PLC控制技术通风机在线监控系统应用探讨.pdf

本栏目责任编辑 梁书 计算机工程应用技术 Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第16卷第2期 2020年1月第16卷第2期 2020年1月 PLC控制技术通风机在线监控系统应用探讨 霍海波 三门峡职业技术学院智能制造学院， 河南 三门峡 472000 摘要 为了对在线的通风机的运转状况进行全面监控， 基于PLC技术的通风机在线监控系统应运而生， 它能够对风机的运 行状态进行实时反馈， 有效地保障通风机的持续稳定运行。本文主要就以PLC技术为基础的通风机在线监控系统的组成 进行了介绍， 同时分析了监控系统的运行原理和监控机制， 旨在为相关领域的研究人员提供一定的参考和帮助。 关键词 PLC技术； 通风机； 在线监控系统； 应用探究 中图分类号 TP393文献标识码 A 文章编号 1009-3044202002-0236-02 开放科学资源服务标识码OSID 在生产过程中， 有害物质以及粉末的大量存在对生产人员 造成了极大的威胁， 因此必须设置一定的通风系统来保证空间 内空气流动， 对有毒的气体以及粉末等物质进行消除。通风机 是通风设备中最主要的构成部分， 若通风机出现了故障， 那么 会给生产过程造成严重的干扰。随着信息科学技术的发展， PLC技术逐渐被应用在通风机的实时监控系统中， 能够对通风 机的实时状况进行监控， 为生产过程提供极大的保障， 提升企 业的经济效益。 1 PLC技术概述 1.1 PLC结构 在PLC系统当中， 中央处理单元是最核心的部件。中央处 理单元主要是用来接受并且存储程序以及相关的数据信息、 对 用户的语法程序进行检测、 及时诊断系统的故障、 对相关的数 据信息进行读取并且存储在对应的单元内部， 对整个用户系统 的算法进行分析， 同时以运算规则为基础进行数据处理。存储 单元主要涵盖着系统自身的存储器以及用户的存储器两大部 分的内容， 从本质上来讲， 存储单元的整体容量直接决定着 PLC技术的运行状态， 系统自身储存器当中的系统程序被存储 在内存器中只能被访问但是不可以被修改， 用户的存储器主要 是用来存储各种算法程序计算出的数据结果。电源模块实现 了电流的转化， 使得外部的电流被转化为PLC系统运转所需要 的电流。输入以及输出的设备是PLC系统与工厂设备的连接 装置， 用于数据信息的显示以及传达。输入模块能够将开关、 转换等状态信号转变为中心处理器能够识别的信号形式， 当出 现模拟信号时， 系统会先将其转变为数字信号， 在传输给中心 处理器进行数据处理。输出板块则可以显示各种控制信息， 实 现对现场设备的状态的有效显示。拓宽模块指的是对系统进 行点数拓展的模块， 通信模块则能实现PLC系统与人机系统等 设备的有效连接， 实现信号信息的传输， 为PLC技术进行控制 提供了条件。 1.2 PLC技术的特点 PLC技术的特点比较突出， 首先是操作简单、 操作便捷， PLC技术所使用的编程语言也相对更简单， 系统进行研发的周 期相对较短， 在现场便于操作和调整， 对系统运转起到良好的 推动作用； 其次， PLC技术系统的整体性价比比较高， 功能性相 对更加强大， 和同类型的设备相比表现出更加优良的特性， 能 够完成高频次的操作。系统与通信网络进行有效结合， 实现对 设备的集成式控制， 提高管理的集中性和统一性。同时， PLC 技术的适应能力更强， 经历过长时间的发展之后， PLC技术系 统已经逐渐趋向于标准化、 系统化以及模块化。与之相关的设 备也比较完善。结合相关的要求， 对系统模块进行合理化选 择， 建立起不同的功能模块。与此同时， PLC系统呈现出加强 的负载能力， 能够与电磁阀等设备完成互动； 除此之外， PLC技 术表现出更高的可靠性。传输系统所使用的继电器主要包括 两种不同的类型， 分别为时间和中间。若是接触点无法做到完 全接触， 那么可能会导致一系列事故的发生。随着PLC技术的 应用与发展， 其使用相关的软件系统逐渐代替了继电器设备， 在整个系统中依然保留的设备是信息的输入以及输出的硬件 系统。整个体系表现出比较强的抗干扰能力以及较强的可靠 性， 即便是处于电磁干扰强度比较大的工业园区也能被直接 应用。 2 系统设计 整个生产系统需要基于安全生产这一强大的基础， 安排专 门的人员对相关的设备进行管理。借助定期检查的方式来保 证通风系统的稳定运行。纵观目前的实际工作， 该管理形式依 然存在着各种不足， 无法对相关的通风设备进行有效监控， 在 通风系统出现故障时无法及时对其进行处理， 导致通风系统出 现问题， 影响正常生产。而在PLC技术基础上建立起的通风系 统进行实时监督， 对其中存在的故障及时进行处理， 提升整套 通风系统的运行质量。 2.1 系统整体设计 结合企业的实际生产状况以及实际情况， 借助相关的信息 传输设备及其平台， 建立起三个不同层次的监控体系， 即现场 设备监控、 中间信息传输以及后台处理。三个层次的设备相辅 收稿日期 2019-09-27 作者简介 霍海波1977， 男， 河南陕县人， 硕士， 讲师， 主要研究方向为电子电气、 控制理论及应用。 E-mail kfyj http // Tel 86-551-65690963 65690964 ISSN 1009-3044 Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术 Vol.16, No.2, January. 2020 236 计算机工程应用技术本栏目责任编辑 梁书 Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第16卷第2期 2020年1月第16卷第2期 2020年1月 相成、 有效配合， 为通风设备的运行状况进行实时监控。 2.2 PLC集成控制系统 2.2.1 硬件系统设计 在企业现场， 一般会准备两台及以上的通风机。为了保证 生产过程的正常进行， 一台通风机作为备用机。系统的关键之 处在于S7-300， 信息采集以及控制系统分别对应两个不同的专 业模块。在DI模块的辅助下， 系统能够对各个开关形式的变 量信息进行有效手机， 系统会对操作台的状态进行有效指示， 控制风门的启动以及停止， 也能够实现对电机启动和停止的有 效控制。在AI模块的辅助下， 整个系统能够对各种类型的模 拟信号进行传导， 对应用范围内的标准形式的信号进行运用。 借助CP340技术， 系统能够提供相对标准的接口， 借助通信的 形式来对现场的设备信息进行有效采集。 2.2.2 软件设计 在对PLC控制形式的元器件进行设计的过程中， 需要充分 考虑其是否能够持续稳定运行， 在考虑其拓展的性能， 提升其 适用性。整个系统中涵盖着多重类型的程序， 比如电力系统、 数据模拟系统等等比较初级的系统化设备。再遵循先后顺序 对不同的模块进行扫描， 实现对相应信息的有效手机。这些信 息会汇总到同一地点， 专家对这些信息进行分析， 以便于及时 发现系统当中存在的问题， 比如轴承承载过强等等， 通过对供 电参数的分析来识别系统中的问题， 比如电线老化等等。最后 被鉴定的结果会被显示在相应的操作界面上。如果操作人员 发现了系统的异常情况， 则能够对其进行紧急处理， 避免其造 成更加严重的事故以及不必要的损失。除此之外， 将预留程序 的接口进行中断处理能够有效地应对反风操作的状况， 借助这 样的方式保证系统的顺利送风， 为生产的正常进行提供保障。 2.2.3 通信系统设计 整个监控系统主要涵盖着两种类型的程序系统， 分别是供 电开关参数采集程序以及外界温度检测子程序， 借助相关的协 议内容， 监控系统的波特率被设定为一个特定的数值。对于已 经收集到的数据信息， 系统能对数据进行整理和分析， 借助相 对完善的信号收集以及发送的程序实现对数据信息的有效传 输。与此同时， 在系统设计的过程中， 可以添加太网通讯的模 块， 与R5模块相结合， 实现与中心站的有效对接， 更有利于提 升控制的有效性以及集中性。 2.3 中心站软件设计 这一软件的设计是基于组态王的形式实现的， 操作界面整 体上清晰度非常高， 每项图标都隐藏着强大的功能性， 这也为 二次开发提供了前提和机会。工作人员可以借助这一软件集 安息来实现对通风系统的实时监控， 有效获取系统的运行参 数、 电机等设备的运行系数以及温度湿度等信息， 为相关人员 及时掌握通风系统的运行状况提供了可能， 便于维修人员及时 对通风设备进行维修处理。 3 通风机监控系统的监控要点 基于安全的考虑， 将通风机监控系统的监控要点分为了以 下几类， 分别是温度、 风压风量、 振动、 风机的启停、 电参数等。 对温度进行检测主要是涵盖着对电机轴承温度以及定子绕组 的温度进行检测等内容； 通过相关公式的转化， 对风压风量的 检测被转变为对风速的检测； 振动的检测主要指的是对风机横 向以及纵向的振动值进行实时检测， 振动过大可能意味着风机 内部结构出现了异常， 是有效的风机性能指标； 风机启停状态 检测指的是对风机处于启动或者停止的状态进行有效监控； 除 此之外， 监控的主要数据信息还包括电参数数据、 瓦斯浓度指 数检测以及风门位置的检测等。 3.1 温度监控 温度传感器可以优先选择铂电阻传感器， 这一传感器能够 在中低温区内发挥作用， 也能对常温状态的物体进行温度检 测， 测量的精度比较高、 性能强， 耐酸碱， 在工业上得到了广泛 的运用。这一温度传感器通过三根截面积与长度都相同的导 线， 对铂电阻进行测量， 通常情况下测量的电路是不平衡的电 桥装置。铂电阻是整个桥臂当中的一个电阻， 将三根导线中的 一根连接到电源处， 另外两个分别连接到带有铂电阻的桥臂以 及处于相邻位置的桥臂上， 此时的桥臂处于平衡的状态下， 这 能够从根本上消除导线的电阻对传感器数据精度的负面影响， 提升传感器传感数据的准确性， 有助于提升整个PLC系统的性 能， 为生产环节提供更好的指导。 3.2 风压风量监控 通风机的风压和风量是对通风机运转状态进行规范以及 指导主风机配置的重要参数之一。所以， 对通风机的风压以及 风量进行监控是具有重大意义的。 风压风量传感器是在卡门涡街原理以及超声波检测原理 的基础上建立起来的。卡门涡街原理指的是在一定的流场当 中， 垂直地插入一根非流性的阻力体。在雷诺系数处于一定范 围内时， 当流体流经阻力体时会呈现出相互交替的涡流状态。 超声波原理即借助超声波来对风速状态进行感知， 并且相应的 传感器会其转化为实时的数据传递给显示界面， 便于相关人员 对风压以及风量状态进行检测， 发现异常可以及时进行处理和 调整， 保证系统的正常运转。 3.3 振动检测 对通风机进行振动检测的主要设备为振动传感器。一体 化的振动传感器与精密的电路连接在一起， 组成了精度较高的 振动检测系统， 这一传感器能够直接与PLC系统连接进行使 用。在它处于工作状态时， 只需要为其提供二十四伏特的电源 即可， 整个系统容易安装， 方便维修， 这些优势使得这一振动传 感装置成为工业生产企业的宠儿。在监控系统中， 需要对通风 机的电机进行横向以及纵向的振动数据进行获取， 通常情况 下， 传感器被安装在电机的基座上。一体化的振动传感器是基 于高频磁场以及涡流效应等原理制作出来的。当传感设备被 安装时， 需要将探头尽可能与电机基座的位置靠近。当振动出 现时， 设备与传感器之间的距离会不断发生变化， 这也就会反 应在电压的变化上。这些电压的变化信号将会被放大器处理 且进行放大之后传输给终端显示设备。对此， 只需要在程序上 对电压的限度值进行设定， 当传输的电压值超过设定值时， 系 统就会报警， 此时操作人员可以在操作界面上看到这些报警反 馈信息， 及时对电机的运转状况进行检查， 若是发现故障点， 会 及时联系维修人员进行检修。若暂时无法发现明显的故障并 且报警状态持续存在， 那么需要对电机进行停止操作， 启动备 用的电机。以这样的方式来充分保证通风机一直处于良好的 运转状态中， 为密闭的空间进行持续送风， 这对于保障人员安 全、 提升企业经济效益都起到很大的帮助。下转第246页 237 本栏目责任编辑 梁书 计算机工程应用技术 Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第16卷第2期 2020年1月第16卷第2期 2020年1月 4.2 射频识别模块程序 将射频读写器进行初始化， 通信过程就是射频读写器与射 频卡之间进行通信， 通信方式为半双工通信， 所以在通信之前 要建立一定的通信协议。射频读写器发出指令信号， 如果射频 卡在射频信号范围内就会接收到信号， 射频卡接受信号后指令 译码， 处于被有限状态的控制中， 处理数据， 并把处理后的结果 返回。该模块的工作流程图如图4所示。 图4射频识别模块系统 4.3 信息采集模块程 生猪识别之后， 可通过STM32F103ZET6单片机采集生猪 的垂直高度、 体重、 体温等生理参数。将采集的数据保存并返 回至生猪的电子耳标的射频卡中， 还可将生猪生理数据通过 WiFi模块传至PC主机。该模块的工作流程图如图5所示。 5 总结 本系统将STM32F103ZET6作为主控芯片， 为每一头生猪 安装电子耳标， 通过射频识别模块识别每一头生猪。利用 STM32F103ZET6单片机测量与采集生猪的身高、 体重、 体温等 生长生理参数， 并且将数据传送至PC主机。实验证明本系统 成本低， 性能好， 可靠性较高， 系统性能完善。通过本系统， 用 户可以直观地观测到生猪生长的生理状况， 较大程度上可以满 足用户需求， 适用于用户对生猪生长参数的自动检测。 参考文献 [1] 邓泽群.射频识别RFID技术及其应用[J].中外企业家,2019 25131. [2] 苏琳.基于HC-SR04的超声波测距器的设计[J].科技信息, 201209125124. [3] 余国卫.基于单片机的非接触式测温系统[J].电脑知识与技 术,2017,1324206-207. [4] 徐留根. 基于MLX90614的数字式红外温度传感器设计[A]. 航空工业测控技术发展中心、 中国航空学会测试技术分会、 状态监测特种传感技术航空科技重点实验室. “测试性与智 能测控技术”2018年中国航空测控技术专刊[C].航空工 业测控技术发展中心、 中国航空学会测试技术分会、 状态监 测特种传感技术航空科技重点实验室中国航空学会,20183. [5] 葛海江.基于HX711的高精度电子称重研究[J].电子测试, 20191031-32. [6] 段然,肖立峰.材料拉伸试验中影响应变片测量精度的因素 分析[J].机械设计,2013,301276-80. 【通联编辑 梁书】 图5数据采集流程图 上接第237页 4 结束语 实践表明， 基于PLC技术的通风系统的监控设备不仅功能 强大， 整体配置更加灵活， 也能够实现更好的延展性， 整体的维 护难度比较低。整个PLC系统能够对风机设备运行状况进行 实时监控， 便于及时发现其中所存在的问题以及安全隐患。同 时监控系统能够实现对电机启停得有效控制， 在一定程度上促 进了通风机安全性能的提升， 保证了整个系统的安全性， 降低 了因通风机出现故障而出现安全事故的概率， 保障了人员安全 以及生产过程的顺利进行。 参考文献 [1] 周永杰.PLC技术在煤矿通风机在线监控系统中的应用[J].煤 炭与化工,2018,4108104-106. [2] 张健.PLC控制技术通风机在线监控系统应用探讨[J].能源与 节能,20180321-2286. [3] 于乐泉.基于PLC控制技术的通风机在线监控系统[J].中州 煤炭,20160838-41. [4] 张国栋,祁瑞敏.基于PLC矿井主通风机远程监控系统设计 [J].煤矿机械,2016,3708165-166. 【通联编辑 光文玲】 246