摘 要: 介紹了TSX 37-10 型號(hào)PLC在煤礦定重載荷生產(chǎn)中的應(yīng)用以及硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。論述了美國(guó)Wonderware公司的工控組態(tài)軟件InTouch的特點(diǎn)，并以該系統(tǒng)為例講述了InTouch在煤礦生產(chǎn)監(jiān)控中的應(yīng)用。該系統(tǒng)可以自動(dòng)控制外圍設(shè)備運(yùn)行，并且可以實(shí)時(shí)顯示提升的煤的重量和累計(jì)提升重量和次數(shù)等，還具有聲光報(bào)警等功能。實(shí)際的應(yīng)用表明，該系統(tǒng)安全可靠，穩(wěn)定性好。
關(guān)鍵字: PLC/控制/InTouch/組態(tài)
1 引言
在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中,隨著現(xiàn)代化管理水平的不斷提高，plc和組態(tài)軟件的有效結(jié)合在煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1]。
組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的軟件平臺(tái)工具,具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目,使用方式靈活,功能強(qiáng)大。本系統(tǒng)組態(tài)軟件采用intouch。該組態(tài)軟件是美國(guó)wonderware公司factorysuite套裝軟件的一個(gè)主要組成部分，它為以工廠和操作人員為中心的制造信息系統(tǒng)提供了可視化工具，為制造信息系統(tǒng)集成了操作人員所需的各種信息，在食品加工、半導(dǎo)體、石油和天然氣、汽車(chē)、化工、醫(yī)藥、紙漿和造紙、運(yùn)輸及公共設(shè)施等行業(yè)都有著廣泛應(yīng)用[2]。
2 系統(tǒng)的基本組成和原理
本系統(tǒng)選用schneider自動(dòng)化公司的modicon tsx micro系列的tsx 37-10 型plc。i/o模塊分別選用tsx dmz 28dt；tsx aez 802；tsx dsz 08r5[3]。中間繼電器選用歐姆龍24v直流繼電器。上位機(jī)選用研華工控機(jī)。
基本原理框圖如圖1所示。
圖1 基本原理框圖 2.1 重力傳感器 重力傳感器放在主井的定量斗底部，承受定量斗的重量，工作原理為：將液體密封在重力傳感器內(nèi)，當(dāng)定量斗裝煤過(guò)程中重量增加時(shí)，液體壓力也隨之升高，壓力傳感器隨液體壓力的變化輸出4-20ma的電流信號(hào)，經(jīng)屏蔽電纜傳送給plc的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊aez802，由plc處理數(shù)據(jù)并顯示。 壓力變送器與aez802輸入端的連接如圖2所示。
圖2 壓力變送器與aez802的連接 2.2 顯示面板 顯示面板由發(fā)光二極管，數(shù)碼管等組成。用74ls373驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示空倉(cāng)和外圍設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，4511驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示當(dāng)前重量和累計(jì)提升次數(shù)等。 電路板上有地址線和數(shù)據(jù)線，連接到plc的28dt模塊的晶體管輸出點(diǎn)。部分電路原理圖如圖3所示，實(shí)際效果圖如圖4所示。
圖3 部分電路原理圖
圖4 實(shí)際顯示效果圖 [NextPage] 2.3 臺(tái)式隔爆箱 隔爆箱可任意安放在便于觀察的位置，控制信號(hào)和外部信號(hào)（壓力傳感器的電流信號(hào)，箕斗到位信號(hào)等）通過(guò)防爆箱腔內(nèi)七芯接線柱與plc的i/o端子連接，顯示部分用整體防爆玻璃制做。 3 通訊部分 3.1 計(jì)算機(jī)對(duì)plc編程的通訊 系統(tǒng)編程軟件采用pl7 micro軟件，它提供了符合iec1131-3標(biāo)準(zhǔn)的指令表、梯形圖和grafcet（順序功能圖）編程語(yǔ)言[4]。編程電纜選用usb接口的施耐德plc編程電纜tsxpcx3030，它帶有主站 / 從站選擇開(kāi)關(guān)，可連接plc 的ter和aux 通信口，最大通信距離可達(dá)2公里[3]。 3.2 上位機(jī)監(jiān)控部分和plc之間的通訊 上位機(jī)和plc通訊模塊選用sc-485來(lái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的rs232接口到plc的rs485接口通訊規(guī)程之間的轉(zhuǎn)換，以半雙工方式工作,最高傳輸速率為115.2kbps。plc通訊口加隔離保護(hù)模塊bh485g來(lái)提高rs485網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抗干擾能力、可靠性和安全性能，解決通訊口易損壞的問(wèn)題。需要注意的是，因?yàn)閜lc做從機(jī)，所以ter通訊口的5，7兩信號(hào)線要短接。485連接圖如圖5所示。
圖5 485連接圖 3.3 組態(tài)軟件intouch與外界設(shè)備之間的通訊
圖6 intouch與i/o設(shè)備通訊框架示意圖 通過(guò)一個(gè)通訊接口——i/o服務(wù)器（i/o server）來(lái)實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件intouch與外界設(shè)備之間的通訊。i/o服務(wù)器可以理解為能和外界設(shè)備通訊的程序，intouch只要能和i/o服務(wù)器通訊，就可以達(dá)到和外界設(shè)備通訊的目的，如圖6所示。這樣做的好處是避開(kāi)了硬件協(xié)議等繁瑣的細(xì)節(jié)，讓使用intouch進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的人員可以把精力放在控制和數(shù)據(jù)處理上，有效地提高工作效率。目前wonderware公司已經(jīng)與多家第三方著名開(kāi)發(fā)公司合作，提供了各種i/o服務(wù)器，支持目前主流的通信協(xié)議。而二者的通訊是兩個(gè)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換，intouch使用dde、fastdde、netdde以及 wonderware suitelink協(xié)議完成。在本系統(tǒng)中，使用的是modbus網(wǎng)絡(luò)，所以需要安裝modicon設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序mbe（modicon modbus ethernet），進(jìn)行簡(jiǎn)單的topics配置后（打開(kāi)wonderware factorysuite->io servers->modicon modbus ethernet進(jìn)行配置），然后在intouch中，增加標(biāo)記名，設(shè)置i/o數(shù)據(jù)類(lèi)型，并設(shè)置訪問(wèn)名、節(jié)點(diǎn)名、應(yīng)用程序名、主題名和項(xiàng)目名，就可以實(shí)現(xiàn)和modbus網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備通訊了 [1]。 4 軟件設(shè)計(jì) 4.1 plc程序 用指令表編寫(xiě)程序， 如圖7所示。
圖7 指令表程序示范圖 整個(gè)程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，各部分子模塊分工明確，具有代碼效率高，維護(hù)方便等特點(diǎn)。主程序模塊包括：重量計(jì)算，參數(shù)設(shè)置選擇，外圍設(shè)備控制，工作方式選擇和故障檢測(cè)。子程序模塊包括：手動(dòng)方式，自動(dòng)方式，故障顯示，重量顯示和參數(shù)設(shè)置。 為了減少隨機(jī)干擾對(duì)采集數(shù)據(jù)的影響，軟件上采用了數(shù)字濾波[4]。 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如下功能： （1）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式。 自動(dòng)方式下（為了防止超載的情況，在自動(dòng)方式下設(shè)有防二次裝煤功能，即箕斗到位后只允許裝煤一次，提升以后才允許再次向箕斗裝煤。）定量斗空倉(cāng)以后閘門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，并且給煤機(jī)自動(dòng)給煤。滿倉(cāng)后自動(dòng)停止給煤機(jī)。待提升箕斗到位后并且允許裝煤的情況下自動(dòng)打開(kāi)閘門(mén)卸煤，卸完成后自動(dòng)打點(diǎn)并且自動(dòng)關(guān)閉閘門(mén)。按照以上閉鎖關(guān)系依次重復(fù)以上過(guò)程。當(dāng)超載時(shí)，聲光報(bào)警并強(qiáng)制退出自動(dòng)工作方式。自動(dòng)方式子程序簡(jiǎn)要流程圖如圖8所示。 手動(dòng)方式下，各設(shè)備不受閉鎖關(guān)系的限制，可以任意啟動(dòng)和停止。 （2）顯示功能。包括plc模塊故障狀態(tài)和壓力變送器故障狀態(tài)顯示等。還有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行指示燈，如給煤機(jī)運(yùn)行指示，閘門(mén)開(kāi)閉指示，箕斗到位指示等。同時(shí)可顯示定量斗滿倉(cāng)，空倉(cāng)，超載的狀態(tài)，并且在超載的情況下聲光報(bào)警。實(shí)時(shí)顯示每次的提升重量并累計(jì)提升次數(shù)和煤的總重量。每一班次換班時(shí)可以將數(shù)據(jù)清零以便記錄每班的產(chǎn)量向調(diào)度室匯報(bào)。
圖8 自動(dòng)方式簡(jiǎn)要流程圖 （3）設(shè)置參數(shù)。現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)設(shè)置按扭設(shè)置所需要的定重，空倉(cāng)，超載以及傳感器量程等參數(shù)值，為保障參數(shù)的安全性還可以設(shè)置操作密碼。 4.2 組態(tài)軟件 intouch通過(guò)一個(gè)三部分命名約定來(lái)標(biāo)志在服務(wù)器程序中的數(shù)據(jù)元素，這包括應(yīng)用程序名，主題名和項(xiàng)目名。為了從另一個(gè)應(yīng)用程序中獲得數(shù)據(jù)，客戶(hù)機(jī)程序（intouch）通過(guò)制定這三項(xiàng)打開(kāi)到服務(wù)器程序的一個(gè)通道。在intouch中，上位機(jī)的數(shù)據(jù)主要分為內(nèi)存型和i/o型。其中內(nèi)存型數(shù)據(jù)為intouch程序內(nèi)部定義的變量，可直接訪問(wèn)；i/o型數(shù)據(jù)的來(lái)源一般為其它計(jì)算機(jī)結(jié)點(diǎn)或本機(jī)運(yùn)行的其它程序，這類(lèi)數(shù)據(jù)由intouch通過(guò)netdde或dde方式獲得[1]。每一個(gè)i/o型變量必須與一個(gè)訪問(wèn)名相聯(lián)系，訪問(wèn)名相當(dāng)于一個(gè)i/o地址，包含了與其他i/o數(shù)據(jù)源通訊的信息，這些信息包括結(jié)點(diǎn)名，應(yīng)用程序名和主題名。監(jiān)控畫(huà)面如圖9所示。
圖9 監(jiān)控畫(huà)面 組態(tài)程序主要實(shí)現(xiàn)如下功能： （1）顯示井下隔爆箱顯示面板的顯示內(nèi)容和當(dāng)前時(shí)間。 （2）指示上位機(jī)和plc的通訊是否正常，plc主機(jī)和各個(gè)i/o模塊是否正常。 （3）允許設(shè)置井下現(xiàn)場(chǎng)控制參數(shù)，為了保證安全性，需要輸入密碼。自動(dòng)統(tǒng)計(jì)年產(chǎn)量，月產(chǎn)量，每班次的產(chǎn)量，提供準(zhǔn)確的產(chǎn)量報(bào)告。 5 結(jié)束語(yǔ) 本系統(tǒng)已于2006年2月在沈陽(yáng)煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司林盛煤礦投入使用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，減少了維護(hù)成本，滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求。此外具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）采用重力傳感器測(cè)重，信號(hào)強(qiáng)度大、線性度好、易于后續(xù)處理，可承受較大的側(cè)向負(fù)荷而有效減小測(cè)量誤差。 （2）用plc控制，可靠性好、工作穩(wěn)定、測(cè)重精度高，性?xún)r(jià)比高，提高了煤礦的生產(chǎn)安全性和經(jīng)濟(jì)效益。 （3）采用先進(jìn)的intouch組態(tài)軟件,具有友好的人機(jī)界面，直觀且便于操作和監(jiān)控。 （4）自動(dòng)化程度高。設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式，既提高了工作效率也使設(shè)備維護(hù)更加方便。
