料位系统范文

料位系统范文（精选7篇）

料位系统 第1篇

南通醋酸纤维有限公司自备电厂共有四台75T/H旋风炉和两台135T/H煤粉炉,保证供料的是六座煤粉仓。煤粉仓的料位过去一直沿用手工重锤测量,操作人员每隔半个小时测量一次。在科技高速发展的今天,笔者一直寻求一种仪器能自动测量煤粉仓的粉位,但是煤粉是一种比较特殊的物质,它具备液体和气体的一些特性,它的一些物理特性如介电常数,随环境的温度,湿度,气流变化而改变。笔者曾使用过超声波料位仪、雷达料位仪、相位跟踪技术、红外线技术、可视化技术,均不能满足使用要求。后来利用PLC技术,结合手动测量原理、马达技术、计算机技术开发出煤粉仓料位测量系统,成功地解决了电站煤粉仓料位自动测量问题。

2 测量系统原理

煤粉仓料位测量系统源于手摇重锤式测量原理,该测量系统原理图见图1。

测量系统主要硬件为:重锤、钢丝绳、重力检测轮、计数轮、卷扬机、手动和自动切换机构、位置开关、霍尔传感器、PLC单元、智能显示表、液晶显示屏、电源等。

煤粉仓料位测量系统测量原理:重力检测轮悬浮挂在钢丝绳上,主要作用是判断重锤是否接触到煤粉层面。当重锤没有接触到煤粉层时,钢丝绳处于绷紧状态,其最低端不会低于基准面,相应的位置开关不会动作;当重锤接触到煤粉层面时,钢丝绳处于松弛状态,重力检测轮由于重力作用下坠,其最低端一旦低于基准面,相应的位置开关动作,达到确定煤粉层位置目的。计数轮固定安装,由钢丝绳带动它运动,本装置选用的计数轮直径约为五十厘米,确保选用的钢丝绳走过一周的长度为五十厘米。计数轮沿周长均匀分割五十等份,在每个等份内嵌入一个规则的强磁铁,这五十个强磁铁和霍尔传感器组成开关量输出部件,把开关量信号送入PLC[1],在PLC内部换算成相应钢丝绳的位移量。

本系统有两种测量方式即手动和自动测量方式,由手自动切换机构实现手动和自动测量之间切换。当处于手动测量方式状态,通过手摇机构人工测量煤粉仓的粉位,和以前的测量方法一样。当处于自动测量方式状态,可以分成就地测量和远方测量两种。这两种测量方式不同点仅仅是测量启动按扭是在就地还是在控制室,测量原理完全相同。现在以控制室操作方式为例来说明:操作人员要想了解煤粉仓粉位,在操作站按下相应的启动按扭,卷扬机开始把重锤放下,同时带动记数轮转动,PLC记数器[2]开始工作。当重锤下移接触到粉层面时,重力检测轮位置开关发出信号给PLC,PLC记数器立即终止记数同时卷扬机停止并反向运行返回起始点,PLC记录的记数值对应钢丝绳的位移总量,重锤的初始位置到仓底的距离减去该位移总量,最后求得实际粉位高度,该高度分别在控制室显示屏和就地智能仪表上得到显示。

3 软件流程图

PLC软件编程主要根据图2所示的流程图。判断重锤是否在起始点和粉层面的检测是难点也是技术关键。在本系统开发调试阶段,曾没有考虑重锤起始点的判断,偶然发生过重锤慢速自由下降,导致测量不准确,严重时发生埋锤事故。粉层面的检测起初采用弹簧张力原理,即通过弹簧测量钢丝绳的张力,当重锤没有接触到粉层面时,弹簧的张力达到最大值,当重锤接触到粉层面时,弹簧的张力瞬间达到最小值,把这个变化值送到PLC输入口,达到判断粉层面的目的。但由于弹簧的疲劳有时发生误判,后来利用重力检测原理有效地解决了粉层面判断难题。

4 主要技术指标

1)量程:09.99M(根据需求可另定)

2)误差+0.1M

3)分辨率+0.01M

4)钢丝绳速度 6M/min

5)定时范围:999.9min

6)工作环境温度:0-40oC(根据需求可另定)

7)功耗<0.3KW

8)电源:AC220V或AC380V 50HZ

9)通讯接口:接点式、4-20mA

10)环境温度:0-45℃

11)环境湿度:自然环境

12)重锤重量:10KG±2KG

13)钢丝绳:φ5 不锈钢钢丝绳619+1

5 改进措施

本系统的测量分辨率和计数轮分布的强磁铁的个数有直接关系,理论上讲磁铁个数越多分辨率越高,但个数越多对机械加工的要求越高。为了突破机械加工瓶颈,可以不用计数轮,改用PLC高速计数功能,在调试阶段确定粉位最低点和最高点的计数值,然后用内插法计算出在中间任意点的粉位值。

目前系统判断粉层面的位置开关采用机械式,根据我们分析,系统的测量误差和它有一定关系,可以改用光电开关替代它,对提高系统测量精度有一定帮助。

在软件上增加看门狗(WDT)功能,可以提高系统的安全性。即根据全行程的时间确定WDT,当行程时间超过WDT,PLC发出指令,重锤立即回到起始点同时系统发出报警,等人工干预确认后才能进行正常操作。

在软件中增加定时功能,如设定半小时,本系统自动开始测量粉位。

6 结束语

本系统投入使用后,稳定可靠,减轻了电站操作人员的劳动强度,提高了工作效率,为以后制粉系统自动化打下基础。同时本系统可以应用于其它粉状等固体物料。

参考文献

[1]皮壮行,宫振鸣,李雪华.可编程序控制器的系统设计与应用实例[M].北京:机械工业出版社,2000

干熄焦料位监测系统改造 第2篇

唐钢炼焦制气厂150t/h (最大能力160t/h) 干熄焦装置是我国目前生产能力最大、国产化率最高的一座干熄焦装置, 其配套锅炉可产3.6MPa蒸汽80t/h, 发电机组发电能力为15000kWh。在干熄焦系统的日常生产中, 中控室操作人员对干熄炉预存段红焦料位的判断主要是依据皮带电子秤的数据显示和γ射线料位计的强制校正。这就要求操作人员必须对预存段的料位进行实时判断并确保其数据的准确性, 以便对整个系统的生产信息进行掌握控制。由于初始设计的γ射线料位计进行强制校正的效果不佳, 以及皮带附带的电子秤称量不准确, 导致中控室操作人员不能对红焦料位进行准确的监测和判断, 影响发电正常生产, 尤其在特殊操作方面和短时间检修过程中影响较大, 有时甚至发生危险。

针对这一问题, 通过实地考察、分析, 并在技术上进行科学论证以后, 在干熄炉顶位置安装新型外置预存段雷达料位计 (江苏南合传动机械有限公司生产) 。该料位计由电动缸、雷达料位计、传感器以及相关限位开关等组成。电动缸 (DT型) 安装在干熄炉顶的钢结构上, 通过电动缸来驱动雷达料位计动作。在炉盖打开至一定开度时, 对干熄炉预存段的料位进行雷达波测量。雷达料位计为智能EDRD63型, 它用一种特殊的相关解调技术, 可以准确识别发射脉冲与接收脉冲的时间间隔, 从而计算出天线到被测介质表面的距离。该雷达料位计不受压力变化、温度变化、惰性气体、烟尘以及蒸汽等环境因素的影响, 安装简便, 牢固耐用, 测量灵敏, 刷新速度快, 适用于高温工况, 高达200℃过程温度, 采用高温延长天线时可达350℃。在装入装置走行导轨的相应位置, 即当炉盖打开至一定开度时, 满足雷达料位计探测角度的位置, 加设一接近开关或在装入装置电动缸内部增加一个旋转限位开关, 使这两个开关所限定的位置满足要求。在雷达料位计的驱动电动缸内部加设一个限位开关, 当测量完毕返回待定位置后, 触动信号传递给装入装置电动缸, 使之动作并关闭炉盖。在中控室的电脑操作画面上增加“查看料位”按钮和料位显示画面。当点击此按钮时, 装入装置开始动作, 将炉盖打开至一定开度, 电动缸自动驱动雷达料位计伸至干熄炉口进行测量, 并将所测数据传送回中控室, 在电脑画面上显示。每次所测量的数据都与时间同步显示, 并且一直保留。直至下一次查看料位时, 再次测量后刷新数据 (料位和时间) 。

雷达料位计的应用实现了对整个干熄焦系统生产工艺的优化, 取得了良好的社会效益和经济效益。

基于ARM的智能料位监控系统设计 第3篇

在电厂中,料仓煤粉的多少直接影响生产进度和安全状况,煤粉太少不能满足生产进度的需求甚至停产;煤粉太多,占用体积大,容易造成资金积压和满仓现象。因此,一般都是存储适当的量以保证连续生产。由于生产是连续的,所以实时监控储料的多少就显得尤为重要。

2 系统功能及原理

功能:该系统实时监控料仓中煤粉的多少,料位超过安全极限时能自动报警,并且可以将监控信息通过网络及时、方便地传输给数据监控中心,由监控中心予以分析、记录;同时也可以接收来自监控中心的操作命令。

原理:系统控制电机的正反转来带动重锤(执行机构之一)的上升和下降,当重锤接触到煤料表面时,通过指令控制电机停转;电机转动过程中码盘(执行机构之一)的转动引起传感器中的开关转换,从而使输出电压发生变化,形成脉冲信息(码盘转一圈输出60个脉冲);系统采集此脉冲信号并计算出物料的高度[1,2]:

${\rm H}=L-{\rm N}\frac{\text{π}d}{12}(1)$

式中:H物料的高度;L料仓的高度;d码盘上钢丝绳和码盘的接触直径;N脉冲个数。

3 硬件电路设计

(1)总体框架。

选择SAMSUNG公司的S3C44B0X作为中央处理器,它是基于2.5 V ARM7TDMI内核的16/32位RISC微处理器,主频高至66 MHz,功能强大,为了降低系统成本和减少外围器件,集成以下部件:8 KB的Cache、SRAM、LCD控制、4信道DMA、2信道UART、8信道10位ADC、71个通用I/O口、8个外部中断源、实时时钟等[3]。围绕微控理器扩展以下模块:电源、复位电路、人机接口、存储系统、报警、以太网接口等模块。图1是系统硬件原理框图。

(2)电源模块。

S3C44B0X核电压是2.5V,I/O电压是3.3V。系统采用Sipex半导体SPX1117,该电源器件为一款低功耗正向电压调节器,可调节以选择3.3V和2.5V的输出电压。如图2所示[4]。

注:CZ1直流电源接口;二极管D1的作用是防止电源反接; 电容C1、C2、C3、C4的作用是滤波;D2电源指示灯

(3)复位电路。

图3是一种常见的RC复位电路,经证明,这种复位逻辑是可靠的,图中的两个反相器7404的作用是实现按钮消抖和波形调整,适当调整R2和C5的值可调整复位时间[4]。

(4)人机接口。

在系统开始工作之前,工作人员需要输入相关初始化信息(例如,料仓的高度H、码盘的直径d等)。系统采用计算机键盘作为输入设备,它价格便宜、使用方便,占用硬件资源少,系统采用6脚的mini-DIN连接器,6个引脚只定义4个:1脚是数据脚,5脚是时钟脚,3脚是电源地,4脚VCC,2脚和6脚保留。1脚接微控制器的一个数据引脚,5脚接一个控制器中断信号输入脚,电源由微控制器提供,不需要专门电源。另外,1、5脚是集电极开路的,需要外接上拉电阻,阻值一般取1～10kΩ之间即可。

同时,为了实现友好的人机界面,采用LCD来显示测量信息,如物位高度和测量时间,故障时间等。由于S3C44B0X芯片已经提供了LCD控制器、驱动器及输入/输出口,因此,只要把LCD接口相关引脚与CPU相应引脚连接即可。

(5)存储系统。

本系统包括一片1M16位的Flash(SST39VF160)和一片4M16位的SDRAM(HY57V641620),连接电路如图4所示[5]。

(6)报警模块(如图5所示)。

当物位超出安全生产范围时,引脚PE1输出低电平,SP1能够及时发出报警信号,同时,显示屏上显示“超出物料安全生产上/下限”提示信息,以便及时采取措施,保证了生产的安全性。

(7)网络通讯模块[6]。

S3C44B0X内部没有MAC控制器,为实现以太网通讯功能,选用一款包含MAC控制器和PHY的网卡芯片DM9000A。该芯片是10/100Mbps的以太网控制器,内置16KB SRAM,并具有普通处理器接口,图6是以太网硬件连接框图,其中,HS9016是网卡隔离变压器。

DM9000A数据端口和地址端口复用,通过CMD引脚选择端口,CMD为高电平时,访问的是数据端口;反之,访问的是地址端口。图6中,CMD与A2相连,片选信号与nGCS3相连,因此DM9000A的基地址端口为0x06000000,数据端口为0x06000004。例如,对DM9000A的某个寄存器进行读(写)操作时,首先向地址0x06000000写入寄存器的偏移量,然后将寄存器的值从地址0x06000004读出(写入地址0x06000004)。

4 软件设计

系统选用ADS1.2作为开发编译环境,移植了BootLoader启动程序及μClinux操作系统内核。采用C语言编写应用程序,包括键盘显示、信号采集、A/D转换、数据处理以及网络通讯等子程序模块。系统采用μClinux作为软件平台,源码开放,内核小,支持TCP/IP协议,具有强大的网络功能。以下着重讲述网络通讯软件的设计。

4.1 网卡驱动程序的编写[6]

网卡驱动程序主要是完成数据包的发送和接收,并为上层协议提供访问的方法。在μClinux中,所有的网络设备都定义了统一的接口,对硬件的访问都是通过该接口访问的。每个接口由一个net-device结构描述,驱动程序的描写也就是对该结构的实现过程。

(1)初始化。

通过net_device结构中的init函数指针所指的初始化函数(这里定义为dmfe-probe)来完成。当内核启动时,就会调用初始化例程。

(2)设备打开与关闭。

设备打开就是激活网络接口(如使用ifconfig命令),使之准备接收或发送数据包。Dmfe_open函数主要完成以下工作:①调用request-irq(),向内核注册中断处理程序。关键是中断号的确定,硬件电路中,DM9000A的中断请求信号线连接到S3C44B0X的EXINT0,因此,中断号为25;②初始化网卡。首先打开内部PHY、执行软复位后,设置PHY模式及工作寄存器,最后使能接收并开中断,激活网卡;③调用netif-star-queue(),启动接口的发送队列,即允许发送数据包。

设备关闭所做的工作和打开相反,释放某些资源以减轻系统负担,不再详述。

(3)数据包的发送。

待发送的数据包通过系统调用进入内核空间后,内核对其进行一定的处理,然后存放在一个套接字缓冲区结构(sk-buff)中。接下来调用数据包发送函数int dmfe-start-xmit(struct sk-buff *skb,struct net-device *dev)。其中,skb为sk-buff的指针,传递到sk-buff的数据包已经包含硬件需要的帧头。该函数主要完成以下工作:①禁止所有中断;②将存放在套接字缓冲区skb的数据通过DMA写入DM9000A的发送FIFO,设置发送长度(写偏移寄存器0xFC,0xFD),启动发送命令;③释放skb,重新使能中断。

(4)数据包的接收。

数据包的接收是个被动的过程,通过中断机制来完成。当有数据到达时,硬件就会产生中断信号,内核切断当前任务的执行,转向由打开设备时注册的中断处理程序。

在中断处理程序中,首先屏蔽中断,以免再来中断引起系统混淆,然后读中断状态位,判断中断条件是收到数据包、发送完成、报告出错状况等。若是收到数据包,则调用数据包接收函数dmfe-packet-receive(struct net-device*dev),该函数主要完成以下工作:①获取接收数据包的大小,调用skb=dev-allocskb(),申请一块给定大小的skb-buff;②将DM9000A的接收FIFO中的数据通过DMA读到skb,然后填充skb的一些信息,如protocol,ip-summed等,使之成为规范的sk-buff结构;③调用neti-frx()函数,将数据包放到系统的接收队列,完成数据向协议层的传输。

4.2 将驱动程序编译进内核

将驱动程序编译进内核需要修改操作系统源码,其位于/μClinux-dist/linux2.4.x目录下,具体如下:

(1)复制网卡驱动程序文件dm9ks.c到/μClinux-dist/linux2.4.x/drivers/net目录下,然后修改该目下的Space.c文件,在ethif-probe()中添加以下代码:

Extern int dmfe-probe(struct net-device*dev);//dmfe-probe为初始化函数;

# ifdef CONFIG-MYNET

dmfe-probe(dev)

#endif

(2)修改/μClinux-dist/linux2.4.x/drivers/net的Makefile文件,增加以下代码:

ifeq($(CONFIG-MYNET),y)

L-OBJS+=dmqks.o

endif

这样编译μClinux内核时选择MYNET设备,就会编译dm9ks.c文件,生成dm9ks.o文件。

(3)在/μClinux-dist/linux2.4.x/drivers/net目录下config.in文件网络设备段里添加上boolsupport for mynet’CONFIG-MYNET,这样通过make menuconfig配置网络设备时就会出现support for mynet,选择它就可以将网络设备添加进内核了。

(4)重新编译内核。

配置完后,按顺序执行以下命令:make menuconfig;make dep;make lib-only;make user-only;make romfs;make image和make。在执行make image命令时若出现错误报告,可忽略继续执行下面的命令。

4.3 网络应用程序的开发

网络通讯采用Socket编程技术。网络端点都以Socket文件描述符的形式表示,使得网络应用程序的设计能够独立于不同的底层通讯设施,编程简单。使用流式Socket,程序分为服务器端(目标板)和客户端(PC机)两部分。编程遵循固定的模型,不再详述。

5 系统性能

系统开发选用的旋转码盘每个齿的长度为0.36cm,允许脉冲误差3个。经过对料位系统的总体设计以及实验,确定主要参数如下:

①测量范围:0～20m;②测量速度:0.6m/s;③测量精度:0.10%;④分辨率:0.36cm;⑤显示形式:LCD显示。

6 结 论

系统采用简单可靠的重锤控制器和微控制器构成智能控制系统,实现了高适应性和可靠性;脉冲信号的输入输出改善了系统的抗干扰性;硬件结构简单,软件功能完善,工作可靠,性价比高,能够准确实时地监控粉料料位,且通过Internet网络查询料位的高度。ARM与Internet结合是工业控制领域发展的一个新的方向,本系统就是它们在粉料料位监控方面的一个典型应用,对于其它料位的监控和相似的工业控制现场,具有一定的参考价值和应用前景。

摘要：利用ARM处理器强大的数据处理能力以及功耗低、速度快等特点,并结合Internet网络设计一款煤粉料位实时监控系统,有效地解决了生产中料位过多或者过少所带来的种种危害。本文介绍了该系统的工作原理以及软、硬件设计。系统速度高、实时性好、性能可靠,在控制领域具有良好的通用性和应用前景。

关键词：ARM,Internet,实时,监控

参考文献

[1]张根宝,陈文凯,张震强.基于ARM Cortex-M3内核微控制器的智能库容检测系统[J].化工自动化及仪表,2008,35(4):72-74.

[2]黄成祥,王杰,傅波,等.重锤式智能料位仪的设计[J].四川大学学报,2000,32(3):51-53.

[3]田泽.嵌入式系统开发与应用教程[M].第2版.北京:北京航空航天大学出版社,2005:290-302.

[4]孙秋野,孙凯,等.ARM嵌入式系统开发典型模块[M].北京:人民邮电出版社,2007:8-14.

[5]田泽.嵌入式系统开发与应用实验教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005:32.

超声波料位计的检测系统设计 第4篇

关键词：超声波,物位,测距

超声料位计是一种非接触式测量液位或者粉状、颗粒状、块状物体料位的装置。测量由发射器在空中辐射超声脉冲并经被测物体反射后由接收器接收时的往返传播时间就能测出料位。超声波物位计因测定不接触被测物体, 无活动部分, 测量精度高且安装维修方便而广泛应用于生产。

一、超声波料位计测量的特点

超声波传播的特性:1超声波在介质中传播的过程中, 会因为被介质吸收而逐渐衰减。2遇到不同介质, 在分界面会发生反射、折射。3频率越高, 方向性则越强。超声波物位计根据测量时间可分为两类:1连续测量超声波物位计, 2定点发信超声波物位计。根据传声介质的不同可以分为:液介式、气介式、固介式三种。

物位检测装置生产中的作用有以下几个方面:

(1) 确定容器中的贮料数量, 以保证连续生产的需要或进行经济核算;

(2) 为了监视或控制容器的物位, 使它保持在规定的范围内;

(3) 对它的上下极限位置进行报警, 以保证生产安全、正常进行。

二、超声波料位计原理

超声波物位计安装于容器顶部, 在电子单元控制下, 探头向被测物体发射一束超声波脉冲, 声波在物体表面发生反射, 部分反射回波由探头接收并装换为电信号。从超声波发射到返回并被重新接收到, 发生时间与探头至被测物体的距离成正比。电子单元通过检测时间, 根据公式计算出被测距离。通过减法计数器计算出物位值。

测量时由置于容器顶部高H1处的超声波探头向料面发射超声波, 经过时间t后, 便可接收到从界面反射回来的回波信号。由图1及以下公式可知, 通过测量时间t, 可得到料位高度值H。

H料位高度;

H1高度;

C超声波传播速度340m/s;

t超声波传播时间。

三、超声料位计补偿系统及检测系统设计

超声波物位计由超声波发射、接收器 (探头) 及显示仪表组成。物位计以微处理机单片机为核心, 进行超声波的发射、接收控制和数据处理, 具有声速温度补偿功能及自动增益控制功能。

1. 温度补偿设计

温度是影响超声波测量误差因素的一个主要方面, 超声波的传播速度在不同温度下是不同的, 所以设计过程中应测量温度, 用来修正声速。

则空气中的音速C与T温度公式为为: (3)

r气体定压热容与定容热容的比值, 对空气为1.40;

R气体普适常量, 8.314;

M气体分子量, 空气为28.810-3;

T温度 (℃) 。

这样就得到了音速与温度的近似关系。由传感器内部的测温电阻测出其附近的温度就可以对音速进行修正。

2. 检测系统设计

传感器接收电路设计的关键技术为:将超声波束集束, 消除被测物体以外的结构物所产生的影响;使超声波脉冲的上沿陡峭, 提高检测分辨率;通过快速消除发射时的余音, 尽量缩小不敏感距离等。

定时脉冲发生单元产生发射及信号处理所必需的脉冲。发信单元产生驱动传感器的发信脉冲。通过电缆输送给传感器的发信脉冲经传感器内的升压变压器升压2~3倍, 再加到圆筒型振子, 最后变成超声脉冲传输到空中。由被测面反射回来的超声脉冲再次由传感器变换, 形成接收信号。因检测面的波动、涡流等状态的变化, 接收信号的大小会发生变化, 所以, 由AGC放大单元自动控制放大器的增益, 将接收信号电压控制在一定的数值。

料位电压通过V/I变换部分变换成4~20m A的统一信号进行输出。前者是为了稳定的放大超声信号, 而后者是为了当测定面波动等可能使超声信号不能检出时也能得到与实际相符的稳定输出。

四、结语

本文所论述的超声波检测系统通过温度补偿, 加大信号增益等方法提高检测精确度及可靠性, 为实现动态条件下料位测量提供可靠依据。

参考文献

[1]常太华, 苏杰, 田亮.检测技术与应用.北京:中国电力出版社, 2003.

料位系统 第5篇

1 系统概述

在煤炭运输的过程中，多数情况需要将煤炭从地势较高的位置运输至地势较低的位置，为了节约运输成本提高运输效率，会在矿山中从上之下打通一个倾斜的运煤管道，称之为溜井。运输时，直接将煤或矸石倾倒在溜井口，自然滚落至溜井底部，然后由车辆将煤或矸石运走。通过溜井，既可以达到快速运输的目的，又可以通过物料的自然下落实现粉碎物料的目的。溜井深度根据地势不同而各不相同，最深的可达百米，而直径仅有一两米，这样的结构导致溜井容易堵塞，而具体的堵塞位置难以判断，只能通过人工方式慢慢排查，较容易出事故，所以检测溜井料位检测系统显得尤为重要。

该系统由两部分组成：控制主机和节点传感器。控制主机安装在溜井口附近，节点传感器安装在溜井壁上。控制主机和节点传感器通过无线方式通讯。节点传感器利用压力测量原理，检测节点周围是否存在物料，并将检测信号发送至控制主机。控制主机根据节点传感器的数据来判断溜井内的物料状况。布置图如图1所示。

料位的测量精度与节点传感器布置的密集程度相关联，根据现场对测量精度的要求来控制节点传感器的安装数量。溜井物料测量所要求的精度一般不高，可以间隔5米布置一台节点传感器，在溜井的上下仓口各安装一台控制主机，方便上下仓口观察溜井内的物料情况，及时发现溜井堵塞位置。

2 硬件设计

节点传感器和控制主机采用ZigBee无线技术实现，传输距离远、功耗低。

2.1 节点传感器设计

节点传感器由压力传感器组件、单片机控制电路、无线通信模块和电池供电电路四部分组成，如图2所示。

压力传感器组件铺设在溜井壁的表面，当溜井内有物料时压力传感器的数据状态发生变化；单片机控制电路采集压力传感器数据状态的变化来判断溜井内是否存在物料，并将数据通过无线通信模块发送给控制主机。无线通信模块由CC2530实现。其硬件电路如图3所示。

无线通讯模块CC2530通过UART与单片机控制电路进行通讯。

2.2 控制主机硬件设计

控制主机由单片机控制电路、无线通信模块、液晶显示模块和电源模块等四部分组成，如图4所示。

无线通讯模块接收节点传感器上传的数据，并将数据通过UART传输给单片机控制电路，单片机控制液晶屏将料位信息显示出来，实现溜井内物料的可视化。

3 软件设计

软件设计共包含两个方面：节点传感器发送软件设计和控制主机接收软件设计。

3.1 节点传感器软件设计

节点传感器的软件开发基于MPLAB编程环境，主要包括初始化、搜索主节点、发送数据等，其流程图如图5所示：

节点传感器初始化完成后，向主机发送位置(编号)信息并等待主机回复，收到回复后则进入工作状态，向主机发送当前的压力情况；如果位置(编号)信息发送5次后仍然得不到主机回复，则进入休眠状态。

3.2 控制主机软件设计

控制主机的软件开发基于MPLAB编程环境，主要包括初始化、搜索从节点、接受数据、液晶显示等，其流程图如图6所示：

控制主机初始化完成后，开始巡检从节点，当收到从节点发送的位置(编号)信息后则将该节点置于在线状态，并接收该从节点发送的压力信息；如果一直未收到某从节点的位置(编号)信息，则将该从节点置于掉线状态。

4 试验结果与分析

为了测试基于zigbee的溜井料位检测系统是否稳定有效，将该系统置于贵州某煤矿试验了一个月。所测试的溜井深度为20米，直径1.0米。将节点传感器沿溜井圆周摆布，纵向间距5米，共3层，每层10个节点传感器，共30个，检测范围为5～15米。如图7所示。

5 结束语

基于zigbee的溜井料位检测系统通过可以有效的检测溜井内的料位情况，并通过上位机显示出来，实现溜井内物料信息的可视化。该设计只能大致显示溜井内的料位情况，检测的精度取决于节点传感器的布置。下一步需要优化该设计，以提高测量的精度。

摘要：该文介绍了一种利用无线技术检测煤矿溜井料位的检测系统,阐述了系统的硬件原理设计,软件的编制。该系统以CC2530为核心,由节点传感器、控制主机组成。节点传感器采集溜井壁压力的变化情况,将数据以无线方式发送给控制主机,控制主机将接收到的数据通过上位机显示出来,以此实现对溜井料位高度的检测与分析。

关键词：溜井检测,无线传感网络,CC2530

参考文献

[1]朱琎,杨占勇.基于CC2530的无线振动监测传感器节点设计[J].仪表技术与传感器,2012(8).

[2]石志军,刘艳章,叶义成等.矿山溜井全景扫描装置研制[J].工矿自动化,2013,39(12):8-12.

[3]郑茂全,侯媛彬.基于CC2530的井下人员信息采集模块设计[J].工况自动化,2012(6):7-12.

基于PLC和组态王的料位监控系统 第6篇

可编程控制器 (Programmable Logic Controllor简称PLC) 是将计算机技术、自动控制技术和通信技术融为一体而迅速发展起来的。由于具有可靠性高、功能强大、组合灵活、维护方便等特点而广泛应用于工业控制领域。

组态 (Configuration) 是指通过专用软件定义系统的过程。组态软件是利用系统软件提供的工具, 通过简单形象的组态工作, 构成系统所需的软件。是工业自动化软件的一个重要分支。组态软件促使自动化技术走出工业应用的狭小范围, 在楼宇自动化、农业自动化等领域得到应用。

组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司。组态王提供了资源管理器式的操作主界面, 并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序。

采用组态王软件编制的上位监控系统是控制系统的数据收集和处理中心、远程监视中心和数据转发中心, 它与外围设备PLC, 智能仪表等相连接构成控制中心。

针对港口干散货的装卸储运生产的实际, 采用西门子PLC为现场控制核心, 以组态王软件作为上位监控组态软件, 设计一套料位自动监控系统。实现卸料小车的实时监控、现场料位的数据采集和显示、料位超限报警等功能。

1 卸料生产工艺流程

本系统包括6个料仓, 这些料仓主要用来储备和缓冲物料, 由卸料小车向各个料仓送入物料。卸料小车安装在传送带支架上, 物料由传送带送到卸料小车上, 随着小车的移动, 卸料点随着移动, 当卸料小车停在某料仓处则向该料仓注入物料。卸料小车的卸料点由接近开关决定, 根据料仓料位决定是否向某一料仓卸料, 若该料仓料位达到控制要求, 则卸料小车启动向下一料仓运动。当到达首末两个料仓时, 卸料小车进行方向切换, 如此不断进行循环。

2 硬件系统结构

本系统硬件系统主要由工控机、PLC、网络卡组成, 还包括现场的接近开关、料位计等。硬件结构图如图1所示。

2.1 工控机

上位机采用研华机架式工业控制计算机, 主要完成系统的组态, 软件编程, 工业现场动态显示以及运行参数给定, 报警显示等主要功能。

2.2 PLC控制器

采用Siemens公司的S7-300系列PLC控制器, 中央处理单元为CPU314;数字量输入模块SM321进行现场接近开关位置的检测和现场手动/自动信号的检测;数字量输出模块采用SM322, 进行控制信号的输出;模拟量输入模块采用SM331, 进行6个料仓料位数据的采集;采用24VDC、20A SIEMENS工业开关电源SITOP作为输入输出信号电源。

2.3 网络卡

S7-300和上位监控计算机的通信可以采用多点接口网络 (MPI) 或PROFIBUS-DP接口等多种通信方式。本监控系统中S7-300的中央处理单元选用CPU 314, 因此在上位机中安装CP5611卡, 通过MPI电缆进行连接, 这样就在上位机和S7-300PLC之间建立了通讯硬件联系。

3 监控系统功能实现

本自动监控系统主要完成6个料仓料位的自动检测和实时显示、料位报警显示、卸料小车实现现场手动控制和中控室自动控制、友好的人机交互界面显示。

3.1 料位的检测

监控系统通过料位计的实时数据分别对6个料仓的料位进行检测并在上位监控画面中实时显示状态。

3.2 料位超限报警

每个料仓的料位一旦超过系统所设置的上下限则系统进行自动报警显示和报警自动记录。

3.3 卸料小车手动/自动控制

手动控制指由现场操作人员通过安装在卸料小车上的按钮直接进行控制;自动控制是指中控室操作人员通过上位机对现场设备进行远程控制。

3.4 友好的人机交互界面

在上位机的监控界面中实时显示卸料小车运行情况、料位显示、料位报警显示等。

4 信号采集与控制

4.1 卸料小车位置检测与控制

对卸料小车的控制是本系统的核心内容, 卸料小车的位置由接近开关进行检测。每个料仓两边分别安装1个接近开关, 在首末两端再分别安装1个接近开关, 从而形成小车的行程控制。当小车靠近某一接近开关时, 该接近开关动作并将信号传送至PLC的数字量输入模块, 由PLC再传至上位监控计算机, 上位监控界面中表示该接近开关的图像发生反应, 显示为该接近开关信号有效。这时, 系统对该接近开关对应的料仓料位进行判断, 与系统设定的上下限进行比较。若该料位值满足要求则小车继续运行;若不满足要求, 则卸料小车进行卸料, 直到料位值满足要求, 小车继续运行。

4.2 料位信号的采集

本系统中包含6个料仓, 为了保证检测的准确度, 每个料仓中安装4个重锤式料位计, 共有24路模拟量输入信号传送至PLC的模拟量输入模板。再由PLC将这些信号传送至上位监控机, 在上位监控界面中通过图像分别予以表示, 实时显示各个料位计的数值。

5 监控组态软件

“组态王”是在流行的PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包, 它以Windows98/Windows2000/Windows NT4.0中文操作系统作为其操作平台, 充分利用了Windows图形功能完备, 界面一致性好, 易学易用的特点。它使采用PC机开发的系统工程比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性, 大大减少了工控软件开发者的重复性工作, 并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发。

“组态王”软件包由工程管理器 (ProjManager) 、工程浏览器 (TouchExplorer) 、画面运行系统 (TouchVew) 三部分组成。其中, 工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程浏览器内嵌画面开发系统, 即组态王开发系统。工程浏览器和画面运行系统是各自独立的Windows应用程序, 均可单独使用;两者又相互依存, 在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在画面运行环境中才能运行。

上位监控系统用于现场设备的监视与控制。当上位机与PLC处于联机状态时, 可以进行流程选择、启动、停止、故障复位等操作, 通过PLC对现场设备进行控制。监视画面以图形方式显示工艺流程设备, 并通过颜色变化来反映流程设备状态。可以通过键盘设定料仓料位的上下界限以及给定值, 当实际值超过界限时, 监控系统产生报警并打印记录, 同时PLC将控制现场设备进行相应的响应。

上位监控软件的编制根据物料处理工艺和管理要求, 结合实际工艺流程, 充分考虑操作员工作中的要求。为了避免因操作员疏漏而造成生产事故, 软件设计出了“操作管理”功能, 利用“操作记录”、“事件记录”、“报警”、“连锁”这些功能有效地防止了这类事故的发生。屏幕是操作人员与工况之间最主要的联络界面, 生动形象的画面效果和方便的操作方法, 构成友好的人机界面。

6 结论

结合了PLC技术、组态软件而编制的自动监控系统具有强大的数据处理能力和图形表现能力, 实现工业控制现场的数据集中管理和显示、历史报表打印、报警画面生成等功能。极大地提高了系统的稳定性、可维护性和可扩展性, 实现了作业现场生产过程的实时监控。

摘要：从港口干散货装卸储运的生产实际出发, 介绍了自动监控系统的硬件结构组成和软件系统。采用PLC作为下位机实现现场信号的控制。采用研华工控机作为上位机, 显示实时监控画面。采用组态王软件进行上位监控软件的编制。

关键词：PLC,组态王,料位,监控系统

参考文献

[1]组态王用户手册[Z].北京:北京亚控科技发展有限公司, 2002.

料位系统 第7篇

研究分析测量环境后, 选择天津天威有限公司生产的VEGAPULS66型导波雷达料位计 (导波雷达可解决大量粉尘产生的散射问题, 而且其发射角小、回波信号好, 采用连续调频技术, 抗干扰能力强) 。由于雷达料位计测量工作环境温度为200～250℃, 而干熄焦装入焦炭温度约为1000℃, 为此采用以下方法将环境温度降到料位计可正常工作范围内: (1) 在雷达物位计外面安装密封的管式装置, 循环冷却水从管壁夹层中由下而上流过, 达到降温目的; (2) 在接近天线部位处安装氮气吹扫装置, 从雷达料位计的顶部吹入冷却氮气 (氮气吹扫又可解决焦炭粉尘粘附天线问题, 保证了雷达物位计测量准确性) 。

雷达物位计安装在炉盖上, 装入焦炭时需要打开炉盖, 雷达物位计会随着炉盖离开, 不能准确测量。为确保打开炉盖时测量数据不失真, 不影响正常装焦 (该数值参与连锁) , 将打开炉盖前最后一次扫描值作为当前值, 直到装焦完毕, 炉盖回复到原位, 雷达物位计正确测量时才被新值替换。