元內(nèi)部，對整個用戶系統(tǒng)的算法進(jìn)行分析，同時以運(yùn)算規(guī)則為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。存儲單元主要涵蓋著系統(tǒng)自身的存儲器以及用戶的存儲器兩大部分的內(nèi)容，從本質(zhì)上來講，存儲單元的整體容量直接決定著PLC技術(shù)的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)自身儲存器當(dāng)中的系統(tǒng)程序被存儲在內(nèi)存器中只能被訪問但是不可以被修改，用戶的存儲器主要是用來存儲各種算法程序計(jì)算出的數(shù)據(jù)結(jié)果。電源模塊實(shí)現(xiàn)了電流的轉(zhuǎn)化，使得外部的電流被轉(zhuǎn)化為PLC系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的電流。輸入以及輸出的設(shè)備是PLC系統(tǒng)與工廠設(shè)備的連接裝置，用于數(shù)據(jù)信息的顯示以及傳達(dá)。輸入模塊能夠?qū)㈤_關(guān)、轉(zhuǎn)換等狀態(tài)信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹行奶幚砥髂軌蜃R別的信號形式，當(dāng)出現(xiàn)模擬信號時，系統(tǒng)會先將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，在傳輸給中心處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。輸出板塊則可以顯示各種控制信息，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)的有效顯示。拓寬模塊指的是對系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)數(shù)拓展的模塊，通信模塊則能實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)與人機(jī)系統(tǒng)等設(shè)備的有效連接，實(shí)現(xiàn)信號信息的傳輸，為PLC技術(shù)進(jìn)行控制提供了條件。

1.2 PLC技術(shù)的特點(diǎn)

PLC技術(shù)的特點(diǎn)比較突出，首先是操作簡單、操作便捷，PLC技術(shù)所使用的編程語言也相對更簡單，系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)的周期相對較短，在現(xiàn)場便于操作和調(diào)整，對系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)起到良好的推動作用;其次，PLC技術(shù)系統(tǒng)的整體性價比比較高，功能性相對更加強(qiáng)大，和同類型的設(shè)備相比表現(xiàn)出更加優(yōu)良的特性，能夠完成高頻次的操作。系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的集成式控制，提高管理的集中性和統(tǒng)一性。同時，PLC技術(shù)的適應(yīng)能力更強(qiáng)，經(jīng)歷過長時間的發(fā)展之后，PLC技術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)逐漸趨向于標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化以及模塊化。與之相關(guān)的設(shè)備也比較完善。結(jié)合相關(guān)的要求，對系統(tǒng)模塊進(jìn)行合理化選擇，建立起不同的功能模塊。與此同時，PLC系統(tǒng)呈現(xiàn)出加強(qiáng)的負(fù)載能力，能夠與電磁閥等設(shè)備完成互動;除此之外，PLC技術(shù)表現(xiàn)出更高的可靠性。傳輸系統(tǒng)所使用的繼電器主要包括兩種不同的類型，分別為時間和中間。若是接觸點(diǎn)無法做到完全接觸，那么可能會導(dǎo)致一系列事故的發(fā)生。隨著PLC技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，其使用相關(guān)的軟件系統(tǒng)逐漸代替了繼電器設(shè)備，在整個系統(tǒng)中依然保留的設(shè)備是信息的輸入以及輸出的硬件系統(tǒng)。整個體系表現(xiàn)出比較強(qiáng)的抗干擾能力以及較強(qiáng)的可靠性，即便是處于電磁干擾強(qiáng)度比較大的工業(yè)園區(qū)也能被直接應(yīng)用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個生產(chǎn)系統(tǒng)需要基于安全生產(chǎn)這一強(qiáng)大的基礎(chǔ)，安排專門的人員對相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行管理。借助定期檢查的方式來保證通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行?？v觀目前的實(shí)際工作，該管理形式依然存在著各種不足，無法對相關(guān)的通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)控，在通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時無法及時對其進(jìn)行處理，導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，影響正常生產(chǎn)。而在PLC技術(shù)基礎(chǔ)上建立起的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督，對其中存在的故障及時進(jìn)行處理，提升整套通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

結(jié)合企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)狀況以及實(shí)際情況，借助相關(guān)的信息傳輸設(shè)備及其平臺，建立起三個不同層次的監(jiān)控體系，即現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控、中間信息傳輸以及后臺處理。三個層次的設(shè)備相輔相成、有效配合，為通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

2.2 PLC集成控制系統(tǒng)

2.2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在企業(yè)現(xiàn)場，一般會準(zhǔn)備兩臺及以上的通風(fēng)機(jī)。為了保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行，一臺通風(fēng)機(jī)作為備用機(jī)。系統(tǒng)的關(guān)鍵之處在于S7-300，信息采集以及控制系統(tǒng)分別對應(yīng)兩個不同的專業(yè)模塊。在DI模塊的輔助下，系統(tǒng)能夠?qū)Ω鱾€開關(guān)形式的變量信息進(jìn)行有效手機(jī)，系統(tǒng)會對操作臺的狀態(tài)進(jìn)行有效指示，控制風(fēng)門的啟動以及停止，也能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)啟動和停止的有效控制。在AI模塊的輔助下，整個系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N類型的模擬信號進(jìn)行傳導(dǎo)，對應(yīng)用范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)形式的信號進(jìn)行運(yùn)用。借助CP340技術(shù)，系統(tǒng)能夠提供相對標(biāo)準(zhǔn)的接口，借助通信的形式來對現(xiàn)場的設(shè)備信息進(jìn)行有效采集。

2.2.2 軟件設(shè)計(jì)

在對PLC控制形式的元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要充分考慮其是否能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，在考慮其拓展的性能，提升其適用性。整個系統(tǒng)中涵蓋著多重類型的程序，比如電力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模擬系統(tǒng)等等比較初級的系統(tǒng)化設(shè)備。再遵循先后順序?qū)Σ煌哪K進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)信息的有效手機(jī)。這些信息會匯總到同一地點(diǎn)，專家對這些信息進(jìn)行分析，以便于及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)當(dāng)中存在的問題，比如軸承承載過強(qiáng)等等，通過對供電參數(shù)的分析來識別系統(tǒng)中的問題，比如電線老化等等。最后被鑒定的結(jié)果會被顯示在相應(yīng)的操作界面上。如果操作人員發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)的異常情況，則能夠?qū)ζ溥M(jìn)行緊急處理，避免其造成更加嚴(yán)重的事故以及不必要的損失。除此之外，將預(yù)留程序的接口進(jìn)行中斷處理能夠有效地應(yīng)對反風(fēng)操作的狀況，借助這樣的方式保證系統(tǒng)的順利送風(fēng)，為生產(chǎn)的正常進(jìn)行提供保障。

2.2.3 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個監(jiān)控系統(tǒng)主要涵蓋著兩種類型的程序系統(tǒng)，分別是供電開關(guān)參數(shù)采集程序以及外界溫度檢測子程序，借助相關(guān)的協(xié)議內(nèi)容，監(jiān)控系統(tǒng)的波特率被設(shè)定為一個特定的數(shù)值。對于已經(jīng)收集到的數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)能對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，借助相對完善的信號收集以及發(fā)送的程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的有效傳輸。與此同時，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，可以添加太網(wǎng)通訊的模塊，與R5模塊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)與中心站的有效對接，更有利于提升控制的有效性以及集中性。

2.3 中心站軟件設(shè)計(jì)

這一軟件的設(shè)計(jì)是基于組態(tài)王的形式實(shí)現(xiàn)的，操作界面整體上清晰度非常高，每項(xiàng)圖標(biāo)都隱藏著強(qiáng)大的功能性，這也為二次開發(fā)提供了前提和機(jī)會。工作人員可以借助這一軟件集安息來實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控，有效獲取系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、電機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行系數(shù)以及溫度濕度等信息，為相關(guān)人員及時掌握通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了可能，便于維修人員及時對通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行維修處理。

3 通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控要點(diǎn)

基于安全的考慮，將通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控要點(diǎn)分為了以下幾類，分別是溫度、風(fēng)壓風(fēng)量、振動、風(fēng)機(jī)的啟停、電參數(shù)等。對溫度進(jìn)行檢測主要是涵蓋著對電機(jī)軸承溫度以及定子繞組的溫度進(jìn)行檢測等內(nèi)容;通過相關(guān)公式的轉(zhuǎn)化，對風(fēng)壓風(fēng)量的檢測被轉(zhuǎn)變?yōu)閷︼L(fēng)速的檢測;振動的檢測主要指的是對風(fēng)機(jī)橫向以及縱向的振動值進(jìn)行實(shí)時檢測，振動過大可能意味著風(fēng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了異常，是有效的風(fēng)機(jī)性能指標(biāo);風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)檢測指的是對風(fēng)機(jī)處于啟動或者停止的狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控;除此之外，監(jiān)控的主要數(shù)據(jù)信息還包括電參數(shù)數(shù)據(jù)、瓦斯?jié)舛戎笖?shù)檢測以及風(fēng)門位置的檢測等。

3.1 溫度監(jiān)控

溫度傳感器可以優(yōu)先選擇鉑電阻傳感器，這一傳感器能夠在中低溫區(qū)內(nèi)發(fā)揮作用，也能對常溫狀態(tài)的物體進(jìn)行溫度檢測，測量的精度比較高、性能強(qiáng)，耐酸堿，在工業(yè)上得到了廣泛的運(yùn)用。這一溫度傳感器通過三根截面積與長度都相同的導(dǎo)線，對鉑電阻進(jìn)行測量，通常情況下測量的電路是不平衡的電橋裝置。鉑電阻是整個橋臂當(dāng)中的一個電阻，將三根導(dǎo)線中的一根連接到電源處，另外兩個分別連接到帶有鉑電阻的橋臂以及處于相鄰位置的橋臂上，此時的橋臂處于平衡的狀態(tài)下，這能夠從根本上消除導(dǎo)線的電阻對傳感器數(shù)據(jù)精度的負(fù)面影響，提升傳感器傳感數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有助于提升整個PLC系統(tǒng)的性能，為生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供更好的指導(dǎo)。

3.2 風(fēng)壓風(fēng)量監(jiān)控

通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量是對通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)范以及指導(dǎo)主風(fēng)機(jī)配置的重要參數(shù)之一。所以，對通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓以及風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)控是具有重大意義的。

風(fēng)壓風(fēng)量傳感器是在卡門渦街原理以及超聲波檢測原理的基礎(chǔ)上建立起來的。卡門渦街原理指的是在一定的流場當(dāng)中，垂直地插入一根非流性的阻力體。在雷諾系數(shù)處于一定范圍內(nèi)時，當(dāng)流體流經(jīng)阻力體時會呈現(xiàn)出相互交替的渦流狀態(tài)。超聲波原理即借助超聲波來對風(fēng)速狀態(tài)進(jìn)行感知，并且相應(yīng)的傳感器會其轉(zhuǎn)化為實(shí)時的數(shù)據(jù)傳遞給顯示界面，便于相關(guān)人員對風(fēng)壓以及風(fēng)量狀態(tài)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)異?？梢约皶r進(jìn)行處理和調(diào)整，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 振動檢測

對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行振動檢測的主要設(shè)備為振動傳感器。一體化的振動傳感器與精密的電路連接在一起，組成了精度較高的振動檢測系統(tǒng)，這一傳感器能夠直接與PLC系統(tǒng)連接進(jìn)行使用。在它處于工作狀態(tài)時，只需要為其提供二十四伏特的電源即可，整個系統(tǒng)容易安裝，方便維修，這些優(yōu)勢使得這一振動傳感裝置成為工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的寵兒。在監(jiān)控系統(tǒng)中，需要對通風(fēng)機(jī)的電機(jī)進(jìn)行橫向以及縱向的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，通常情況下，傳感器被安裝在電機(jī)的基座上。一體化的振動傳感器是基于高頻磁場以及渦流效應(yīng)等原理制作出來的。當(dāng)傳感設(shè)備被安裝時，需要將探頭盡可能與電機(jī)基座的位置靠近。當(dāng)振動出現(xiàn)時，設(shè)備與傳感器之間的距離會不斷發(fā)生變化，這也就會反應(yīng)在電壓的變化上。這些電壓的變化信號將會被放大器處理且進(jìn)行放大之后傳輸給終端顯示設(shè)備。對此，只需要在程序上對電壓的限度值進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)傳輸?shù)碾妷褐党^設(shè)定值時，系統(tǒng)就會報(bào)警，此時操作人員可以在操作界面上看到這些報(bào)警反饋信息，及時對電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行檢查，若是發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，會及時聯(lián)系維修人員進(jìn)行檢修。若暫時無法發(fā)現(xiàn)明顯的故障并且報(bào)警狀態(tài)持續(xù)存在，那么需要對電機(jī)進(jìn)行停止操作，啟動備用的電機(jī)。以這樣的方式來充分保證通風(fēng)機(jī)一直處于良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中，為密閉的空間進(jìn)行持續(xù)送風(fēng)，這對于保障人員安全、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益都起到很大的幫助。

4 結(jié)束語

實(shí)踐表明，基于PLC技術(shù)的通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備不僅功能強(qiáng)大，整體配置更加靈活，也能夠?qū)崿F(xiàn)更好的延展性，整體的維護(hù)難度比較低。整個PLC系統(tǒng)能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，便于及時發(fā)現(xiàn)其中所存在的問題以及安全隱患。同時監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)啟停得有效控制，在一定程度上促進(jìn)了通風(fēng)機(jī)安全性能的提升，保證了整個系統(tǒng)的安全性，降低了因通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障而出現(xiàn)安全事故的概率，保障了人員安全以及生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】