基于组态王Kingview和PLC的通风机监控系统.pdf

信息技术 与应用 C h i n a S c i e n c e T e c h n o lo g y O v e r v ie w 基于组态王Ki n g v i e w 和P L C 的通风机监控系统 梁腾 孙伟 王继通 孙启迪 福兴集团， 山东枣庄 2 7 7 3 0 0 【 摘要l现有的通风机设备主要由人 工监测设备运行状 态， 当设备发生故障时， 切换通风机设备的操作也要 由 人工完成。 容易造成值守人员因 长时间注意集中而精神疲劳． 无法及时发现故障而停机进而造成矿井通风中断， 严重威胁着矿井的设备安全及井下人员的生命安全。 而在监控系统在 l i n g e w的环境下，使用西f l - -7 - S 7 2 0 0 系列P L c实现通风机运行状态的在线监测监控； 通过与集控室工控机联 网， 实现了通风机在正常通风、 反风、 正 常切换通风机 以及在故障状态下切换通风机等工作的远程监测监控I从而实现了通风机 的无人值守。 I 关键词】 基于组态王瞄n g v i e w P L c 的通风机 在线监测 主通风机是矿井的重要安全设备之一， 对于保护矿工生命， 保 障煤矿生产安全和确保企业财产安全具有重要意义。 现有的通风机设备主要由人工监测设备运行状态， 当设备发生 故障时， 切换通风机设备的操作也要由人工完成。 容易造成值守人 员 因长时间注意集 中而精神疲劳 ， 无法及时发现故 障而停机进而造 成矿井通风中断， 严重威胁着矿井的设备安全及井下人员的生命安 全 。 现结合工程实际设计了一套基于组态王K i n e 钦件和西门 子s 7 2 0 0 系列P L C 的主通风机监测监控系统} 通过光线环网与集控 室工控机连接， 实现了通风机在正常通风、 反风、 正常切换通风机以 及在故障状态下切换通风机的远程监测监控， 从而实现了通风机无 人值 守 ， 提升 了主通风机的可靠 、 安全 陛。 1系统组成 1 ． 1监测监控 系统的对象 监测监控系统 的对象 是两台F BC D Z NO2 2 轴流式通风机 ， 在 正常情 况下 ， 一台通风机正常工作 ， 一台通风机备用待机。 1 ． 2总体 系统结构 监测监控系统采用分散控制， 集中管理的结构， 系统整体分为 三层 测量控制层、 中间控制层和远程监测监控层。 1 ． 2 ． 1测量控制 层 测量控制层由 7 - 2 0 o g t E DA 系列电压 、 电流、 温度、 振动和模 拟量及开关量测量模块构成， 实时采集通风机设备参数和开关柜状 态及参数等数据。 同时， 测量控制层还可以根据中间控制层的需要， 实现风 门的开 闭、 两 台风机切换和两级 电机的工频、 变频状态切换 及变频器频率设定等控制。 1 ． 2 ． 2 中间控制 层 中间控制层由安装监测监控软件的工控机构成， 监测监控软件 由北京亚控科技的组态王K i n g v i e w发的用户应用软件， 中间控制 层通过Rs 4 8 5 Mo d b u s 协议和 MP I 协议与测量控制层通讯 通过 MP I 协议与 7 - 2 0 0 P L C 的通讯， 将实时采集的通风机设备的数据 传输给集控上位机， 进行运算、 处理、 判断， 并在工控机上显示实时 动态 。 MP I 是多点接 口 Mu l t i P o i n t I n t e r f a c e 的简称， 是西门子公 司开发的用于P L C 之间通讯的协议。 MP I 通讯是通信速率不高、 通信 数据量不大时， 可采用的一种简单经济的通讯方式。 MP I 通信可使用 P L C S 7 - 2 0 0 ／ 3 0 0 ／ 4 0 0 、 操作面板T P ／ OP 及上位机MP I ／ P RO F I BU S 通信卡 ， 如CP 5 5 1 2 ／CP5 6 1 1 ／CP5 61 3 等进行数据交换。 通过 P R O F I B U S 电缆和接头， 将P L C 7 - 3 0 0 ／ 4 0 0 的C P U 的MP I 编程口 及 7 - 2 0 0 C P U的P P I 通信口相互连接， 以及与上位机网卡的编程 口 MP I ／ D P 口 通过P R OF I B US 或MP I 电缆连接即可。 MP I 的通信速 20 2 0 1 5 年1 0 月上 第1 9 期 总第2 2 3 期 率为1 9 ． 2 K～1 2 Mb i t ／ s ， 但直接连接S 7 2 O O C P U通信口的MP I 网， 其最高速率通常为1 8 7 ． 5 K b i t ／ s 。 在咖P I 网络上最多可以有3 2 个站， 一 个网段的最长通信距离为5 O 米， 更长的通信距离可以通过R S - 4 8 5 中继器扩展 。 MP I 允许主一主通信和主一从通信 ， 每个s7 2 0 0 C P U通信 口的连接数为4 个。 MP I 协议不能与一个作为P P I 主站 的S 7 - 2 0 0 C P U通信， 即S 7 3 0 0 ／ 4 0 0 与 7 - 2 0 0 通信时必须保证 7 - 2 0 0 C P U不作P P I 主站， Mi c r o ／ WI N也不能通过MP I 协议访问作为 P P I 主站的S 7 - 2 0 0 C P U。 7 -2 0 0 CP U只能做MP I 从站， g S 7 - 2 0 0 C P U之间不能通过MP I 通信， 只能通过P P I 通信。 通过R S 4 8 5 与e d a N量模块的通讯， 实时读取通风机设备参数 和开关柜状态参数。 中间控制层根据实时通讯的数据， 对通风机设 备进行实时监测监控， 为实现该系统的远程监测监控提供了前提。 1 ． 2 ． 3 远程 监 测 监 控层 远程监测监控层由集控室的实时监控工控机构成， 通过光纤环 网把中间控制层采用o P c f N Z 接人集控室， 实现了风机系统的集中 监测监控 集控操作员根据实时采集的数据可对通风机进行远程监 测监控， 并在必要时对通风机实施远程控制。 2系统软件设计 该系统软件包括分散控制与集中控制， 分散控制采用S T E P 7 - Mi c r o ／ WI N开发的P L C 控制软件， 集中控制部分采用由K i r v i e w 开发的监控软件 ， o p c l i n k 通讯软件及i n t o u c h 监控软件组成 。 2 ． 1实时监测功能 监测监控系统中主要设备的运行状况和实时参数的实时显示， 包括控制柜和联络柜的各开关量的状态以及通风机、 电机参数的显 示 风量、 静压、 全压定子及轴承温度、 振动， 电压、 电流、 功率、 效率 等 。 2 ． 2趋势曲线查询功能 趋势曲线用于各模拟量值的趋势变化的显示， 包括历史曲线和 实时曲线。 历史曲线用来查询存储历史数据范围内的数据趋势， 实 时曲线用于当前2 0 mi n 行时间之内参数曲线的显示。 通过查询这 两种曲线， 操作者可以看到各模拟量的过去及当前的趋势， 通过比 较两种趋势曲线， 操作者可以对操作做出预测， 避免不必要的故障 发生。 2 ． 3数据报表查询与打印功能 数据报表包括历史数据报表和实时数据报表两种类型 历史数 据报表是从历史数据库中提取存储数据记录， 把历史数据以一定的 格式显示和打印出来， 系统提供了日报表和月报表两种历史报表 ， 并且两种报表都可以任意设置查询与打印时间， 可供操作者方便查 询， 实时数据报表是实时地将当前时刻的数据对象的值按一定的报 ⋯⋯ 下转第2 2 页 信息技术与应用 C h i n a S c ie n c e T e c h n o l o g y O v e r v ie w 大区域 ； c o o r d r h o t h e t a { r h o l ， k } [ c o o r d r h o t h e t a { r h o l ， k } ； [ i ， j 卫 ；％ 记录h o u g h 变换值相应位置对应的点的坐标。 3 ． 2铁 轨Ho u g h 变换检 测 将列车运行区间分割成 距离的直线， 同时， 假设在铁路上 采集的视频图像中， 轨道的两条直线长度与轨道旁其它参照物的直 线距离最长。 通过Ho u g h 换的性质选出两个峰值点， 该两点在K B 坐标系中的值分别为对应的两条轨道直线方程的参数 ， 即给出了 铁轨的直线方程。 为了提高铁轨检测的速度， 首先对预处理的图像进行边缘检 测， 由于物体图像的边缘表现为灰度变化， 可通过一阶导数的幅值 检测边缘的存在， 幅度峰值一般对应边缘位置。 可用二阶导数的过 零点检测边缘位置， 而用二阶导数过零点附近的符号确定边缘像素 是在明区还是在暗区， 根据边缘检测算子所得到的二值边缘图像进 行Ho ugh 换， 将符合H o u g h 变换条件及设定的阈值的直线搜索出 来， 再根据直线所在方程及起止点记录下来。 在检测过程中， 图像的 强边缘和边缘长度是决定检测目标的最有效信息。 4窗口异物判定及分割技术 4 ． 1窗口异物参数 的判定 通过Ho u g h 变换能够确定两条轨道的直线方程， 利用边缘检测 技术建立窗口， 根据智能视频技术摄像机采集的图片信息， 需要建 立检测窗口的位置、 高度和上下宽度。 窗口高度主要是由摄像机的 位置、 分辨率决定的， 上下宽度有轨道直线方程决定的， 具体参数由 现场的实际情况而定。 4 ． 2窗口异物分割技术 图像阈值分割是一种广泛应用的分割技术， 利用图像中要提取 的目标物与其背景在灰度特胜上的差异， 把图像视为具有不同灰度 级的两类区域 目标和背景 的组合， 选取一个合适的阈值， 以确定图 像中每个像素点应该属于 目标还是背景区域， 从而产生相应的位置 ⋯⋯ 上接第2 O 页 表格 式进行显示和 打印。 2 ． 4故障 自动切换功能 当正在运行的通风机发生故障时， 系统可自动切换另一台备用 风机。 实际上是通过在界面中预定的操作步骤， 逐步发出指令， 通过 P L C 进行控制， 完成切换工作。 当需要切换时， 系统首先 自动检测要 切换的风机各部分是否满足启动运行条件， 只有满足上一步骤的相 关条件时才能继续进行下一步骤的程序， 当满足所有条件之后， 按 照指定步骤开始切换风机 。 2 ． 5 报警诊 断功能 该系统报警功能包括开关量的状态报警和模拟量超限报警两 个类别。 系统对通风机系统的通风机两端轴承温度、 电机三相定子 温度、 水平及垂直振动等参数都设置了超限报警， 当系统检测到模 拟量值超限或是开关量的状态异常， 在屏幕上自动弹出报警画面， 对应报警点的信号颜色由绿色变为红色， 并不停闪烁， 同时系统控 制柜面板上的故障指示灯闪烁， 报警灯发出声光报警。 系统将报警 信息存人数据库并形成报警报表， 以供查询与打印， 方便事后统计 分析 。 2 ． 6安全操作限制功能 该系统提供了一套完善的安全机制。 根据在各种预定义的组中 2 2 2 0 1 5 1 0 N上第1 9 期总第 2 2 3 期 图像。 本文可采用快速多阈值分割法 该算法的步骤为 1 找出图中的两个最大局部值， Z 1 ， z 2 ， 2 求出两个局部值间 的直方图中的最底点Z 3 ； 3 测试直方图的平坦型； 4 若上述值小于 门限T， 将z 3 作为分割门限； 5 对两幅二值图像像素点统计比较确 定异物位置。 5实验结果分析 本文在临策线拍摄到的多幅轨道上无异物及有异物的图像， 应 用本文提出的方法进行实验并进行对比， 在实验中该方法能够在满 足实时的要求下有效检测出图像中的异物。 图2 a 检测到两条轨道 及利用Ho u g h 变化求解处直线方程 ， 图2 b 明确标出了两条铁轨所 在位置， 图3 a 为经过灰度阈值检测到异物的效果图， 图3 b 为通过 坐标位置分割异物的图像。 6结语 本文提出一种采用智能视频分析摄像机对轨道异物检测技术， 该方法是在摄像机抓拍的图像中应用快速、 准确的Ho u g h 变换检测 出图像中的铁轨， 再以铁轨图像为工作窗口 检测并检测出异物， 同 时发出报警给机车司机。 参考文献 [ 1 ] 朱正平， 王秀丽， 岳秋菊． 基于机器视觉的轨道异物侵限检测方法 研究[ J ] ． 甘肃高师学报， V o 1 ． 1 4 N o ． 2 2 0 0 9 ． [ 2 ] 蔡振江， 王渝， 张娟． 采用H o u g h 变换和灰度变化的图像角点检测法 叨． 北京理工大学学报， 2 0 0 5 ． 2 5 9 ． [ 3 ] 朱娟娟， 郭宝龙． 一种运 动载体摄像 的 自适应稳像 系统 ] ． 光 电子 激光， 2 0 0 7 ， 1 8 1 ． [ 4 ] J a S e o n g K u ． K y o u n g M u L e e ， S a n g U k L e e ． M u l t i -- i m a g e m a t c h i n g f o r a g e n e r a l m o t i o n s t e r e o c a m e r a m o d e l [ J ] ． P a t t e r n R e c o g n i t i o n ， 2 0 0 1 3 4 ． 操作员的身份标识及其成员身份来限制操作特定对象， 由系统管理 员控制操作员操作特定对象， 并且通过向操作员授予操作特定对象 的权限来实现。 从而保证了系统的安全性， 避免因操作员误操作而 造成事故。 3结语 系统设计合理， 运行可靠，v i e w 操作简单， 直观方便， 可 维护性强， 易于操作人员掌握。 提升了主通风机设备的监控监控管 理自动化水平， 确保了主通风机设备的经济、 可靠运行， 为设备的管 理和维修提供了可靠的科学依据， 同时系统还实现了通风机无人值 守。 参考文献 [ 1 ] 组态3 K i n g v i e w 使用手册[ M ] ． 北京亚控科技发展有限公司， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 矿用主通风机 自动化控制系统的研 究． 山科大， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 基于M C G S 矿用主通风机在线监测与控制系统[ H ] ． 机械设计与制 造。 2 0 0 9 ． [ 4 ] 西门子p l c 通讯协议[ H ] ． 豆丁网， 2 0 1 3 ．