PLC在纺织厂温湿度监控中的应用

PLC在纺织厂温湿度监控中的应用（共5篇）

篇1：PLC在纺织厂温湿度监控中的应用

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讨论了可编程序控制器在纺织厂温湿度监控中的应用方法，主要阐述了系统的配置、系统梯形图的编制及模拟量的处理等问题。

纺织厂的温湿度有严格要求，利用PLC构成的温湿度监控系统可实时监测与控制纺织厂内的温湿度变化，通过自动控制库内的空调机、除湿机的开启与关闭状态，以保证纺织厂内温湿度符合要求。温湿度监控包括：一旦上下限设定，在夏天，空调机将在纺织厂内温度高于上限时制冷，并在纺织厂内温度降至下限时关闭。冬天将在低于下限时处于制热状态开启空调机，而当温度升高至上限时关闭。本文主要考虑夏天的情况。同样，当湿度高于上限时去湿机开始工作，直到湿度接近下限时关闭除湿机，这样可自动控制纺织厂的温湿度状态。2 系统设计 2.1 系统原理及结构

系统使用的是一个具有5个I/O插槽的模块式PLC，如图1示。模拟IN1模块与温度传感器相接，模拟IN2模块与湿度传感器相接，24V输入（IN）模块与开关相接，24V输出（OUT1与OUT2）模块分别通过中间继电器与空调与除湿器相连。

2.2 机型选择与配置

每一个厂房有1个温度传感器、1个湿度传感器，1台空调和1只除湿器需要受控制，纺织厂内共4个厂房。总的输入点为开关量2点，模拟量8点，输出点为开关量11点。选用SZ－4型五槽框架的PLC，I/O模块为2块模拟量输入模块，1块24V输入模块，2块24V输出模块。

2.3 定义号分配

定义号是每个输入输出点在程序中的标记，一般PLC会自动根据安装槽号分配定义号，但有时模块安装位置变动时就要根据实际情况用编程器进行定义，SZ-4系列PLC中输入点用I表示，输出用Q表示。

定义号分输入信号和输出信号，输入信号定义，如表1示。表1 输入信号分配表 编号符号输 入 信 号 1 I0自动控制启动开关 2 I1手动启动开关 3 1号厂房温度信号 4 1号厂房湿度信号 5 2号厂房温度信号 6 2号厂房湿度信号 7 3号厂房温度信号 8 3号厂房湿度信号 9 4号厂房温度信号 10 4号厂房湿度信号 输出信号定义，如表2示。表2 输出信号分配表 编号符号输 出 信 号 Q1自动控制启动开关指示灯 2 Q2手动启动开关指示灯 3 Q31号厂房房空调 4 Q41号厂房房除湿器 5 Q52号厂房房空调 6 Q62号厂房房除湿器 7 Q73号厂房房空调 8 Q83号厂房房除湿器 9 Q94号厂房房空调 10 Q104厂房库房除湿器 11 Q11温度异常报警输出 3 软 件

梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理图相呼应。助记符语言，也称为命令语句表达式，它与汇编语言非常近似，每个控制功能由一个或多个语句组成的用户程序来执行，每条语句是规定CPU如何动作的指令，它的作用和微机的指令一样，而且PLC的语句也是由操作码和操作数组成的。

PLC是以扫描方式从左到右，从上到下的顺序执行用户程序，扫描过程按梯形图梯级顺序执行，上一个梯级的结果是下一梯级的条件。一个工程问题可分解成多个相对独立的小问题，最后形成一个完整的系统。图2 空调及除湿器的控制的程序框图

系统主要有温湿度监测和空调与除湿器的控制二大块功能。温湿度的监测每隔一定时间要进行数据记录，存储到数据寄存器区，在数据寄存器区需要设置一个数据指针，指向当前存储的地址，每存一次，指针向下移动一次，直至数据寄存器区未尾，再初始化，从头开始，每测一次，计时器要记录下次的测试时间，当到达24点时复位为0点。由于存储几个月的温湿度数据，若想长期保存，可把数据送至其他设备如微机长期保存。数据监测部分的程序框图，4 模拟量的处理

系统采用的是0～5V的模拟量输入模块，输入阻抗为20MΩ，占用16个输入点，共有4个通道，因此8个信号需要2块模拟量输入模块，该模拟量输入模块的采样精度及速度均较高，对应于模拟量输入模块的安装位置，有特定的模拟量数据设定寄存器，可在该寄存器中设定使用通道数，数据存放开始寄存器号。设定寄存器号，如表3示。表 3 模块安装槽号1234 使用通道数设定R7660R7661R7662R7663 存放数据开始寄存器设定R7660R7661R7662R7663 4.1 使用通道数设定

在设定使用通道数和数据存放形式：

高位为0：BCD形式存放，高位为1：BIN形式存放。例如0400代表4通道数据，以BCD形式存放。

4.2 数据存放开始寄存器设定

用BIN数据设定数据存放开始寄存器号，可设定为R0～R177、R1000～R1177、R2000～R3773。例如0400代表数据存放开始寄存器为R2000。

模拟模块被安装在0号和1号槽。5 结 论

使用可编程序控制器（PLC）控制厂房温湿度，具有可靠性高，运行稳定，抗干扰性能强等特点，对于模拟量的处理较方便，但是各输入输出信号之间应有较好的隔离方法，如模拟输入模块信号可用光电隔离，输出信号通过中间继电器隔离，再控制强电设备，这样可防止各输入输出信号之间的相互干扰，同时也可防止对前端设备的信号干扰，上述方法成功地解决了纺织厂温湿度的自动监测与控制问题，在其他自动监控系统中也可以应用。

篇2：PLC在纺织厂温湿度监控中的应用

现在将PLC变频调速节水节能技术应用在供水控制系统中, 将会大大提高效率, 这样既稳定了管网压力, 也提高了输水质量, 便于自动化管理, 但其价格较昂贵, 本文将介绍以CX-D系列PLC变频恒压供水自动控制装置, 它具有节水节能效果, 还能根据需要设置水位, 从而提高自动化程度, 将变频调速技术、可编程序控制技术、PLC控制技术、压力传感技术等技术结合运用, 可以适应多种输水方式和城乡居民供水系统。

1 变频调速的基本原理和优点

1.1 变频调速的基本原理

交流异步电动机的转子转速n可以用下式表示:

式中:f为定子供电电源的频率;p为电动机的极对数;s为异步电动机的转差率。由上式可见, 当平滑地改变异步电动机的供电频率f时, 即可改变电动机转子的转速n。

根据水泵的相似原理

式中的Q、H、P、n分别为水泵的流量、扬程、轴功率和转速。

由式 (2) 、式 (3) 、式 (4) 可知, 基于转速控制比基于流量控制可以大幅度降低轴功率。

1.2 PLC变频调速的优点

交流电机的调速方法一般有三种:变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中, 变频调速应用最广泛的。在直流调速系统中, 由于直流电动机具有局限性, 所以使用之前需要对其进行检查, 工作环境也受到相应的限制。例如:不能在有易燃气体及湿度大的场合使用。此外, 也限制了电机向高转速、大规模方向发展。

而交流电机就不存在以上问题, 其特点主要有: (1) 直流电机单机容量为12MW～14MW, 而交流电机单机容量远远高于它。 (2) 直流电机需要换向限制, 其电压最高只能做到一千多伏, 而交流电机可达到6kV～10kV。 (3) 直流电机受机械强度的约束, 其额定转速随电机额定功率而减小, 而交流电机的达到3000r/min。 (4) 直流电机的性价比没有同等容量的交流电机大。 (5) PLC交流变频调速系统在节能方面有着很大的优势。一方面, 交流带动的载荷在总电量中比重小, 这类载荷易实现节能;另一方面, 交流拖动本身存在节电潜力。在PLC交流变频调速系统, 选用交流电机时往往留有一定余量, 电机往往不是在最大负荷下运行;如果利用PLC变频调速技术, 可通过对电机转速进行变频控制, 从而达到节电目的。

20世纪90年代后, 大规模集成电路和计算机控制技术的发展, 以及现代控制理论的飞速发展, 使得交流控制技术逐步具备了宽的调速范围、高稳定性、高控制精度、快速动态响应等方向发展, 在变频调速性能方面可以与直流拖动技术相媲美。在PLC交流变频调速技术中, PLC变频调速具有绝对优势, 它的调速性能与可靠性不断完善, 技术不断成熟, 在工业自动化中也应用越来越广泛。

交流变频调速的优点有: (1) 稳定性好, 变频效率高。 (2) 调速范围较大, 精度高。 (3) 软起动所需要的电流低, 对电网冲击小。 (4) PLC和变频器体积小, 便于安装调试。 (5) 可实现自动化。 (6) 随着PLC变频技术的发展, 其性价比也越来越高。

2 CX-D系列变频恒压供水自动控制装置

2.1 基本构成

整个变频控制系统是由CX-B系列变频恒压供水自动控制装置与水泵电机组合而成。该装置由变频器、控制开关、可编程控制器 (PLC) 、水位控制器、智能压力表、水位传感器及相关电气元部件组成, 是一种具有PLC变频调速和全自动智能控制功能的设备, 它可实现同时对多台水泵进行自动控制。

2.2 工作原理

CX-D系列变频恒压供水自动控制装置在以变频方式工作时, 水的泵电机以软启动方式启动后, 由智能压力表检测管道实际压力, 其与设定压力比较后形成的偏差信号调整变频器输出的电源频率, 从而改变水泵转速, 直至管道压力与设定压力相近, 这个闭环控制系统通过不断检测、不断调整的反复过程实现管网压力恒定, 从而实现自动调节水量, 达到节能节水目的。

PLC的主要控制作用: (1) 可控制多台水泵, 实现周期变频循环软启动; (2) 控制水泵的智能启动。当第一台水泵电机通过变频达到额定流量下运行时, 而管到压力仍未达到设定值, 第二台水泵电机将智能启动, 并以工频方式运行, 若管网压力仍未达到设定值时, 第三台水泵电机将智能启动, 依次循环, 直至达到恒压的目的。

水位智能控制器设有上和下2个水位控制器, 当水池水位达到上限时, 控制器将输出停止信号, 将使补水泵停机。当水池水位达到下限时, 控制器输出补水泵启动信号, 使补水泵向池内补水, 待水位上升后, 控制器使取水泵自动启动, 恢复取水。

2.3 控制功能

CX-D系列变频恒压供水自动控制装置具有以下控制功能: (1) 设有工频/变频切换电路, 当切换至变频位置时, 系统可根据管道压力变化, 自动通过PLC调节变频泵的转速和自动启动、停止所使用的水泵, 以维持水网管道压力恒定, 当变频控制电路出现故障时, 可切换至工频位置, 使水泵在工频状态下运行, 保证正常使用供水; (2) 当用PLC控制水泵达到全循环软启动时, 会周期性地智能变换使用, 以达到保护水泵的目的; (3) 当蓄水池达到水位下限缺水时将使水泵自动停机保护, 而补水泵将会自动开机启动补水, 待蓄满水后补水泵自动停机, 蓄水池水位有数字显示功能; (4) 有故障显示及报警功能, 具有断路、短路、过热、过载、欠压、漏电保护、断电保护等常用的电气保护功能。

3 结语

现在将PLC交流变频调速节水节能技术应用在城乡供水系统中, 将会大大提高节水率和节能率, 既稳定了管网压力, 提高了灌溉质量, 又节水节能, 便于自动化管理, 由于交流变频调速的诸多优点会使其在供水系统中应用越来越广泛, 从而会继续提高交流变频调速技术和节水节能技术, 从而提高国家的综合竞争力和国力。

参考文献

[1]王树.变频调速系统设计与应用[M].北京:机械工业出版社, 2005.

[2]李德华.交流调速控制系统[M].北京:电力工业出版社, 2003.

篇3：PLC在纺织厂温湿度监控中的应用

1.1 可靠性高, 抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术, 采用严格的生产工艺制造, 内部电路采取了先进的抗干扰技术, 具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统, 和同等规模的继电接触器系统相比, 电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一, 故障也就大大降低。在应用软件中, 应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序, 使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样, 整个系统将极高的可靠性。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术, 采用严格的生产工艺制造, 内部电路采取了先进的抗干扰技术, 具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统, 和同等规模的继电接触器系统相比, 电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一, 故障也就大大降低。

1.2 配套齐全, 功能完善, 适用性强

PLC发展到今天, 已经形成了各种规模的系列化产品, 可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外, PLC大多具有完善的数据运算能力, 可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现, 使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展, 使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

1.3 系统的设计工作量小, 维护方便, 容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑, 大大减少了控制设备外部的接线, 使控制系统设计及建造的周期大为缩短, 同时日常维护也变得容易起来, 更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的矿产资源的生产场合。

2 PLC在矿山生产设备监控应用中需注意的问题

2.1 工作环境

1) 温度:PLC要求环境温度在O-55℃, 安装时不能放在发热量大的元件下面, 四周通风散热的空间应足够大。2) 湿度:空气的相对湿度应小于85% (无凝露) 。3) 震动:应使PLC远离强烈的震动源, 防止振动频率为10一55Hz的频繁或连续振动。4) 空气:避免有腐蚀和易燃的气体, 例如氯化氢、硫化氢等。5) 电源:PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。

2.2 安装与布线

l) 动力线、控制线以及PLC的电源线和UO线应分别配线, 隔离变压器与PLC和1/0之间应采用双胶线连接。将PLC的1/0线和大功率线分开走线, 如必须在同一线槽内, 分开捆扎交流线、直流线, 若条件允许, 分槽走线最好, 这不仅能使其有尽可能大的空间距离, 并能将干扰降到最低限度。2) PLC应远离强干扰源, 如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备, 不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线 (二者之间距应大于200~) 。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载, 应并联RC消弧电路。3) PLC的输入与输出最好分开走线, 开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线, 屏蔽层应一端或两端接地, 接地电阻应小于屏蔽层电阻的l/10。4) 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆, 输出线应尽量远离高压线和动力线, 避免并行。

2.3 正确选择接地点, 完善接地系统

良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件, 可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个, 其一为了安全, 其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均, 不同接地点间存在地电位差, 引起地环路电流, 影响系统正常工作。此外, 屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路, 在变化磁场的作用下, 屏蔽层内又会出现感应电流, 通过屏蔽层与芯线之间的祸合, 干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱, 所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布, 影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低, 逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮, 造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降, 引起对信号测控的严重失真和误动作。1) 安全地或电源接地将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电, 可从安全接地导入地下, 不会对人造成伤害。2) 系统接地PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地, 叫系统接地。接地电阻值不得大于4贝, 一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起, 作为控制系统地。3) 信号与屏蔽接地:一般要求信号线必须要有唯一的参考地, 屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合, 也要在就地或者控制室唯一接地, 防止形成“地环路”。信号源接地时, 屏蔽层应在信号侧接地;不接地时, 应在PLC侧接地;信号线中间有接头时, 屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理, 一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时, 各屏蔽层应相互连接好, 并经绝缘处理, 选择适当的接地处单点接点。

参考文献

[1]刘基诚, 李愈胜, 刘卫卫, 译.C#编程基础.电子工业出版社, 2007.

篇4：PLC在纺织厂温湿度监控中的应用

变电站综合自动化监控系统,是将线路、电动机、电容器等微机保护测控装置结合起来而组成的集保护、测量、控制、通信于一体的新型变电所监控系统。该系统分为三层:变电站层、通信层、间隔层。近几年来,变电站的各种微机监控装置得到了广泛应用。如微机保护装置、微机多功能电能表、微机直流监控装置、微机单相接地选线装置、微机故障滤波装置,这些装置提供了大量的电网的运行和控制信息。如何全面迅速地收集处理这些种类繁多、数量庞大、实时性和准确性要求较高的信息并进行有效的管理和控制,真正做到无人值班变电站。因此,变电所微机监控系统是今后一段相当长时期的发展方向。目前我国众多大中型企业都面临技术改造问题,随着监控的覆盖面的扩大,监控系统的任务也日益繁重,系统技术改造是一项重要的技改工作。

2 系统结构及工作原理

系统由主站设备(PC机)和远端设备PLC监控单元两部分构成,采用主从式485通信网络。远端设备安装在变电所内(每路一台),主要完成对模拟量的采集和检测,将运行状态和数据发送给主站,并能接收主站发送来的命令进行设置参数或控制。主站设备是一台装有监控软件的PC机,通过串口和远端设备相连。主站软件可以管理整个系统的所有远端设备,当远端送来的被控对象出现异常信息时,主站会提示报警,并将数据存入数据库中,并能提供历史数据查询及数据曲线的绘制等。上位机与下位机的通信采用主从式RS-485接口通信网络。系统结构框图如图1所示。

系统为实时多任务的开放系统,主要通过采集供电系统中每一路进线开关的电流、电压及相位差等,对供电系统中每一路进线开关在运行期间的电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、频率、温度等数据进行检测,监视6KV进线、变压器、电压互感器、电流互感器等,对各路供电进行过载保护、短路保护、过电压保护、欠电压保护、过电流保护、零序电流保护等,在事故掉闸时可以发出报警信号。对过载、短路、过压、欠压、过电流、零序电流等参数进行记录并制表打印,以便当可能的事故发生时能在事前进行故障预报,及时发现并排除故障隐患。系统还可对开关合闸及继电器保护环节的开关状态进行巡回扫描和数据处理,使得即使事故出现后亦能进行事故追忆,事故顺序记录能重现事故发生时的开关状态和运行参数等。

3 系统控制设计

3.1 硬件设计

在监控系统中,变送器主要进行适时数据采集,采集各路供电线路的电压、电流、功率和功率因数的模拟量,并将其转变成标准的电压或电流信号。送往A/D转换模块,A/D转换模块将标准的电压或电流信号转换为数字信号PLC的变量寄存器。在由上位机将采集到的数字信号进行处理,由上位机显示并生成报表。

监控系统是微机与PLC组成的分布式串行通信测控系统。系统以主机为核心,通过串行接口与分站相连,整个系统由主机调度和管理。主机采用具备良好人机界面和输出设备的PC机,下位机通过变送器面向监测对象进行适时数据采集。在通信上采用集多种优点的RS-485通信接口。PLC分站采用西门子S7-200系列,采集各路的各种数据。通过微机的RS-232串行接口和S7-200PLC的RS-485串行接口,构成RS-485通信网络,本系统的结构简单、成本低、组成灵活、易于扩展,适合在大中型工业过程自动化监测系统中使用。

3.2 软件设计

外部电流及电压输入经各种变送器转变为标准的电流及电压后,由低通滤波器输入到A/D转换模块,A/D转换模块将采集到的模拟的电流和电压信号转换为数字信号,送往上位计算机,由上位机的组态软件将变量寄存器中的数据计算后显示和生成报表。设计工作流程图如图2所示。

4 监控组态的实现

“组态王”6.0电力版软件由开发系统、运行系统、工程管理器和信息窗口等组成。开发系统用于设备的配置、画面的组合、报警配置、数据库服务器和报警服务器等网络配置等等。可以利用组态王提供的报表、曲线、配方等功能制作用户自己的报表和负荷曲线等。运行系统根据用户在开发系统中的定义和配置运行,自动采集用户现场设备信息,响应用户的操作命令并向现场设备发布控制命令,对传送上来的数据进行报警判别,并将采集到的数据送到数据库服务器中。组态软件最重要的一点是要达到界面友好、简单易用。这里针对的物理对象是变电所,需要组态的图形有一次图、潮流图等。一次图中有油开关、刀闸、电容等器件,现在需要把这些器件图形化。组态王电力版专为电力系统用户而设计,专用的电力图库控件为设计带来极大方便。图形化的手段是以工具的形式出现,和Windows中画笔程序提供的刷子、笔、颜料一样。在运行的时候,一次图中要反映出电流、电压、功率等物理量的变化和当前的数值。图3为系统主界面,图4为风井控制主界面,图5为主压风机报警界面。

5 结语

微机远程监控系统主要监视变电站运行生产过程,实现各类操作控制,完成变电站生产过程的监测与控制。系统首先要能够实时采集全站生产过程中的各种实时信息,更新数据库,为监控系统提供真实可靠的运行。能提供正常情况下的运行显示,调用所有的数据,完成各种管理提示及统计报表等工作,实现资源共享。

摘要：详细的阐述了矿井6KV变电所PLC远程监控系统设计方案,内容包括6KV变电所的主要组成设备、可编程序控制器PLC、实际控制系统的选择、具体软硬检的设计等。系统电路通过微机的RS-232串行接口和S7-200PLC的RS-485串行接口,构成RS-485通信网络,实现对变电所的某些参数如电压、电流、有功功率及功率因数等参数的实时监测、监控及保护。

关键词：PLC,监控系统,通信协议/接口

参考文献

[1]廖常初.PLC编程及应用[M].北京:北京工业出版社,2002.

[2]周美兰,周封,王岳宇.PLC电气控制与组态设计[M].北京:科技出版社2003.

[3]马国华.监控组态软件极其应用[M].北京:清华大学出版社,2001.

[4]刘介才.工厂供电修订版[M].北京:机械工业出版社,2004.8.

篇5：PLC在纺织厂温湿度监控中的应用

关键词：索道,吊厢,视频监控,PLC,条码扫描器

0引言

索道动态监控系统主要是对各条索道的吊厢进行实时监控, 利用硬件设备采集扫枪、抓拍、速度、出站等信号, 动态显示当前索道吊厢的吊厢号、吊厢的抓拍图片、吊厢距离地面的高度以及吊厢与上下站的距离、吊厢抱索器的开合次数、运载索道总的运行距离等。

本文介绍的索道动态监控系统采用西门子S7-200系列PLC (CPU226) 作为控制器, 通过与采用VC开发的上位机的有机结合, 实现了对索道运行情况的实时监控。

1系统硬件组成及结构

1.1 系统硬件组成

根据监控的具体要求, 本系统主要由西门子S7-200 PLC CPU226 (以下简称CPU226) 、条码扫描器、速度传感器、2个接近开关和1个高精度摄像头组成。

选用西门子S7-226作为控制系统核心, 是因为它除了能够满足监控系统要求外, 还具有成本低、稳定性能好、抗干扰能力强、程序编写调试方便等特点。由于工作环境恶劣, 笔者采用3800g型工业条码扫描器, 它扫描范围大, 分辨率高, 扫描速度快, 稳定性好。速度传感器型号为LM18-3005NAYT, 用来检测索道同步轮的转速。接近开关选用PRL18-5DN型, 将其作为PLC的数字量输入。高精度摄像头用来抓拍吊厢的图片。

1.2 系统结构

基于西门子PLC的索道动态监控系统结构如图1所示。

当吊厢运行时, 首先通过吊厢条码扫描器对吊厢号码进行扫描并送于CPU226的RS485通信口0;CPU226同时采集通过同步转速轮用于测速的脉冲信号;当吊厢关闭车门后, 触发抓拍接近开关, 向CPU226发送抓拍信号, 在获得抓拍信号时, 上位机从视频卡中读取当时摄像头中的视频流, 保存于数据库中, 作为该吊厢的抓拍图片。吊厢出站时触发出站接近开关, 并向CPU226发送吊厢出站信号。CPU226对采集到的各个信号进行处理后, 通过其RS485通信口1上传给PC机的COM1, 以实现上下位机的通信功能。

上位机从串口COM1接收到下位机传送的吊厢号码、抓拍信号、脉冲信号、出站信号后, 将吊厢的相关动态数据一一存入数据库, 并将其显示在PC机上。

2系统功能

西门子S7-200系列PLC是西门子公司为用户解决中小型自动化控制的主力产品, 具有运算速度快、功能齐全、性能可靠、可灵活组合等特点, 在全球的中小型自动化控制领域应用非常广泛。其中CPU226指令处理周期短, 并有浮点数学运算、加/减计数器同时运行、硬件/定时控制中断功能, 有2路RS485通信口, 内部数据和信息采用后备锂电池保存等。以下主要介绍CPU226在索道动态监控系统中的应用功能。

2.1 双向高速计数信号检测

CPU226具有多路高速计数输入检测端口, 可灵活设计实现多路单向、双向计数信号的检测。在索道动态监控系统上应用其双向高速计数功能实现了索道正转检测、索道反转检测功能。

索道运行的驱动部分为独立旋转机构, 在上站或下站有同步转速的同步轮, 采用旋转编码器检测其旋转速度和旋转方向, 通过对编码器A、B两路脉冲信号的检测, PLC的双向高速计数输入端可准确辨别索道运行的方向和计算速度脉冲信号。同步轮的半径设为R, 同步轮每圈产生4个脉冲, 在2 s内的速度脉冲信号数为N, 则吊厢运行速度为

$n|{}_{(\text{m}\cdot \text{s}{}^{-1})}=2\text{π}R\times \frac{{\rm N}}{4\times 2}(1)$

对于吊厢的正反转运行, 可由高速计数器输入端口直接反映出来, 通过脉冲信号的正负性来判断是正转还是反转。

系统采用高速计数器1 (HSC1) , 即传感器接入的端子为I0.6、I0.7;开启定时中断, 定时间隔为2 s, 用传送 (XMT) 指令不断循环向上位机传送速率。

2.2 吊厢号码的检测

吊厢号码检测功能由吊厢条码扫描器对固定在吊厢臂上的条码进行扫描识别来完成, 并传送给CPU226。该功能的实现需要将条码扫描器的RS232端口与CPU226的RS485端口连接, 并确保CPU226接收吊厢号码后存储地址的正确性。SMB30和SMB130分别配置通信端口0和1, 用作自由端口操作。本系统对CPU226的端口0设置为自由口协议模式, 波特率设为19 200 bit/s, 端口0与条码扫描器相连接;PLC的端口1采用保留的默认模式, 即PPI/从站模式, 波特率设为9 600 bit/s, 实现与PC机的通信功能。

连接吊厢条码扫描器端口与CPU226的通信口0时, 因为端口通信格式不同, 中间需要RS232/485转换器进行转换。用接收 (RCV) 指令和中断连接 (ATCH) 指令, 将中断事件 (EVNT) 与中断例行程序号码 (INT) 相连接, 并启用中断事件, 才能将扫描的吊厢号正确地传输到CPU226中, 然后再传给上位机, 以便存入数据库。

2.3 外部传感器信号的检测

CPU226输入信号检测采用光耦隔离电流信号检测, 可隔离输入信号线上因各种原因引起的非正常电气信号, 电流信号检测方式可有效防止外部强干扰对正常信号的检测。

抓拍接近开关信号的检测:在该系统中, 用I0.0作为检测触发抓拍图片信号的输入端口;开启中断0, 在I0.0上升边缘时触发中断, 经CPU226判断后执行传送 (XMT) 指令, 通过通信端口1传送抓拍信号至PC机;获得信号后上位机执行抓拍命令, 从视频卡读取此刻摄像头的视频流, 作为该吊厢出站图片保存于数据库中。

出站接近开关信号的检测:用I0.1作为出站信号的输入端口, 开启中断2, 在I0.1上升边缘时产生中断, CPU226判断吊厢出站后执行传送 (XMT) 指令, 通过通信端口1传送出站信号至PC机, 然后显示该吊厢在监控画面中的显示位置和显示方式。

3程序设计

控制程序利用西门子公司提供的STEP7 V4.0编程软件完成。利用该软件进行编程十分方便, 可以将编写完成的程序利用编程电缆从笔记本电脑下载到控制器中, 还可以进行在线监测程序的运行情况, 对程序的调试十分方便。CPU226终端软件采用LAD语言编写, 程序设计采用模块化、功能化结构, 便于维护、扩展。为提高终端的抗干扰能力, 软件控制中采用了数字滤波、故障自检等措施, 用于保证监控操作的正确性和可靠性。

本系统软件部分主要由主程序、初始化子程序、条码扫描子程序、数据循环处理子程序、中断子程序等组成。主程序始终处于循环运行状态。初始化子程序主要完成系统的初始化, 对各寄存器、计数器、CPU226工作模式、定时器中断、通信端口的通信方式等参数进行设置, 这2个程序的流程如图2所示。系统通过中断方式接收吊厢条码扫描器随时采集到的吊厢号码信号, 吊厢条码扫描子程序流程如图3所示。数据循环处理子程序实时采集及处理吊厢转速数据;通过中断子程序将抓拍信号和出站信号上传到上位机。

4系统效果演示

基本西门子PLC的索道动态监控系统的监控主画面如图4所示。从图4可看出, 从监控画面上可观察到索道的实时运行状况, 包括对每个运行吊厢的具体定位和吊厢出站时抓拍的照片等。

在系统开始运行后, CPU226将接收到的各种传感器信号经过处理后通过自由端口1传送到上位机, 根据这些实时数据在屏幕上动态显示整个索道系统的运行情况, 监控者可以直接看到吊厢的运行方向、吊厢运行速度、运载索道总的运行距离、吊厢抱索器的开合次数、吊厢与上下站的距离、出站时的吊厢图象等信息。

5结语

本文介绍的索道动态监控系统结合了S7-200 PLC及VC开发的上位机监控系统, 使得索道运行的现场画面可以通过Internet进行远程监控, 便于工作人员实时了解每个吊厢的具体信息, 为防止意外发生时开展紧急、快速、准确的救援工作提供了依据, 弥补了行业空白, 具有通用推广性和实用参考价值。

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