基于组态王的带式输送机监控系统的设计.docx
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基于组态王的带式输送机监控系统的设计
本科毕业论文(设计、创作)
题目:
基于组态王的带式输送机监控系统的设计
学生姓名:
xxx学号:
xxxxxx
所在院系:
信息与通信技术系
专业:
电气工程及其自动化
入学时间:
2010年09月
导师姓名:
xxx职称/学位:
xxxx/xxx
导师所在单位:
xxxxxxxxxxxxx
完成时间:
2014年5月
安徽三联学院教务处制
基于组态王的带式输送机监控系统的设计
摘要:
随着社会的发展,人类正在研究清洁新能源来代替煤矿能源,但目前煤碳在人们现代的生活中还无法替代。
在煤碳开采生产过程中带式输送机是目前必不可少的运输设备,所以效率、安全和带式输送机的稳定性已成为煤矿生产的关键因素。
本文以井下煤矿生产的带式输送机为研究对象,通过运用WinCC组态软件对带式输送机系统的实际运行的监控画面,对系统的实际设备进行动态显示。
通过创建项目、建立驱动连接、创建组态画面、变量的创建和归档,软件与PLC的通讯实现其功能。
在带式输送机工作时,监控系统显示运行状态、各项参数以及设备的故障状态。
本监控系统具有输送带打滑,堆煤,自动喷水灭火,温度调节,滚筒轨道沿线紧急停车和履带偏差的各种保护功能。
对带式输送机监控系统的应用可以使员工方便地检查皮带机的运行状况,带式输送机出现故障时的快速、准确的判断。
带式输送机的监控系统能充分保障带式输送机运行过程当中的安全、稳定性,从而大大提高了带式输送机在煤炭生产中的运行效能。
关键词:
带式输送机;监控系统;故障保护;组态软件
DesignofmonitoringsystemofbeltconveyorbasedonWincc
ABSTRACT:
Withthegrowthofsociety,theessentialityofscienceandtechnologyinpeople'slivesshouldnotbeoverlooked,humansarestudyingnewenergytoreplacedwindlingcoalenergy,butamoderncoalmineinpeople'slivescannotbereplaced.Inthecoalminingprocessofbeltconveyortransportequipmentatpresentisessential,thustheproductiveness,safetyandthebeltconveyor’sstabilityhasbeenakeyfactorinthecoalmineproduction.
Inthispaper,thebeltconveyorinthecoalmineproductionasthesubjectinvestigated,throughtheuseofWinCCconfigurationsoftwareforthemachineconfigurationtheentiretapemonitorscreen,theactualimplementersystemfordynamicdisplay.Bycreatingaproject,adriveconnection,forcreatingtheconfigurationscreen,variable’screationandfiling,softwareandPLCcommunicationachieveitsfunction.
Whenconveyormonitoringsystemwoks,itdisplaysrunningstatus,parameters,andfault’sstatusofequipment.Thesupervisorysystemhasslippage,automaticsprinkler,temperatureregulation,variousprotectionfunctionsdrumtrackalongtheemergencyshutdownandtrackdeviation.
Usingconveyormonitoringsystemmakesemployeescheckthehealthofthebeltdriveeasily,andmakeafastandcorrectjudgmentwhenconveyorappearsfailure.Beltconveyorbeltconveyormonitoringsystemcanadequatelyprotectthemduringtheoperationofsafeandstable,thusweimprovegreatlytheperformanceinthecoalbeltconveyorrunningproduction.
Keywords:
beltconveyor;monitoringsystem;faultprotection;configurationsoftware
1绪论
1.1选题背景
由于带式输送机的发明,经过200多年的发展,目前已广泛应用于煤炭,化工,矿山等行业,尤其是在新技术、新材料的采用,第三次工业革命后,带式输送机的发展进入了一个新的篇章。
如今,在输送量方面,距离测度,经济效益,它已可以同火车、汽车运输相当,成为各国争先发展的行业。
因为带式输送机布局灵活、输送物料规模广、运送量大、装卸便利、可靠性和自动化水平高等特色,其优越性已十分突出,已是国民经济中不可缺少的关键性设备。
煤矿生产具有劳动强度高、事故发生率高等特点,所以从事煤矿生产的工作人员的危险性高,而加强保护带式输送机的安全问题是生产过程的首要工作。
带式输送机是煤矿主要生产设备,尤其是大型现代化煤矿,从表面到装载站,几乎完全由煤矿带式输送机输送任务。
现代社会对煤碳安全和设备自动化水平的要求越来越凸显,因而传统方式的运输能力级别已不能够满足当代煤碳自动化水平的需求,因此设计一个性能、质量可靠和其他问题成为重要的研究对象。
1.2带式输送机的研究动态和发展
近年来,随着我国新科技发展随之而来的新型工业的迅速发展,自从机械化挖掘煤碳的利用以来,促使矿井的利用和运输量越来越大,因此,运输量,高功率,与日俱增的长距离输送设备的需求与日俱增。
目前,一个单一的输送中的总功率的带式输送机,输送机功率约5000kW的长度超过10km,承载比5500t/小时,超过传输7m/s的速度,已经在煤矿等领域中得到了在实际应用。
由于带式输送机具有输送效率高、使用寿命长久、结构紧凑相接、运转性能稳定、设备噪声低、工作可靠性高和占据空间小等特点,并且能够适应各种恶劣的环境下工作,包括泥泞、高温、雾霾、潮湿等,它已经是推动国民经济的持续增长中不可或缺的关键性设备。
加上互联网在全球的实现布局,从而迅速减少带式输送机在研究、开发设计、制造等周期,使之在生产过程中更加具备有生力量。
现如今,带式输送机已经成了煤碳挖掘、生产、运输系统中的关键性设备。
目前,带式输送机的类型包括固定式,可伸缩式,倾角式,水平转弯式,皮带式,垂直提升式,管状式,输送设备输送带和其他形式。
目前,输送机的输送技术也得到发展迅速,具体包括可控启动技术、动态分析技术、下制动技术、高速托辊技术、自动张紧技术、电控与检测自动化技术。
1.3论文主要工作
本文研究的主要问题是采用目前国际最先进的自动控制技术和组态软件,设计并建立了带式输送机监控系统。
基于组态技术的先进性和带式输送机的实际工况条件的仿真界面,以带式输送机设计中的人机界面作为控制系统。
本次毕业设计的目的就是通过运用WinCC组态软件对带式输送机系统的实际运行的监控画面,对系统的实际设备进行动态显示。
通过创建项目、建立驱动连接、创建组态画面、变量的创建和归档,软件与PLC的通讯实现其功能。
在带式输送机工作时,监控系统显示运行状态、各项参数、以及设备的故障状态。
本监控系统具有输送带打滑,堆煤,自动喷水灭火,温度调节,滚筒轨道沿线紧急停车和履带偏差的各种保护功能。
当监控系统发现故障时,可以通过界面进行人工操作,或者报警后自动急停。
并且监控系统可以提供历史数据查询、故障记录、报表打印等功能。
2组态软件的选择
2.1组态软件的市场环境
世界上有很多专业商家设计生产并且提供多种多样的组态软件产品,国内也有很多设计组态软件的开发公司,故市场上的组态软件产品种类繁多,因此需要根据实际工程选择满足自身的组态软件。
国外组态软件:
1、Intouch:
Wonderware是工业自动化软件领域的供应商家带头人。
最初的InTouch利用DDE与驱动程序的通信中的,利用效率不高,而目前的Intouch是在32位的Windows操作平台上增加了对Opc的运用。
2、IFix:
给出自动化软件以及硬件的解决方法,使其减少了投资,有助于生产效率的升高和其收益性改善。
3、Citech:
是可以供应自动化系统、实时信息和MES的公司。
Citech有一个简单的操作模式,但操作模式往往是更面向程序员,对工业用户有更高的要求,工业用户操作困难。
4、WinCC:
西门子自动化与驱动集团是西门子工业自动化的组成成分。
WinCC组态软件嵌入Opc,可以配置在一个分布式系统上。
但WinCC组态软件结构内容比较复杂。
国内品牌组态软件:
1、北京世纪长秋科技有限公司拥有《世纪星通用工业自动化监控组态软件》,通过实时数据库管理从工业控制对象采集到的各种数据,并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来,同时完成报警、历史数据记录、趋势曲线等监视功能。
2、北京三维力控科技有限公司是一家应用于监控组态软件开发与服务领先的高科技术企业,以成为工业自动化领域中国的西门子、中国的ABB为使命,以提高民族装备制造业的自动化水平为目标。
3、北京亚控科技发展有限公司着眼于未来企业智能化系统,亚控科技将组态软件再一次带到了新的历史时期。
2003年,我们针对企业生产管理需求,以实现工厂的知识密集型生产和决策智能化为目标,整合多个自动化厂商的硬件和软件系统,为用户提供了企业生产实时智能解决方案。
4、紫金桥组态软件是真正的客户/服务器软件,同时支持分布式服务器和分布式客户端。
一处定义,多处引用:
在服务器端定义的点,可以同时在多个客户端上引用,减少组态工作量和避免数据的不一致性。
公司专注于自主知识产权软件产品。
2.2西门子WinCC组态软件
WinCC组态软件能够把自动化设备和控制软件进行合成,具有丰富大量的的设定、窗口和菜单等,使用方便灵活、简单明了、并且功能齐全。
它可以很容易地与各种组态软件,用户应用程序一起工作,创造一个良好的人机界面,满足自身实际需要。
使用者还可以利用WinCC为根本软件系统的扩展,通过开通的接口的应用,能够满足系统本身的发展需要。
WinCC软件结合配置、Scada、脚本语言、Opc以及其他先进的应用技术,从而为用户提供了能够在Windows操作系统环境下充分利用各种通用组态软件的使用功能,具有其公司的全集成工业自动化产品领域的技术和无缝集成的特点。
2.3WinCCV6.0系列
WinCC6.0系列的主要实现功能:
(1)变量管理:
管理外部与内部变量和通讯程序。
(2)图形编辑:
设计各种图形画面。
(3)报警记录:
采集和归档报警信息。
(4)变量记录:
处理测量值的采集和归档。
(5)报表编辑:
提供多种标准的报表,可设计各种格式的报表,并可按照预定的时间进行打印。
(6)全局脚本:
编写ANSI-C或VS脚本。
(7)文本库:
编辑不同语言版本的文本消息。
(8)用户管理理器:
管理用户对系统的访问权限。
(9)交叉引用:
函数和消息等中所使用的变量、函数和控件等。
作为西门子全集成自动化的重要组成部分,WinCCV6.0所具有出色的性能:
(1)创建软件技术的使用。
(2)包括所有的客户机/服务器系统的SCADA功能。
(3)可由简单任务到复杂任务。
(4)扩展了基本功能。
(5)使用MicrosoftSQLServer作为存储软件。
(6)强大的标准接口。
(7)使用方便的脚本语言。
(8)开放API编程接口可访问WinCC的模块。
(9)可选择语言的组态软件。
(10)提供主要的PLC通信通道。
3带式输送机监控系统
3.1带式输送机监控系统的总体框架
此次由西门子S7系列PLC设计了带式输送机系统作为主控单元,具有保湿性强,抗干扰能力强,编程简单,易于扩展,基本上避免维修,此外还能够实现自动进行检测系统故障等功能。
监控系统的组成是控制器,操作平台,传感器和控制系统。
主站和从站之间通过光纤总线连接的控制网络,分站站的独立和相互组合成一个方便的控制系统,从而实现控制综合运输系统和生产系统的要求。
图3.1监控系统的通信结构
3.2带式输送机监控系统的控制功能
本次毕业设计的带式输送机控制系统分为现场监控和报警及其附加功能两大部分。
现场监控的主要功能是采集带式输送机现场的各种数据及信号,并进行相关检测,包括皮带的纵撕检测、跑偏检测以及欠速检测等。
报警功能包括带式输送机系统报警和现场环境报警。
附加功能包括趋势曲线显示和数据报表打印。
带式输送机的保护由纵撕、堆煤、超温、洒水、停锁等组成。
系统控制的运行方式:
一、单机自动运行;二、集中自动运行;三、现场单机手动运行。
(1)集中自动运行:
接受启车和停车指令,并且按照启动、运行等的控制和监测。
(2)单机自动运行:
该操作方式下由工作人员根据生产要求,发出启车、停车指令。
(3)现场单机手动运行:
工作人员进行手动操作,主要用来检修试车。
系统的报警功能主要由三部分组成:
(1)故障的显示及报警、故障性质的识别。
(2)信号显示与报警,如电压、电流、温度等。
(3)文字显示:
显示各种信息。
由此,监控系统有其以下特点:
(1)实时性好、速度快、可靠性高。
(2)全分布式控制结构,系统有较高的安全性。
(3)通讯网络速度快、距离远、可靠性高。
(4)界面直观,操作方便,功能强大。
(5)布线方便,减少了电缆用量。
(6)维护方便,运行费用低。
(7)具有良好的抗湿热性、抗干扰性。
(8)系统具有良好的接地系统,接地电阻小于4Ω。
3.3带式输送机监控系统的软件设计
为了能够在带式输送机的监控系统与地面工作人员两面间创建完善的人机交互网络平台,并在系统运行发生异常状况时能够快速、正确的提示工作人员进行排除非正常状态,因此设计了带式输送机的上位机监控系统。
现场虚拟显示功能是通过实时监测到的实际工作状态用对应的符号模拟显示出来。
现场虚拟显示功能可实时准确的为工作人员提供系统的实际运行状况,以便于工作人员简单便捷的判断设备运行状况,从而能够及时有效的排除故障。
趋势曲线是输送机控制系统重要的显示功能,包括实时趋势曲线和历史趋势曲线。
实时趋势曲线是将电机监测值随时间的变化,用直角坐标系直观的显示出来。
实时趋势曲线能够显示随时间的变化而变化的变量,而历史趋势曲线需要用户根据条件查询才能查看。
为了监控对象的状态进行记录和分析,对收集到的数据存储和分析的需要,可根据需要数据报表打印的实际情况。
当系统出现报警时,系统报警显示界面中将自动显示报警名称、报警时刻和报警解除时刻等信息。
实际生产过程中的参数异常和故障信息都会储存在报警列表中。
该报警记录也可以查询和打印数据。
数据库查询功能是根据用户选择的查询,查询和显示模拟各种信息的范围,数据库查询功能的利用有利于带式输送机系统的使用和有效信息的充分利用。
4带式输送机监控系统的通讯
4.1现场总线通讯
4.1.1PROFIBUS的概念
进程现场总线PROFIBUS是对ProcessfieldBus的英文缩写。
PROFIBUS是应用于自动化车间监控和现场设备层数据通信与控制的一种现场总线技术。
它能够实现由现场级到车间级监控的数字控制和现场的通信网络,这样就成功的运用到工厂自动化和现场设备智能化。
4.1.2PROFIBUS的基本功能和特点
PROFIBUS的基本功能:
(1)传输技术:
双线电缆或光缆;
(2)总线访问:
对单或多主系统的支持,站点不能超过126;
(3)通信:
循环和非循环的主从用户数据传送;
(4)运行方式:
进行、清除、停止;
(5)数据同步:
输入和输出的同步。
PROFIBUS的特点:
(1)总线存取协议
PROFIBUS具有DP,PA、FMS三种协议,应用一致的总线存取协议。
数据链路层采用的是混合介质的存取方式,包括主从站令牌传递方式和主从方式。
(2)灵活的配置
根据对象的不同,可以灵活的选择不同的系统体系,包括单主站和多主站的系统或者混合系统。
(3)功能强大的FMS服务
FMS服务是对PLC、PC机的数据通讯系统进行处理,提供了大量的管理和通信服务,包含程序管理、程序调用和变量访问服务等。
4.2上位机的通讯
4.2.1通讯任务
本次毕业设计运用了PROFIBUS通讯方式,并且采用CP5611的通讯板卡实现了组态软件WinCC、Step7编程软件和PLC300间的物理连接。
WinCC变量管理器运行的参数通过通讯驱动程序的运行并完成,是运行参数的请求变量值。
4.2.2STEP7硬件组态
选择STEP7中的PLC的硬件,连接WinCC的对应端口,在连接之前要先把卡在Hardware上,指定的总线端口是MPI/DP型。
点击Properties,设置端口的地址是2,单击子窗口,一个PROFIBUS网络的建立,并设置参数:
(1)HighestPROFIBUSAddress默认为126。
(2)TransmissionRate:
所有站点的波特率要一致。
(3)Profile:
选用DP。
安装CP5611,并安装驱动程序。
4.2.3添加驱动程序和设置系统参数
打开WinCC工程,右键单击Profibus—SystemParameter—Profibus—Unit。
等待安装,完成后名为CP_L2_1。
4.2.4设置SetPG/PCInterface
进入个人计算机中的控制面板,应用CP_L2_1接入点,InterfaceParameterAssignmentUsed—CP5611—AccessPointoftheApplication—CP_L2_1—Properties—选用参数:
(1)Address
(2)TransmissionRate
(3)Profile:
选用DP。
诊断PROFIBUS网络:
点击Diagnostic,点击Test进行检测。
点击Read,显示站的地址。
4.2.5添加通道与连接设置
添加驱动连接,设置参数:
打开WinCC工程—PROFIBUS—NewDriverConnection—Connectionproperties—Properties—设置参数。
(1)StationAddress:
IP地址。
(2)RackNumber:
默认填入0。
(3)SlotNumber:
CPU中的号。
5带式输送机监控系统的界面设计
5.1控制主界面的设计
5.1.1控制界面
图5-1带式输送机控制主界面
此控制界面中,最上端为带式输送机系统的标题,下方为整个带式输送机系统的一个运行画面的展示。
所示范的带式输送机系统为较简单的一段式直线运输型胶带机,由驱动轮、从动轮、张紧轮和运输胶带构成。
现场画面的左下方为功能按钮区,包括操作记录显示按钮、历史数据显示按钮、故障记录显示按钮、报表打印功能按钮和系统退出按钮。
图5-2控制主界面功能按钮区
其右侧为系统状态显示区,包括正常运行和故障报警两种状态。
一旦发生故障,系统还可显示是何种故障类型。
图5-3控制主界面系统状态显示区
界面还展示了带式输送机处在何种运行方式,包括集控、就地、手动、检修、急停和闭锁。
图5-4控制主界面运行方式选择区
下方为系统运行实时数据的显示窗口,包括电机运行数据和皮带机运行数据两大类。
其中,电机运行数据主要是电机运行时的电压、电流和转速。
皮带机
运行的数据主要是皮带机运行时的速度、环境的温度、湿度以及煤仓煤位的高度。
图5-5控制主界面实时数据显示区
5.1.2实时曲线画面
趋势曲线包括其中实时和历史曲线两种形式。
实时趋势图像有电机运行数据和皮带机运行数据。
以时间为横轴通过直角坐标曲线,对垂直轴的模拟,并随着时间的变化来显示模拟量的变化。
通过历史趋势图画面用户可以查看一定时间范围内的模拟量的趋势图。
当设备发生故障时,通过查看历史趋势图可以帮助工作人员分析设备故障原因,提高设备维修效率,增加设备的无故障运行时间。
图5-6控制主界面实时曲线画面
5.1.3报警画面
报警画面是带式输送机监控系统重要的组成部分,其工作原理基与对设备参数运行的监控。
报警系统能够对系统中的报警值、站点启动与退出等进行记载。
实时报警界面中显示有:
报警日期、报警时刻、报警监测值、恢复值、工作人员等信息。
当报警信息出现时会用红色字体,显示报警内容和报警点。
图5-7控制主界面报警画面
5.1.4报表画面
报表画面为监控数据提供报表显示功能,由实时报表和历史报表组成。
实时
报表能够可以显示系统的各种实时数据,而用户可以通过报表的打印功能将自己需要的报表打印出来。
历史报表允许用户查询一定时间范围内的变量运行数值,数值以报表显示出来。
历史报表同样可通过打印功能打印出来。
用户查询历史报表数据时,在报表画面界面中,点击“查询”按钮,系统弹出查询条件选择窗口如图所示,用户在该窗口中可选择查询的变量,点击“确定”按钮后,系统自动显示查询结果。
图5-8控制主界面报表画面
5.2驱动装置监控界面的设计
5.2.1CST可控驱动装置的监控画面
图5-9CST可控驱动装置监控界面
CST可控驱动装置的监控界面如上图所示,最上方为驱动系统的标题,下方是CST可控驱动系统的图形展示。
系统的组成是驱动引擎、液压泵、减却泵、滚筒。
图5-10CST可控驱动装置展示区
画面的下方分别是实时数据显示区及系统状态显示区。
CST可控驱动系统的实时数据主要是油箱适时温度、冷却液的
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- 基于 组态 输送 监控 系统 设计