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[组图]PLC及InTouch在煤矿生产中的应用           
PLC及InTouch在煤矿生产中的应用
作者:佚名 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2009-5-30 21:58:01

1 引言

在现代控制系统中,随着现代化管理水平的不断提高,plc和组态软件的有效结合在煤矿生产领域中得到越来越广泛的应用[1]。

组态软件是面向监控与数据采集的软件平台工具,具有丰富的设置项目,使用方式灵活,功能强大。本系统组态软件采用intouch。该组态软件是美国wonderware公司factorysuite套装软件的一个主要组成部分,它为以工厂和操作人员为中心的制造信息系统提供了可视化工具,为制造信息系统集成了操作人员所需的各种信息,在食品加工、半导体、石油和天然气、汽车、化工、医药、纸浆和造纸、运输及公共设施等行业都有着广泛应用[2]。

2 系统的基本组成和原理

本系统选用schneider自动化公司的modicon tsx micro系列的tsx 37-10 型plc。i/o模块分别选用tsx dmz 28dt;tsx aez 802;tsx dsz 08r5[3]。中间继电器选用欧姆龙24v直流继电器。上位机选用研华工控机。

基本原理框图如图1所示。

图1 基本原理框图

2.1 重力传感器

重力传感器放在主井的定量斗底部,承受定量斗的重量,工作原理为:将液体密封在重力传感器内,当定量斗装煤过程中重量增加时,液体压力也随之升高,压力传感器随液体压力的变化输出4-20ma的电流信号,经屏蔽电缆传送给plc的模数转换模块aez802,由plc处理数据并显示。

压力变送器与aez802输入端的连接如图2所示。

图2 压力变送器与aez802的连接

2.2 显示面板

显示面板由发光二极管,数码管等组成。用74ls373驱动发光二极管显示空仓和外围设备运行状态等,4511驱动数码管显示当前重量和累计提升次数等。

电路板上有地址线和数据线,连接到plc的28dt模块的晶体管输出点。部分电路原理图如图3所示,实际效果图如图4所示。

图3 部分电路原理图

图4 实际显示效果图

2.3 台式隔爆箱

隔爆箱可任意安放在便于观察的位置,控制信号和外部信号(压力传感器的电流信号,箕斗到位信号等)通过防爆箱腔内七芯接线柱与plc的i/o端子连接,显示部分用整体防爆玻璃制做。

3 通讯部分

3.1 计算机对plc编程的通讯

系统编程软件采用pl7 micro软件,它提供了符合iec1131-3标准的指令表、梯形图和grafcet(顺序功能图)编程语言[4]。编程电缆选用usb接口的施耐德plc编程电缆tsxpcx3030,它带有主站 / 从站选择开关,可连接plc 的ter和aux 通信口,最大通信距离可达2公里[3]。

3.2 上位机监控部分和plc之间的通讯

上位机和plc通讯模块选用sc-485来实现上位机的rs232接口到plc的rs485接口通讯规程之间的转换,以半双工方式工作,最高传输速率为115.2kbps。plc通讯口加隔离保护模块bh485g来提高rs485网络系统的抗干扰能力、可靠性和安全性能,解决通讯口易损坏的问题。需要注意的是,因为plc做从机,所以ter通讯口的5,7两信号线要短接。485连接图如图5所示。

图5 485连接图

3.3 组态软件intouch与外界设备之间的通讯

图6 intouch与i/o设备通讯框架示意图

通过一个通讯接口——i/o服务器(i/o server)来实现组态软件intouch与外界设备之间的通讯。i/o服务器可以理解为能和外界设备通讯的程序,intouch只要能和i/o服务器通讯,就可以达到和外界设备通讯的目的,如图6所示。这样做的好处是避开了硬件协议等繁琐的细节,让使用intouch进行二次开发的人员可以把精力放在控制和数据处理上,有效地提高工作效率。目前wonderware公司已经与多家第三方著名开发公司合作,提供了各种i/o服务器,支持目前主流的通信协议。而二者的通讯是两个应用程序之间的数据交换,intouch使用dde、fastdde、netdde以及 wonderware suitelink协议完成。在本系统中,使用的是modbus网络,所以需要安装modicon设备驱动程序mbe(modicon modbus ethernet),进行简单的topics配置后(打开wonderware factorysuite->io servers->modicon modbus ethernet进行配置),然后在intouch中,增加标记名,设置i/o数据类型,并设置访问名、节点名、应用程序名、主题名和项目名,就可以实现和modbus网络上的设备通讯了[1]。

4 软件设计

4.1 plc程序

用指令表编写程序, 如图7所示。

图7 指令表程序示范图

整个程序采用模块化结构,各部分子模块分工明确,具有代码效率高,维护方便等特点。主程序模块包括:重量计算,参数设置选择,外围设备控制,工作方式选择和故障检测。子程序模块包括:手动方式,自动方式,故障显示,重量显示和参数设置。

为了减少随机干扰对采集数据的影响,软件上采用了数字滤波[4]。

该系统实现如下功能:

(1)实现自动和手动两种工作方式。

自动方式下(为了防止超载的情况,在自动方式下设有防二次装煤功能,即箕斗到位后只允许装煤一次,提升以后才允许再次向箕斗装煤。)定量斗空仓以后闸门自动关闭,并且给煤机自动给煤。满仓后自动停止给煤机。待提升箕斗到位后并且允许装煤的情况下自动打开闸门卸煤,卸完成后自动打点并且自动关闭闸门。按照以上闭锁关系依次重复以上过程。当超载时,声光报警并强制退出自动工作方式。自动方式子程序简要流程图如图8所示。

手动方式下,各设备不受闭锁关系的限制,可以任意启动和停止。

(2)显示功能。包括plc模块故障状态和压力变送器故障状态显示等。还有现场设备运行指示灯,如给煤机运行指示,闸门开闭指示,箕斗到位指示等。同时可显示定量斗满仓,空仓,超载的状态,并且在超载的情况下声光报警。实时显示每次的提升重量并累计提升次数和煤的总重量。每一班次换班时可以将数据清零以便记录每班的产量向调度室汇报。

图8 自动方式简要流程图

(3)设置参数。现场可以通过设置按扭设置所需要的定重,空仓,超载以及传感器量程等参数值,为保障参数的安全性还可以设置操作密码。

4.2 组态软件

intouch通过一个三部分命名约定来标志在服务器程序中的数据元素,这包括应用程序名,主题名和项目名。为了从另一个应用程序中获得数据,客户机程序(intouch)通过制定这三项打开到服务器程序的一个通道。在intouch中,上位机的数据主要分为内存型和i/o型。其中内存型数据为intouch程序内部定义的变量,可直接访问;i/o型数据的来源一般为其它计算机结点或本机运行的其它程序,这类数据由intouch通过netdde或dde方式获得[1]。每一个i/o型变量必须与一个访问名相联系,访问名相当于一个i/o地址,包含了与其他i/o数据源通讯的信息,这些信息包括结点名,应用程序名和主题名。监控画面如图9所示。

图9 监控画面

组态程序主要实现如下功能:

(1)显示井下隔爆箱显示面板的显示内容和当前时间。

(2)指示上位机和plc的通讯是否正常,plc主机和各个i/o模块是否正常。

(3)允许设置井下现场控制参数,为了保证安全性,需要输入密码。自动统计年产量,月产量,每班次的产量,提供准确的产量报告。

5 结束语

本系统已于2006年2月在沈阳煤业(集团)有限责任公司林盛煤矿投入使用,系统运行稳定可靠,减少了维护成本,满足现场的需求。此外具有如下优点:

(1)采用重力传感器测重,信号强度大、线性度好、易于后续处理,可承受较大的侧向负荷而有效减小测量误差。

(2)用plc控制,可靠性好、工作稳定、测重精度高,性价比高,提高了煤矿的生产安全性和经济效益。

(3)采用先进的intouch组态软件,具有友好的人机界面,直观且便于操作和监控。

(4)自动化程度高。设有自动和手动两种工作方式,既提高了工作效率也使设备维护更加方便。

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