PLC自动监控装置

PLC自动监控装置（精选7篇）

PLC自动监控装置 第1篇

关键词：矿井,通风除尘,PLC监控系统,远程操控

风机是通风除尘的重要装置, 同时也是构成煤矿安全生产的重要设备之一。矿井的通风除尘承担着矿井内部输送新鲜空气、排除瓦斯、煤尘以及污浊气流的重要任务, 对整个矿井的生产安全至关重要。PLC监控系统作为现代科技水平提升的重要产物, 在工业生产安全方面具有重要的贡献作用, 能够实现远程操作并完成控制目标, 是一种智能化的控制系统。对矿井通风除尘装置实现PLC监控系统设计, 对矿井安全生产具有重要的促进作用。

1 通风除尘实验装置的组成与原理

1.1 装置组成

矿井通风除尘装置承担着矿井内部的通风与除尘工作, 对矿井安全具有重要作用。并且该装置由发尘器、空压机、粉尘扩散筒、风筒、除尘器、通风机、变频器以及传感器等各个零部件组成。在通风除尘试验装置方面对进、出风筒进行具体参数设定, 并规定实际参数能够得到除尘通风损耗, 将风量与风压参数进行有效控制, 这是提升除尘与通风效率的主要技术性参数。

该矿井在通风系统方面的通风机为两台BDK-8-No25型对旋式轴流风机, 并且每一台具备独立的通风风道, 一个立式风门以及一个斜风门经绞车间通往主风井, 由四扇风门的开合控制通风机间的气密性。在正常的矿井工作状况下, 只有一台风机进行工作, 为矿井提供通风保障。保证额定风量为16156-30993m3/h, 通风机全压为1400-2104Pa, 电动机功率为22KW。其中发尘机型号为6SE6440-2UD22-2BA。保证稳定流段为500-800mm之间, 并能够满足手动控制要求。

1.2 工作原理

在进行试验过程中, 将离心式通风机、发尘器开启, 保证发尘器能够通过胶带传动模式带动圆盘转动, 使得在风机漏口方面的粉尘能够均匀的散落在圆盘之内。在此阶段开启空压机, 将圆盘内的粉尘内容压入到粉尘扩散筒当中, 保证在离心通风机的作用下进入到除尘试验阶段, 粉尘在除尘器中实现了大部分沉降与吸收, 最终达到通风除尘的效果。同时, 通过手动风扇控制阀控制风量, 也可以实现通过远程控制的方式控制通风机变频器, 以此来改善风量, 应对在不同环境下的除尘试验。

2 PLC监控系统设计

2.1 硬件设计

对PLC控制系统的硬件结构进行分析, 需要采集的模拟信号主要包括风压、温度、电流以及电压等内容;对于采集的开关信号方面主要包括:启停开关、风门开关、电柜接口信号以及电机热保护开关等内容;PLC控制系统信号输出方面包括:控制柜开关、风门电机开关以及状态指示等。其中涉及到PLC控制系统进行控制的开关多达几十个, 通过不同的模拟通道量进行控制, 实现控制需求方面的扩展。所有的开关量参数直接送入PLC的数字量模块中, 而传感器检测到各种模拟信号送人EM231模块, 而温度信号送入EM231热电阻模块。

2.2 软件设计

想要完成PLC监控系统方面的设计, 需要整个监控系统的程序内容进行编写, 保证软件方面满足对通风除尘系统设计要求, 能够在远程方面有效的控制通风除尘系统的运行以及风量的大小。在软件方面的编写过程中, 需要控制主程序系统的完整性, 保证软件设计能够涉及到整个监控系统的各项监控内容, 为通风除尘系统的安全运行提供保障。

在整个PLC监控系统的主程序当中, 其中包括通信处理子程序、数据处理子程序、风机控制子程序以及报警处理子程序的内容, 通过子系统之间的相互作用, 最终达到控制通风除尘系统的目的。并且对于监控系统方面的开关量输入主要是通过通风机、发尘器的启动与停止信号以及加减速故障等内容进行读取, 保证相应数字量的输入能够出发报警处理子系统。模拟量输入包括空气温湿度、风量、风压、频率、电流、通风机以及除尘器进行频率给定。同时, 对PLC控制箱进行设定, 在该控制箱的面板方面可设置智能数字显示仪表, 直观显示风量、风压等参数, 并且为了监控井下的通风器以及除尘器的状况, 该监控系统设置了一台摄像机, 可对整个通风除尘过程进行监控。

只有将监控系统的硬件以及软件部分进行有效设计, 才能够保证整个监控系统的完善性, 为矿井的安全运行提供根本性保障。

3 PLC监控系统应用效果分析

该系统在设计完成后, 运行过程中能够满足设计之前所设定的所有需求。并且监控系统的软件界面显示效果较为美观, 能够通过动画、图形以及文字的方式传递动态工作信息, 在查看与操作方面较为便捷。同时, PLC监控系统可实现对通风机进行远程的控制, 能够实现对变频调速方面的控制, 及时检测风机运行的故障以及运行状态, 对井下的通风环境能够进行实时检测, 在满足生产安全的同时, 实现了对矿井通风除尘设备技术水平的提升。

4 结论

综上所述, 以PLC为核心的监控系统设计能够保证矿井通风除尘装置的安全运行, 并能够实现对设备运行安全提供全方位多方面的保障。随着通风除尘系统在矿井应用的逐渐普及, 井下通风除尘的远程控制必将得到重视, 该系统设计能够在一定程度上对井下监控系统的设计提供参考作用。

参考文献

[1]陈冬梅, 孔祥振, 陈庆光等.基于PLC与上位机的矿井通风机监控系统研制[J].煤矿机电, 2014, 4 (01) :165-167.

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基于PLC自动灌装线监控系统设计 第2篇

自动灌装线广泛适用于日化、食品、油脂等各行业, 随着工业自动化水平日益提高, 灌装生产线的控制过程正朝着智能化和自动化的方向发展。由于PLC抗干扰能力强, 可靠性高, 编程简单, 性价比高等优点被广泛应用于各种工业控制领域。传统灌装生产线控制过程主要是继电器接触控制, 但电路接线复杂, 可靠性低, 随着控制过程不断更新, 将造成机器调整、使用以及维修带来困难, 增加设备成本而生产效率得不到提高[1]。

本系统设计采用PLC实现多功能自动灌装生产线控制系统, 结合触摸屏、通信总线、传感器及变频等技术综合应用, 能实现液压、气动灌装设备, 满足不同液体类、容量产品需求, 能实时显示各槽工件数;能设定传送带电机工作频率;实时显示运行位置。这使灌装线具有良好的可靠性和协调性, 具有操作简便、运行稳定与可靠等特点, 提高灌装线的工作效率和产品的质量。

1 自动灌装线监控系统总体设计

1.1 设计需求

根据2012-2013年中国自动灌装生产线市场发展研究报告, 当今世界商品种类呈现高度繁荣的状态, 对灌装控制系统的要求也是越来越高, 而我国灌装技术起步较晚, 近50%的产品达不到发达国家20世界90年代的水平, 先进的大型设备基本依赖进口。而灌装技术是人类生活必不可少的一项技术, 当今国内灌装技术主要问题存在于设计时考虑不充分, 没有留下足够的改造的空间。一旦灌装瓶的体积或形状发生变化, 便满足不了生产需求。

1.2 自动灌装线设计方案

针对上述要求和存在的问题, 根据实际生产要求, 对自动灌装线系统进行设计, 运用PLC为处理核心编制相应的程序, 采用旋转编码器、步进电机定位控制, 实现灌装系统自动定位, 传送带自动传送, 灌装自动开启, 计数器自动计数等一系列功能[2]。通用变频器构成变频调速传动系统, 触摸屏能实现数据监控、报警、模拟画面和组态等功能, 在工业现场生产方面, 具有非常好的实用性。

系统由送料机构、储液罐、灌装阀、抽液泵、液位传感器、推瓶装置、传送带、翻转机械手、灌装系统以及配套的传感器、触摸屏、PLC监控系统和气动回路等部分组成[3]。自动灌装线简图如图1所示。

2 自动灌装线具体设计

2.1 控制系统硬件的组成

由两个PLC控制, 三菱FX-2N48MRPLC作为一类主站, 三菱FX-2N16MRPLC作为从站, 并由主站控制从站。三菱GT11**-Q-C触摸屏作为监控的二类主站, 实现对系统运行监视和控制, 各模块通信连接如图2所示。

2.2 自动灌装线控制流程

自动灌装线除双容水箱液位控制外, 均属于顺序控制, 采用三菱编程软件GX_Developer程序类型中SFC图编辑, 方便快速地编辑顺序控制程序, 控制程序可根据控制要求不同简便改变。自动控制和手动控制的控制按钮均设置在触摸屏中, 在自动和手动运行界面触摸屏分别控制相应输出寄存器。

2.2.1 主站功能说明

主站程序主要控制推杆、送料、传送带、并控制从站翻转机械手矫正姿势不对的工件, 控制双容水箱自动加水灌装, 实现全面PLC编程灌装自动控制系统功能, 工作流程如图3所示。

2.2.2 从站功能说明

从站主要控制翻转机械手矫正姿势不对的工件, 实现主站给出信号控制从站矫正工件并回馈给主站, 达到正确矫正功能, 工作流程如图4所示。

2.2.3 双容水箱水位控制

双容水箱液位使用单闭环控制, 由供水水泵, 水泵驱动放大器, 进水/回水水箱及压力检测变送器等元件组成。使用三菱P、PI、PD及PID调节器对液位起控制作用。PID参数在触摸屏中设置, 参数如表4所示。

2.3 变频器参数设置

选用三菱FR-D700系列的变频器, 该系列变频器是一种小型、高性能变频器。主电路接线如图5所示[4]。

FR-D700系列变频器可设置上千个参数, 本设计只用到其中14个参数设置则可完成自动灌装线设计功能要求, 在Pr79=1面板模式下设置相关参数, 设置完成将Pr79=6为切换模式, 该模式可以在保持运行状态的同时, 进行PU运行、外部运行、网络运行的切换。具体的参数设置如表1所示。

2.4 主控界面设计

主控触摸屏监控界面具有自动运行、手动操作、参数设置、液位曲线4个用户界面。

2.4.1 自动运行界面功能

自动运行界面功能主要有:工作模式选择、自动运行操作、回归原点操作、实时显示:黑瓶灌装数、白瓶灌装数、缺陷瓶数、液位高度组成。参数设置如表2、3及图6所示。

2.4.2 手动运行界面功能

手动操控按钮主要由高速运行、低速运行、停止、推料杆、送料杆、翻转机械手升降、翻转机械正转、翻转机械反转、翻转机械夹紧、翻转机械放松、水箱扰动阀, 水箱加水阀组成, 参数设置如表2、3及图7所示。

2.4.3 参数设置界面设计

参数设置界面功能主要有:PID参数有比例增益、积分时间、微分时间、采样时间;灌装参数有液位上限、液位下限、黑瓶灌装量、白瓶灌装量、补液待机时间组成, 参数设置如表4、图8所示。

2.4.4 液位曲线设计

液位曲线是通过PLC液位闭环控制系统控制灌装阀动作, 实现灌装量 (水位) 精确计量, 如图9所示。

3 系统调试

3.1 主站连接

主站程序主要控制推杆、送料、传送带、并控制从站翻转机械手矫正姿势不对的工件, 控制双容水箱自动加水灌装, 实现全面PLC编程灌装自动控制系统功能。主站I/O分配如表5所示、接线如图10所示[4]。

3.2 从站连接

从站主要控制翻转机械手矫正不正确的工件, 实现主站给出信号控制从站矫正工件并回馈给主站, 达到矫正姿势功能。从站I/O分配表如表6所示、接线如图11所示[4]。

3.3 调试测试结果

系统设计采用PLC实现多功能自动灌装生产线控制系统, 利用PLC、触摸屏、通信总线、传感器及变频等技术的综合应用, 能实时显示各槽工件数;能设定传送带电机的工作频率;实时显示输送机械手位置。灌装精度及稳定性实验表明系统能够在满足技术要求精度条件下稳定运行, 证明系统设计方法可行。

4 结束语

设计自动灌装生产线考虑了工业现场环境, 是集PLC、触摸屏、通信总线、传感器及变频等先进技术于一身的对液体进行定量灌装的系统, 具有手动/自动转换功能, 实现对整个生产线工艺流程顺序控制。灌装线性能稳定, 工作可靠, 故障率低, 科技含量高, 降低了生产的成本, 提高自动灌装线工作效率, 具有良好的应用前景。

参考文献

[1]王京琛.基于PLC食用油灌装生产线的电气控制[J].湖北农业科学, 2013 (5) :2423-2426.

[2]吕景全.自动化生产线安装与调试[M].北京:中国铁道出版社, 2008.

[3]邓松.可编程控制器综合应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2010.

PLC在自动重合闸装置中的应用 第3篇

在电力系统中, 大部分故障来自于线路, 线路故障具有瞬时性的特点, 即一旦出现故障, 线路就会开路, 供电就会中断。因此, 在排除故障后, 重新将断路器合闸才能够实现电能输送的恢复。对于输电线路而言, 当出现瞬时性故障, 如果能够实现故障的自动消除, 相应的继电器保护装置动作, 通过自动重合闸装置实现合闸, 可以大大减少停电的次数和范围。可见, 重合闸装置能否成功动作, 关系到整个电力系统的高质量运行。当前, 基于电磁控制的重合闸装置逐渐显露出弊端, PLC控制的自动化重合闸则具有明显优势。

1 电磁控制重合闸装置

当采用电磁式控制时, 重合闸装置是连续工作的, 在整个动作过程中, 任何一级出现故障都将可能造成粘连现象以及氧化等, 如继电器的拒动、误动、被卡住等;在启动继电器后, 某级出现问题时, 其中的任意一个触点都将可能造成完成重合闸动作的信号无法发送, 自动重合闸功能也将失效。这种控制方式无疑会降低电力系统的可靠性。其中的内部电路信号灯能够监视装置的工作状态是否正常, 也可以监视继电器触点是否完好。当对电容C进行充电时, 电路信号灯被点亮。分析重合闸的动作过程:如果常开触点是粘连住的, 常闭触点会断开, 同时电路信号灯会熄灭。可以看出, 整个电路的局限性较大, 如果电路信号灯的变化没有及时被发现, 一旦线路中出现了瞬时自消故障, 自动重合闸将会失去功效[1]。另外, 对于电磁控制重合闸装置而言, 要想顺利实现重合闸功能, 需要多个继电器的协同作用。因此, 需要大量的导线, 其连接十分复杂, 无疑增大了出现故障的概率;此外, 大量的连接导线给装置的调试和检修工作带来了困难, 自动控制难以实现。

2 PLC控制式自动重合闸

2.1 设计依据

PLC控制器具有十分优良的性能, 即使在十分恶劣的条件下依然能够保证工作的可靠性。据统计, 其无故障时间能够达到520 h以上。在PLC控制式自动重合闸中, 摒弃了传统的机械式触点继电器, 取而代之的是内部辅助性继电器;通过合理的软件编程控制, 实现了传统意义上的硬件连接逻辑功能, 能够完成物理连接时的所有动作[2]。当继电器保护动作启动后, 通过PLC的逻辑处理功能, 即可发出重合闸完成动作的信号, 在整个动作过程中, 没有触点的参与。这样大大避免了传统触点继电器中存在的弊端。

2.2 硬件设计

为了保护PLC中的输出触点, 在完成分合闸信号的转换过程中, 采用KA1和KA2微型继电器, 其功率较大, 这样一来, 实现了与断路器相应功能线圈的连接。通常情况下, KA1、KA2中的线圈是感性的, 为了保证电流的连续, 需要分别并联一个二极管, 这样做的目的是为了尽可能地减少在切换过程中所受到的电磁干扰。在供电电源的选择上, 采用的是不间断电源, 它不仅可以保证PLC的安全工作, 同时还能够有效隔离干扰。在具体功能的实现上, 将分合闸的继电器相应功能线圈连接到KA1、KA2继电器的常开无源触点上, 从而形成一个控制回路。图1为系统内部连接图[3]。

依据系统的控制要求, 本设计中采用小型PLC, 在进行系统扩展时, 它无需电缆。为了以后更改工艺, 增加一些控制功能, 在确定I/O点数时, 留有一定的备用量, 图2为具体的连接图。系统的故障信号接线常用的方法有:采用并联方式, 使用单个PLC输入点;采用故障信号一一对应于I/O点的方式。分析这两种接线方式, 前者有利于节约资源, 后者有利于报警组态画面的显示, 本文采用第二种接线方式。

2.3 软件设计

PLC控制自动重合闸完成的主要功能包括:相应的功能动作完成后, 重合闸程序能够实现自动初始化;具有闭锁功能, 即:当有手动断开断路器操作, 线路出现永久性故障时, 装置进入到锁定状态;能够限制重合次数;完成规定次数的重合闸后, 相同动作将不会再发出信号;按照故障性质, 通过对软件的设定, 可以设置重合闸动作的装备时间。图3为自动跳闸以及自动合闸的流程图设计。

从图3以看出, 通过软件的编程, PLC控制方式具有防止跳闸的功能, 它成功替代了电磁控制重合闸装置内部的自保持回路;同时串联了两级式防跳措施的常开触点和防跳专用的继电器, 也就是说, 它完全替代了传统重合闸装置的硬件实现方式。在传统的电磁控制重合闸装置中, 进行电容C的充电时, 需要15~25 s的时间, 对应的这一时间也是重合闸的动作准备时间。在编写时间延时程序时, 它是通过时间指令来实现的。由于线路故障具有瞬时自消的特点, 可以通过相关软件修改时间间隔K, 这种修改是任意的, 操作起来也十分简单。同时, RC回路中元器件参数不会影响这种修改。另外, 通过软件的设定, 还可以设置延时合闸动作的启动时间, 它能够避免钟表机构停止走动的缺点。

就PLC控制来说, 它实现了时间变更的简单化, 具有更高的延时精度, 该精度可达到0.001 s[4]。另外, 在传统过电流保护中, 在时间上是有限制的, 一旦出现有永久性故障, 故障时间就会延续, 危害将会加大。所以, 要尽可能地缩短故障时间, 采用PLC控制的方式进行相关程序的编写和设计, 在完成自动重合闸后, 可以实现加速。在具体实现手段上, 可以更改相应的延时定时器, 也可以直接越过执行延时定时器的程序段, 从而达到减小延时时间的目的。通过直接接通跳闸功能回路, 相应的故障切除速度得到了加快, 故障对电网的危害也得到了降低。在规定重合闸重合功能次数上一般是在梯形图中, 通过计数器指令的设计来实现的, 这种编写方式能够保证程序控制功能具有通用性。当重合闸不能进行自动重合, 同时重合次数已经达到了规定的次数, 则通过内部的继电器和计数器, 相应的程序可以闭锁重合功能程序段, 这样重合闸装置的重合闸功能就停止了。

3 结语

本文对PLC在自动重合闸装置中的应用进行探讨, 研究了由PLC控制的自动重合闸系统, 对其软硬件的构成和设计进行了详细的介绍。就PLC自动重合闸装置而言, 大大减少了硬件的使用量, 简化了接线结构, 避免了传统电磁控制方式中的诸多缺点, 有效提高了电力系统运行的可靠性。另外, 在功能上还可以进行后续的扩展和开发, 整个系统在控制能力上具有更强的操作性和灵活性, 整个装置更加适用和通用, 自动化程度也更高。

参考文献

[1]黄伟兵.自动重合闸最优重合方案的设计[J].宁夏电力, 2008 (S1) :83-92.

[2]牛建华, 王任远.自动重合闸 (ZCH) 与继电保护配合技术研究[J].机电产品开发与创新, 2007 (5) :64-72.

[3]董惠勤, 陆魁军.跨安全网闸的内外网数据库同步的实现[J].科技通报, 2007 (2) :266-270.

PLC自动监控装置 第4篇

当前煤矿开采深度的不断增加, 使得煤矿井下工作人员上下矿井过程中的工作量明显增加, 无形中需要消耗很大的劳动量, 导致煤矿生产效率很难提高。针对这一个问题, 煤矿在实践中引入了架空乘人装置, 将其安装于下组煤集中回风下山位置。这一个装置可以实现三种控制方式:连续、程控和检修。具有非常高的实用性, 在很大程度上满足了工作人员的运输要求, 使他们更加便捷的上下井, 并且还能够达到架空人车自动控制的目的。其示意图具体如下图1所示。本文介绍了自动架空乘人装置系统, 阐述了基于PLC控制的架空人车的主要功能, 在此基础上, 基于PLC的架空人车技术创新点。希望能够与业界同仁一起探讨, 分享经验, 共同进步。

1 自动架空乘人装置系统概况

这一个设备主要包括以下几部分内容:驱动装置、张紧装置、电控部分、托绳部分等诸多方面。需要注意的问题是, 这一个装置还配备了安全警示部分, 为充分确保上线工作人员的人身安全, 专门在上下车位置设置了标志牌提示以及语音提示, 运行的整个过程中, 乘重横梁上还悬挂大量的安全警示语, 以指导工作人员安全乘坐, 保障他们的人身安全。

2 基于PLC控架空人车的主要功能分析

2.1 基本原理

1) 系统的简单组成。关键控制单元的主控系统 (PLC) ;保护系统 (这一部分主要包括PLC与外围传感器) ;到第3次报警时系统将会接着启动。电源系统, 这一部分主要包括QBZ系列型防隔爆电磁起动器。

2) 系统运行。启动架空人车预警信号:到红外线传感器处感应一下或将“启动”按钮按下, 这样将会发出预警信号, 持续几秒钟时间;制动器松闸:发出预警信号十五秒以后, 接着启动制动油泵, 架空人车制动闸松开;猴车运行:启动制动油泵, 五秒时间以后, 将会启动绞车, 然后索道就会进入运行状态;架空人车停止运行:将停止按钮按下, 然后主电机将会停下来, 同时索道停车, 五秒时间以后制动器抱闸;延时停车:在这里, 这一个系统主要是按照该矿井下回风巷的长度大小, 架空人车完成一次运行所需要的时间是9 min, 也就是自下组煤集中回风大巷底部一直运行至顶部需要9 min, 考虑到这个因素, 所以, 本文将该系统每刷新一次的运行时间设定为10 min, 到时将会自动停止。

3) 系统的运行模式。主要包括以下3中类型, 手动 (连续运行) 、自动 (远处控制) 以及检修模式。

2.2 故障保护

具体来说, 故障保护主要包括速度保护、越位保护、脱槽保护等几方面内容。

1) 速度过高、过低保护。这一个装置配备了速度传感器 (1个) , 安装位置是机头一个托绳轮位置, 按照现场具体状况, 将它设置为1.1 m/s, 如设备运行的过程中发生过速或者欠速保护, 此时, 则能够对磁钢数目以及其处于同个平面的角度进行适当的调整, 利用这种方式来改变速度参数, 同时将设备的“故障解除”按钮按下, 这样就能够保护解除。

2) 越位保护。这个系统选择在猴车下车位置配备了相应的限位开关, 当乘座的人到达这个位置没有进口下车的时候, 将接触到这个开关 (这个开关还叫越位保护开关) , 这样这个系统将会自动停车, 时间继电器将会从自架空人车停车的时候开始自动进行计数, 时间持续30 s, 然后架空人车将会重新启动。

3) 电机失压、短路、过载、断相保护。这个系统的起动器存在综合保护装置, 以发挥该方面的保护功能。

4) 脱槽保护。整个系统运行过程中, 当钢丝绳发生脱槽的时候, 这时将接触到脱槽保护开关, 然后将会发出停车信号, 当系统接收到这个信号的时候, 将会自动停车, 然后由相关人员进行处理, 一直到接触脱槽故障的时候, 将相应的按钮按下, 系统才会自动启动, 再次进入运行状态。

5) 沿线拉停车。除去上面的几种故障保护, 本系统在设置过程中, 还在回风大巷之中间隔50 m配备拉线式急停开关1对, 利用这种装置, 如运行过程中发生故障, 则能够中途停车, 当故障解决完毕以后, 将开关复位, 复位后架空人车才会重新启动, 进入工作状态。

3 基于PLC的架空人车技术的几个创新点

1) 该装置的控制系统应用Mitsubishi Group的FX2N系列PLC, 真正进行可编程控制。

2) 该系统能够实现无人值守控制, 在架空人车启动之前, 开车、停车等都根据预先设置的程序进行自动控制。

3) 当没有人乘坐的时候, 架空人车装置能够实现延时停车。

4) 能够实现索道沿线拉停车。

5) 能够和外部设备电气互锁。

6) 具有速度过高、过低保护功能。

7) 具有越位保护功能。

8) 能够实现电机失压、短路、断相、过载保护。

9) 能够按照具体需求, 进行程序设置。

4 结语

综上所述, 索道运输具有一系列的优越性, 具有相对较高的方便性与安全性, 同时还可以实现人性化、自动化控制, 不但为人员运输提供了极大的便捷, 还在很大程度上缩减了人员成本, 正是这些原因, 这种技术在矿井斜巷人员运输过程中具有非常广阔的发展潜力。本文中设置的架空人车引入了PLC技术, 工作者能够实现随到随上, 使他们不再徒步爬斜巷, 降低了他们的体力消耗, 使他们有足够的体力和精力投入到生产工作之中, 深受矿井人员的欢迎。

摘要：伴随矿井开采深度的增加, 井下三条斜巷轨道的倾角由17°改成12.5°, 同时都很长, 因此, 上下过程中相关工作人员需要付出非常大的体力。为进一步降低他们的劳动强度, 将煤矿井下的运输条件改善, 降低因运人造成的提升工作量, 某矿在下组煤集中回风下山配备了PLC架空乘人装置。主要介绍了基于PLC的架空乘人装置的功能, 创新点, 以期为类似煤矿引入该装置提供一定帮助。

关键词：PLC控制,煤矿,自动架空,乘人装置,研究

参考文献

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[6]陈世明, 何立菊.架空乘人器系统技改及自动保证装置在龙滩矿井的应用[J].煤矿机械, 2011 (5) .

PLC自动监控装置 第5篇

随着数字化大农业的快速发展,越来越多的数字化和信息化手段应用于农业生产、农产品加工等各个领域。其中,对于农田灌溉的监控还处于早期的人工监控的方法,同时工作效率较低,增加了人工的成本。可编程控制器(简称PLC)作为工业现场工作的、以现代微处理技术为核心的控制器,由于其具有结构简单、性能优良、抗干扰性能好、可靠性高、编程简单、调试方便和易于功能扩展等诸多特点,在机械、化工、电力、石油天然气等行业的工业现场自动化控制已日趋广泛地得到应用,成为工业现场进行实时控制的最主要的控制手段。同时,利用PLC所具有的串行通信和计算机的远程通信功能,可实现计算机对多台PLC控制装置的远程集中监控。因此,借鉴PLC在工业生产中成功经验,通过无线传输方式,对农田作物的生长和灌溉状况进行实时监控,以提高农田生产效率。

1 系统组成及其功能

农田自动灌溉无线监控系统,如图1所示。该系统以PLC作为远程现场控制终端,安装在农田灌溉的现场,并与电动阀门、流量传感器和无线传输模块等设备相连,共同构成系统的基本RTU单元,完成农田自动灌溉的控制和现场数据实时采集任务。上位机与下位机可以构成主从式一点对一点或者一点对多点的远程无线监控网络。在上位机和现场控制终端之间采用异步串行通讯协议,以半双工轮询方式通过无线数传模块与PLC通讯。其中,无线数传模块采用透明方式工作,只起数据传输作用,整个网络数据收发采用同一频率,通讯时站点的识别是对PLC进行不同地址编号来实现的。

1.1 阀门执行器

阀门是控制系统现场的执行设备,为了能够实现远程控制和操作,系统采用电动阀门,即在普通阀门的基础上安装电动执行器,在现场可以实现手动控制和半自动控制。上位机不但可以通过PLC对阀门进行操作,对农田的给水和排水进行实时控制,而且上位机也可以通过与PLC的通信,对现场阀门的开、关状态实时监控。

阀门执行器主要由一个单相交流电机和限位开关构成,其功能是通过输入交流220V的电压信号可实现对阀门的开启和关闭,同时能够输出一对无源信号作为到达位置信号供PLC使用。阀门的电动执行器与PLC端子接线如图2所示。

1.2 流量计

在农田灌溉系统中,最重要的数据就是农田的用水量,通常采集用水量的方法是利用流量传感器采集瞬时流量。农田灌溉的流量监测采用LDBE型智能电磁流量,它具有计算速度较快、精度高、测量性能可靠等特点。

电磁流量计接线端子如图3所示。L,N是流量计AC220V的输入端子,I+和I-是流量计瞬时流量,以模拟量为直流4～20mA的形式输出的接线端子。

将I+和I-分别于PLC的模拟量输入模块的A0和GND相连,通过PLC实时采集现场的瞬时流量,并通过PLC的软件编程完成累计流量的计算,最终将采集的数据经485通信,利用无线模块实时传送到上位机。其中,转换器电路设计采用国际先进技术,输入阻抗高达1015Ω,共模抑制比优于100dB,对于外来干扰以及60Hz/50Hz干扰抑制能力优于90dB,可以测量更低电导率的流体介质流量。同时,传感器采用非均匀磁场技术及特殊的磁路结构,磁场稳定可靠,有效的缩小了设备的体积。

1.3 无线模块

SM30型无线模块属于智能型无线通信设备,它可以支持1 200,2 400,4 800,9 600,19 200,38 400bps等多种接口波特率,也可根据需求提供其他非标准接口波特率,通过软件设置发送波特率和信道。

SM30型微功率无线数传模块,功率仅有10mW,并提供标准RS-232,RS-485和UART(TTL电平)3种接口方式,可与计算机、用户的RS-485 设备、单片机或其它UART 器件直接连接使用,可靠传输距离能达到700m,如果降低传输速率的话,最远能达到2km。SM30型无线数传模块应用原理图如图4所示。

SM30使用2.7～5.5V直流电源,可以与其它系统设备共用电源,为了能够提高数据传输的可靠性,应选择5V 稳压电源单独供电且纹波系数较好的电源,建议最好不要使用开关电源,如果使用开关电源,需要考虑开关脉冲对无线模块的干扰。另外,系统设备中若有其他设备,则需可靠接地。SM30提供1个9针的连接器(JP1),1个天线接口(ANT),1组调线短路器(JP2)。其连接方法及引脚定义如图5所示。

A和B引脚可用于连接PLC的485通信端口,VCC接+2.7～5.5V直流电源,其他的均不用做改动,具有模块设置简单和接线方便等特点。

2 主控制器与软件实现

本监控系统的PLC采用的是东森DSX2N系列的可编程控制器。DSX2N系列可根据具体情况定制特殊功能的产品:低温、高温模块;三防模块;高精度模块;大功率输出模块等。它具有体积小、工作可靠性高和高性价比的优势,在国内很多监控系统中都有广泛的应用。

2.1 DSX2N性能

该系列PLC支持三菱公司的FXGPWIN与GX Developer编程软件,具有高速的运算能力和灵活的扩展能力,同时能与多家人机界面连接(如台达、Eview等),通用性强;具有两路高速计数器和两路高速脉冲输出及强大的密码加强功能,无需电池数据能够保存10年。485网络是主从结构网络。通过梯形图进行网络设置,设置内容包括:网络设备地址、网络通讯数据内容、网络数据通讯速度等。主站节点必须是有平台节点,主站节点只有一个,地址固定为500。一个网络最多有63个从节点,从节点地址可设定,但不能有相同的地址。主站与任一从站都能通讯,而从站与从站之间交换数据必须通过主站才能进行。本嵌入式PLC485网络加载的通讯协议是FX2N计算机链接协议的子集,即软元件D通讯部分。

2.2 通信协议

东森DSX2N系列PLC在运行时,当M630=1时,485网络接口自动加载三菱FX2N计算机链接方式格式1的部分主从站协议,因此只对数据寄存器D进行字读和字写操作。

通讯格式:数据长度8位,停止位1位,无奇偶校验位,传输速率9 600bps。

2.2.1 主站读从站数据格式

主站读从站数据格式如图6所示。

主站横线上方表示主站发送的数据,横线下方表示从站发送的数据,数据发送顺序从左到右。其中,站号用2字符十六进制数,范围1～3F,对应十进制1～63,即表示可带63个从站。PC号固定为FF,头元件只能是数据寄存器D,用5个字符表示,如D0100。元件数用2位十六进制的字符表示,如0A,表示10个字元件。指定元件数据,一个元件数据用4个十六进制的字符表示,如AB96,错误码暂没使用。

例如,读10(0AH)号站数据:从D0223开始,共5个单元。则嵌入式PLC发送报文内容: 05H(ENQ)+30H 41H(0A)+46H 46H(FF)+57H 52H(WR)+30H(0)+44H 30H 32H 32H 33H(D0223)+30H 35H(05)+34H 44H(4D)。

其中,校验和XX:

XX=30H+41H+46H+46H+57H+52H+30H+44H+30H+32H+32H+33H+30H+35H =34DH,取最后2个字符4D,用ASCII码表示是34H 44H。

从站回信息:

STX+[站号+PC号+指定元件的数据+ETX]+校验和代码。其中信息含义如下所示:

STX为文本起点,02H,属控制型字符。站号为从节点站号,01H-3FH,从节点自身站号,属数据型字符;PC号固定为FFH,三菱FX2N控制器要求,属数据型字符;指定元件的数据,一个元件需4位0-F的字符表示;按要求指定个数,属数据型字符; ETX为文本终点,03H,属控制型字符;校验和代码是控制型字符原码传输,数据型字符用ASCII码传输,校验和属数据型字符,校验和即是将和校验区的ASCII码字符的十六进制数相加后,取后两位字符(00-FF),用ASCII码型式传输。

2.2.2 主站向从站写数据格式

主站向从站传送信息如图7所示。传送格式中字符含义同主站读从站数据格式十分相似。

例如,上位机向10(0AH)号站写数据,从D0223开始,写0101H,0909H,FFFFH,6565H共4个单元。则主站发送报文内容:

校验和XX: XX=30H+41H+46H+46H+57H+57H+30H+44H+37H+32H+32H+33H+30H+35H+30H+31H+30H+31

H+30H+39H+30H+39H+46H+46H+46H+46H+36H+35H+36H+35H =7C8H,取最后2个字符C8,用ASCII码表示是43H 38H。

从节点回信息:ACK+站号+PC号 或 NAK+站号+PC号+错误代码。

其中,ACK含义为确认,06H,属于控制型字符。NAK含义为不确认,15H,属于控制型字符。站号是从节点站号,00H-3FH,上可接63个从节点,属于数据型字符。PC号为固定为FFH,三菱FX2N控制器要求,属于数据型字符。

2.3 软件实现

系统软件分上位机软件和下位机软件,上位机软件通过Delhpy实现,下位机软件主要是靠PLC编程实现。现场终端PLC在与上位机的无线通信时,响应帧在PLC的上位机链接单元中自动生成,在PLC中无需用户再编写通信程序,只需要在PLC初始化中将现场终端的地址设置好,就可以实现一对多的访问。

下位机的软件主要解决现场的电动阀门的开起、关闭控制和模拟量数据的采集和处理,也可接收上位机发送的控制指令完成相应的控制操作。

系统软件的实现,可以让操作员位于监控中心的计算机终端,进行远程手动、半自动和全自动控制,各项操作可由一个人承担,无需他人指挥,节省了人力资源;操作人员独立判断,操作的准确性、连贯性比以往得到显著提高,从而大幅度提高了生产效率。

3 结论

农田自动灌溉系统通过无线数据传输对农田灌溉中的主要参数进行实时采集、对异常情况及时报警,消除安全隐患。利用上位机监控软件能够计算出格田每公顷地的用水量和农田作物生长过程中的各种数据的实时监测,极大改善了我国目前农田灌溉人工操作的现状。该系统具有较强的数据处理功能,经半年多的实际运行,其性能稳定、运行可靠、人机界面友好、易操作、使用维护方便,具有很好的可扩展性和较高的实用价值。

摘要：为了加快农业生产的数字化和信息化的发展,提高农田灌溉中的生产效率,以PLC为核心,通过无线传输对农田灌溉中的流量和阀门进行实时的数据采集和监控。通过监控系统可以高效地完成农田作物在整个生长过程中的自动灌溉监控,同时可利用上位机系统进行数据处理,实现了数据报表的自动生成和数据库的访问、排序、查询等多种功能,达到远程实时监控的目的。

关键词：PLC,无线传输,自动灌溉,农田

参考文献

[1]王庭才.可编程控制器原理及应用[M].北京:国防工业出版社,2005:115-116.

[2]陈浩.案例解说PLC、触摸屏及变频器的综合应用[M].北京:中国电力出版社,2008:223-224.

PLC自动监控装置 第6篇

1 矿井主通风机的选择

根据机内空气的流动方向可以把通风机归为轴流式风机与离心式风机。轴流式风机的运转模式是空气通过轴轮方向流入叶轮之中, 再从叶轮内由轴轮方向流出, 总体来说空气出入都是通过轴向方式进行。离心式风机的运转模式是空气通过轴轮方向流入叶轮之中, 再转变为径直方向从叶轮内流出, 离心式风机的空气流出方向与轴流式风机的空气流出方向不同。在矿业工程中, 微微离心式风机的体积庞大, 运行模式繁复, 且运转速率较低, 因此大多数矿业会选择轴流式风机。一般轴流式风机的特征主要包括以下几个方面。

传动效率快。就新型的轴流式风机的传动结构来说, 叶轮能够直接设置于电机轴上, 这一措施不仅能够减少电机轴传动装置的损伤, 还可以降低能耗, 提升风机系统的使用寿命与传动效率。

轴流式风机能够承受的最高压力点要比一般的通风机最高压力点高1.2 ~ 1.3倍。

静压效率高。因为通风机内的构造是根据对旋式结构进行设计, 能够有效节省两级工作轮之间导叶的数量, 减少了风机内部因阻力产生的能耗, 从而使封系静压效率得到有效提升。

具备优秀的反风能力。一般情况下, 电机轴进行反转时会产生逆向送风的现象, 这种优势能够使轴流式风机有效的发挥其作用, 因此免去了设置反风道和风机房的工作, 而且轴流式风机的逆向送风能够产生60% ~ 70% 的送风量, 与一般的风机产生的送风量相同。

便于实际操作。由于轴流式通风机旋式结构通过两极工作轮进行运作, 而两极工作轮又分别由两台电机驱动, 根据使用需要, 不同的状态也能够进行自由组合, 从而达到调节变风量与变风速率的目的。

轴流式风机存在强大的抗干扰能力, 能够应对外界不同因素的干扰。

2 PLC 控制系统的构成

PLC控制系统的内部构造主要包括存储器、外部设备编程器、中央处理器 (CPU) 、输入 / 输出接口等元件组成。其中中央处理器是PLC控制系统的核心元件, 它主要通过地址总线、控制总线、数据总线、电源总线来连接输入输出接口、存储器、编程器等元件。

3 PLC 控制系统的优点

PLC控制系统能够对模拟量与开关量进行控制, 而且能够进行联网分级控制, 比传统的继电器技术含量更高。一般情况下, 传统的继电器具有较高的抗干扰能力, 但由于继电器系统内的机械接触点较多, 所以会存在许多制约继电器控制系统运行能力的因素。而PLC控制系统不存在接触点, 它主要通过内部运算器对其它元件进行控制, 因此PLC系统的稳定性比传统的继电器系统更高。PLC系统的控制技能是由软件设计编程来实现的, 比传统继电器通过机械接点来进行控制要更便捷适用, 而且PLC系统可以根据不同功能需求来重新创建程序, 从而提高了系统的运作能力。

对比集散控制系统 (DCS) 与PLC控制系统会发现, 两者都是依靠微型计算机进行控制工作。当对要求系统进行现场控制时, PLC控制系统能够根据工业以太网与现场总线相结合来完成控制工作, 由于运用起来便捷灵活, PLC控制系统的运用领域逐渐靠近DCS控制系统的普及范围, 甚至比其范围要更广阔。

因为微型计算机在工业计算机控制系统中占主要地位, 而且其总线结构具有标准化、规范化的特点, 因此微型计算机的兼容性能比传统计算机要优秀。近年来PLC控制系统的结构虽然逐渐趋于标准化模式发展, 但对比该系统和工业计算机, 其系统结构仍旧不够完善标准, 所以PLC控制系统的兼容性需要不断调试及进化。不过PLC控制系统比工业计算机存在更高的适用性与可靠性。

4 结 语

随着矿产工业的不断发展, 煤炭设备被广泛运用于矿产工业之中, 而矿井主扇风机属于重要的一种煤炭设备, 它的主要工作包括消除矿井下的危险气体、粉尘污染等, 为井下环境创造出安全条件, 因此矿井主扇风机的运作情况决定着井下全体人员与矿井工作的生命安全。综上所述, 把握好矿井主扇风口的监控系统既能够进行智能、自动化运行, 又可以提高矿井管理系统的安全性与高效性。

摘要：笔者以矿井主扇风机为出发点, 针对其具备的优势制定出能够自动监控的策略, 把高能传感器一并设置于监控系统中, 并结合工控PLC设计要求, 对主扇风机产生的状况进行监控, 同时对处于中央控制室的工作人员发出信号以实现远程监控工作, 通过实际运用于自动监控系统之中, 完成自动监测的目的。

关键词：矿井,主扇风机,自动监控,PLC设计

参考文献

[1]王利华, 王小松, 魏广金.矿井主通风机自动监控系统的设计[J].工矿自动化, 2010, 12 (20) :95-98.

[2]刘义磊.无线通讯矿用主通风机在线监测系统的设计研究[J].科技资讯, 2011, 15 (3) :4-5.

PLC自动监控装置 第7篇

随着盆栽作物技术的发展, 盆栽作物的种植收入逐渐成为国民收入的一部分。在荷兰, 花卉收入占到全民总收入的70% 。随着生产的规模化和设施的现代化, 国际温室栽培已具有很先进的技术。我国盆栽作物也有很悠久的历史, 但没有大规模、现代化和流水线式的生产, 只以自产自用为目的。

本装置是以西门子S7 -200 可编程程序控制器 ( PLC) 为核心, 通过称重传感器实时测量数据, 通过PLC控制数据采集模块采集数据信息, 存储在PLC内部存储空间中和上位机数据库; 然后, 通过串口RS585 将数据传送到上位机, 在上位机中用C#编程语言编写数据处理程序, 控制电磁阀1 和电磁阀2, 从而达到实时浇灌的目的。

1 系统总体设计

本装置主要由S7 -200PLC控制器、称重传感器、A / D转换模块和上位机构成。称重传感器是将质量信号转换为可测量的电信号的输出转置。将称重传感器固定在气缸上, 盆栽作物固定在三角托盘上, 当盆栽作物需要灌溉时, 打开进气阀, 气缸顶起称重传感器, 称重传感器托起盆栽作物, 称重传感器输出4 ~20m A的模拟信号; 信号经可编程逻辑控制器处理转化后, 通过串口电路传送到上位机界面, 上位机便实时检测盆栽作物的灌溉量。该系统的控制部分采用西门子S7 -200 CPU 224xp CN可编程逻辑控制器。控制器与上位机通信采用Modbus协议, 可以根据上位机实时检测的量与上位机界面设定的灌溉值进行比较, 比较后对控制器发送命令, 从而控制电磁阀的打开与闭合。系统总体框图如图1 所示。

2 硬件电路设计

2. 1 传感器模块

本系统采用的是电阻应变式压力传感器, 电源输入为12VDC, 满量程为5kg。电阻应变式压力传感器的工作原理: 当外界给传感器施加外力时, 粘贴在梁上的应变电阻阻值发生变化, 电桥失去平衡, 从输出端输出一个与外力成正比的电压信号; 随着电路输出电压的变化, 可以测量出物体的质量。传感器硬件电路如图2 所示。

2. 2 数据处理模块

西门子S7-200 CPU 224 xp CN自带两路模拟量单端输入端口, 电压范围±10V, 模拟量输入接线端子是M、A+、B+, 如图3 所示。由于称重传感器输出标准工业电流信号4 ~ 20m A, 连接到PLC的正负极, 而PLC控制器只允许输入电压信号, 需要在输入端串联0. 5kΩ 的电阻把4 ~ 20m A的电流信号转化为0 ~ 10V的电压信号。传感器信号进入PLC后, 通过编写梯形图程序, 处理传感器数据。为了提高模拟数据量的输入的稳定性和精度, 求多次采样的平均值作为AIW0的输入。

2. 3 条码扫描模块

条形码 ( barcode) 是将宽度不等的多个黑条和空白按照一定的编码规则排列, 来表达某些信息的图形标识符。现在常用的条码扫描器有光笔、CCD、激光和影像型红光。比较以上几种优缺点后, 采用CCD阅读器, 其具有相对价格便宜、扫描范围广泛、质量轻和容易使用等优点。制作条形码比较常用的软件有Label mx、Core IDRAW和Illustrator等软件。在此, 使用的是Label mx软件, 它具有条码生成、画图设计和数据打印等功能。首先, 在每盆作物的表面都贴有条形码, 条形码信息主要包含了盆栽作物的产地、每个阶段的施肥量和生长所需要的营养元素等信息; 当扫描枪扫描到条形码时, 盆栽作物的条码信息就通过RS485 实时传送到上位机。

3 系统软件设计

3. 1 上位机软件设计

在本系统设计中采用了Visual Studio C#2008 软件环境开发与调试, 通过C#语言编程的方式, 实现了整个系统的数据采集、处理和显示功能。C#是面向对象的、运行于. NET开发平台的应用程序。用C#编写了用户操作界面, 界面主要包括串口配置界面、控制界面、数据访问界面和显示界面。界面实现了参数配置、串口通信、数据存储和实时显示等功能, 程序流程如图4 所示。

首先, 在系统开始时进行初始化操作, 主要完成串口波特率、数据位、端口名、奇偶校验位的初始化和一些初始值的设定、电磁阀的复位以及读条形码器的初始化。开始灌溉时, 打开气缸顶起称重传感器至托盘处升起盆栽植物, 在上位机界面实时显示盆栽作物的质量、灌溉量以及条形码信息。管理人员可以通过设置灌溉量来控制电磁阀的开与闭, 电磁阀1 先开始灌溉, 灌溉至电磁阀1 的设定值时停止灌溉; 然后, 电磁阀2 开始灌溉, 灌溉至设定值停止, 从而完成对盆栽作物的灌溉。上位机会实时把灌溉量和条码信息存入Access数据库中。

3. 2 Modbus协议

S7 -200 CPU 224 xp CN PLC支持Modbus通信协议和自由通信协议。由于Modbus协议具有标准、开放、支持多种电气接口和帧格式简单等特点, 所以本系统采用Modbus协议。Modbus是OSI模型第7 层上的应用层报文传输协议, 在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信, 是一个请求/应答协议, 并且提供功能码规定的服务。Modbus功能码是Modbus请求/应答PDU的元素。

Modbus协议在一根通讯线上使用主从应答式连接 ( 半双工) , 意味着在一根单独的通讯线上信号沿着相反的两个方向传输。首先, 主计算机的信号寻址到一台唯一的终端设备 ( 从机) ; 然后, 终端设备发出的应答信号以相反的方向传输给主机。在PLC与用户操作界面通信时, 首先要初始化Modbus从站协议, 把Modbus从站协议通讯指定端口为0; 这样主从设备通讯时都需要完成初始化扫描, 每个控制器上都要设定设备的地址, 上位机界面就可以根据该地址发送消息或者产生外部中断。

4 试验结果与分析

本试验是在国家农业小汤山示范基地完成的, 对温室内盆栽作物进行灌溉。灌溉时, 可以在用户界面设定要灌溉的值、电磁阀1 开启多少时间、电磁阀2开启多少时间。此试验数据是在电磁阀1 开启0. 5s、电磁阀2 开启1s、两个电磁阀开启时间间隔为3s情况下进行的。电磁阀1 的流量小于电磁阀2 的流量。实际灌溉量由量杯测量得到, 灌溉量在用户界面设定。试验结果如表1 所示。

由表1 可知, 在10 ~ 140m L灌溉量范围内, 实际灌溉量与设定灌溉量的平均相对误差为0. 77% 。其中, 相对误差绝对值最小为0. 2% , 最大为10% 。对于表1 中出现的相对误差绝对值10% , 是由于电磁阀2 在灌溉过程中传感器读取数据的滞后性造成的, 可通过减小电磁阀2 的闭合时间和增大实时显示界面读取传感器时间来减小相对误差。

5 结语

1) 采用可编程逻辑控制器为核心, 设计了盆栽作物灌溉的操作界面, 完成了PLC与上位机的实时通信功能。

2) 在灌溉过程中, 采用两个不同流量的电磁阀轮换灌溉的方法, 极大地提高了灌溉的精确度。

参考文献

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[2]陆静霞.喷头综合性能试验台控制器的研究与实现[D].南京:南京农业大学, 2006.

[3]内格尔.C#高级编程 (7版) [M].李铭 (译) .北京:清华大学出版社, 2011.

[4]赵茂程, 郑加强.树形识别与精准对靶施药的模拟研究[J].农业工程学报, 2003 (6) :11-15.