摘 要: 介紹了TSX 37-10 型號PLC在煤礦定重載荷生產(chǎn)中的應用以及硬件結(jié)構(gòu)和軟件設計。論述了美國Wonderware公司的工控組態(tài)軟件InTouch的特點，并以該系統(tǒng)為例講述了InTouch在煤礦生產(chǎn)監(jiān)控中的應用。該系統(tǒng)可以自動控制外圍設備運行，并且可以實時顯示提升的煤的重量和累計提升重量和次數(shù)等，還具有聲光報警等功能。實際的應用表明，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)域中得到越來越廣泛的應用[1]。
組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的軟件平臺工具,具有豐富的設置項目,使用方式靈活,功能強大。本系統(tǒng)組態(tài)軟件采用intouch。該組態(tài)軟件是美國wonderware公司factorysuite套裝軟件的一個主要組成部分，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、半導體、石油和天然氣、汽車、化工、醫(yī)藥、紙漿和造紙、運輸及公共設施等行業(yè)都有著廣泛應用[2]。
2 系統(tǒng)的基本組成和原理
本系統(tǒng)選用schneider自動化公司的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。上位機選用研華工控機。
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)，當定量斗裝煤過程中重量增加時，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，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)動發(fā)光二極管顯示空倉和外圍設備運行狀態(tài)等，4511驅(qū)動數(shù)碼管顯示當前重量和累計提升次數(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。部分電路原理圖如圖3所示，實際效果圖如圖4所示。
圖3 部分電路原理圖
圖4 實際顯示效果圖 [NextPage] 2.3 臺式隔爆箱 隔爆箱可任意安放在便于觀察的位置，控制信號和外部信號（壓力傳感器的電流信號，箕斗到位信號等）通過防爆箱腔內(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 計算機對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標準的指令表、梯形圖和grafcet（順序功能圖）編程語言[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 / 從站選擇開關(guān)，可連接plc 的ter和aux 通信口，最大通信距離可達2公里[3]。 3.2 上位機監(jiān)控部分和plc之間的通訊 上位機和plc通訊模塊選用sc-485來實現(xiàn)上位機的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通訊口加隔離保護模塊bh485g來提高rs485網(wǎng)絡系統(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題。需要注意的是，因為plc做從機，所以ter通訊口的5，7兩信號線要短接。485連接圖如圖5所示。
圖5 485連接圖 3.3 組態(tài)軟件intouch與外界設備之間的通訊
圖6 intouch與i/o設備通訊框架示意圖 通過一個通訊接口——i/o服務器（i/o server）來實現(xiàn)組態(tài)軟件intouch與外界設備之間的通訊。i/o服務器可以理解為能和外界設備通訊的程序，intouch只要能和i/o服務器通訊，就可以達到和外界設備通訊的目的，如圖6所示。這樣做的好處是避開了硬件協(xié)議等繁瑣的細節(jié)，讓使用intouch進行二次開發(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發(fā)公司合作，提供了各種i/o服務器，支持目前主流的通信協(xié)議。而二者的通訊是兩個應用程序之間的數(shù)據(jù)交換，intouch使用dde、fastdde、netdde以及 wonderware suibbbink協(xié)議完成。在本系統(tǒng)中，使用的是modbus網(wǎng)絡，所以需要安裝modicon設備驅(qū)動程序mbe（modicon modbus ethernet），進行簡單的topics配置后（打開wonderware factorysuite->io servers->modicon modbus ethernet進行配置），然后在intouch中，增加標記名，設置i/o數(shù)據(jù)類型，并設置訪問名、節(jié)點名、應用程序名、主題名和項目名，就可以實現(xiàn)和modbus網(wǎng)絡上的設備通訊了 [1]。 4 軟件設計 4.1 plc程序 用指令表編寫程序， 如圖7所示。
圖7 指令表程序示范圖 整個程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，各部分子模塊分工明確，具有代碼效率高，維護方便等特點。主程序模塊包括：重量計算，參數(shù)設置選擇，外圍設備控制，工作方式選擇和故障檢測。子程序模塊包括：手動方式，自動方式，故障顯示，重量顯示和參數(shù)設置。 為了減少隨機干擾對采集數(shù)據(jù)的影響，軟件上采用了數(shù)字濾波[4]。 該系統(tǒng)實現(xiàn)如下功能： （1）實現(xiàn)自動和手動兩種工作方式。 自動方式下（為了防止超載的情況，在自動方式下設有防二次裝煤功能，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。）定量斗空倉以后閘門自動關(guān)閉，并且給煤機自動給煤。滿倉后自動停止給煤機。待提升箕斗到位后并且允許裝煤的情況下自動打開閘門卸煤，卸完成后自動打點并且自動關(guān)閉閘門。按照以上閉鎖關(guān)系依次重復以上過程。當超載時，聲光報警并強制退出自動工作方式。自動方式子程序簡要流程圖如圖8所示。 手動方式下，各設備不受閉鎖關(guān)系的限制，可以任意啟動和停止。 （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)場設備運行指示燈，如給煤機運行指示，閘門開閉指示，箕斗到位指示等。同時可顯示定量斗滿倉，空倉，超載的狀態(tài)，并且在超載的情況下聲光報警。實時顯示每次的提升重量并累計提升次數(shù)和煤的總重量。每一班次換班時可以將數(shù)據(jù)清零以便記錄每班的產(chǎn)量向調(diào)度室匯報。
圖8 自動方式簡要流程圖 （3）設置參數(shù)。現(xiàn)場可以通過設置按扭設置所需要的定重，空倉，超載以及傳感器量程等參數(shù)值，為保障參數(shù)的安全性還可以設置操作密碼。 4.2 組態(tài)軟件 intouch通過一個三部分命名約定來標志在服務器程序中的數(shù)據(jù)元素，這包括應用程序名，主題名和項目名。為了從另一個應用程序中獲得數(shù)據(jù)，客戶機程序（intouch）通過制定這三項打開到服務器程序的一個通道。在intouch中，上位機的數(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；i/o型數(shù)據(jù)的來源一般為其它計算機結(jié)點或本機運行的其它程序，這類數(shù)據(jù)由intouch通過netdde或dde方式獲得[1]。每一個i/o型變量必須與一個訪問名相聯(lián)系，訪問名相當于一個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)點名，應用程序名和主題名。監(jiān)控畫面如圖9所示。
圖9 監(jiān)控畫面 組態(tài)程序主要實現(xiàn)如下功能： （1）顯示井下隔爆箱顯示面板的顯示內(nèi)容和當前時間。 （2）指示上位機和plc的通訊是否正常，plc主機和各個i/o模塊是否正常。 （3）允許設置井下現(xiàn)場控制參數(shù)，為了保證安全性，需要輸入密碼。自動統(tǒng)計年產(chǎn)量，月產(chǎn)量，每班次的產(chǎn)量，提供準確的產(chǎn)量報告。 5 結(jié)束語 本系統(tǒng)已于2006年2月在沈陽煤業(yè)(集團)有限責任公司林盛煤礦投入使用，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，減少了維護成本，滿足現(xiàn)場的需求。此外具有如下優(yōu)點： （1）采用重力傳感器測重，信號強度大、線性度好、易于后續(xù)處理，可承受較大的側(cè)向負荷而有效減小測量誤差。 （2）用plc控制，可靠性好、工作穩(wěn)定、測重精度高，性價比高，提高了煤礦的生產(chǎn)安全性和經(jīng)濟效益。 （3）采用先進的intouch組態(tài)軟件,具有友好的人機界面，直觀且便于操作和監(jiān)控。 （4）自動化程度高。設有自動和手動兩種工作方式，既提高了工作效率也使設備維護更加方便。
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