基于PLC的煤仓智能监测系统

本文是基于PLC开发的安全监测系统，具有通用性强、可靠性高、模块化设计等特点，系统由PLC、触摸屏、上位机、各种检测模块以及交换机组成。本监测系统可对煤仓内部的温度、烟雾、可燃性气体的浓度、煤炭的料位高度进行检测，PLC将得到的数据通过触摸屏显示，并且通过以太网传送给上位机，利用组态王显示报警画面、趋势曲线、实时监控数据等。同时可以接入企业以太网实现信息化处理。

【关键词】PLC 煤仓 智能 监测

国内外建造的大型煤仓由于设计、施工以及运行管理不妥善，导致煤仓会多次发生各种事故。这要求各个国家设计建造煤仓时，对煤仓安全给予高度重视。基于PLC的煤仓智能安全监控系统的主要目的是保证煤仓的安全稳定运行。煤仓一旦发生事故，就有可能威胁到整个工厂的运行和安全。因此建成检测与控制相结合且维护费用较低的智能煤仓意义重大。

1 系统功能设定及方案确定

在工业场合中，基于PLC的煤仓智能安全监控系统具有采集功能、自检功能、控制功能、上位机显示功能以及触摸屏显示功能。跟据以上系统所需实现的功能，确定煤仓智能安全监控系统结构框图。

根据控制系统工作过程确定煤仓智能安全监控系统所需实现的功能：

1.1 自检功能

包括每24小时自检和手动自检。

1.2 数据采集功能

完成温度、气体浓度、煤炭高度等数据采集。

1.3 数据显示

在触摸屏上显示各个模块采集到的数据，并能够显示通信中断、传感器故障的功能。

1.4 工业以太网通信功能

PLC与交换机之间、交换机与主站之间进行数据传送。

2 监控系统编程设计

2.1 PLC程序编程

程序初始化通信系统与定时系统，PLC将通过Modbus协议收集相关设备采集到数据，再将采集到的数据传送到交换机与触摸屏中，再通过以太网将交换机得到的数据传送给上位机中，触摸屏与上位机显示相关数据。

系统开始上电，立即对系统进行初始化，当24小时自检时间到或者手动自检的时候，将PLC收集到的数据与数据上限值比较，如果自检出现故障，则系统将发出故障信号并停止工作，如自检无故障，则传感器将采集到的数据通过 CM01通讯端口传入 CPU中， CPU完成对信号的滤波处理和故障预测。如果采集到温度值超过数据上限，则在触摸屏与上位机中点亮故障位置处的指示灯。当雷达料位计以及射频导纳料位计检测到煤仓内部的煤炭的存储数量超过设定值时，将点亮故障指示灯以及进行报警。当检测到的可燃气体（CO、O2、CH4）的浓度超过设定值时，系统将自动启动电磁阀，将惰性气体填充到煤仓中，以防止煤仓内部发生爆炸。

2.2 组态软件设计

组态王软件支持可视化的操作界面，真彩显示图形、动画链接，可对画面进行存储，以便后期进行分析或打印。强大的事件处理功能支持实时、历史数据的分布式存储，能够实现复杂的逻辑操作与决策处理。可以发布实时数据并且保存历史数据，可与常见的PLC设备连接。

组态王与S7-200 Smart PLC通信：

2.2.1 新建项目

打开组态王软件，按照项目新建指导建立项目。

2.2.2 设备配置

在设备一栏中找到并点击COM1，新建一个设备配置向导，选择PLC找到s7-200 Smart（TCP），选中后点击下一步选择网口和通讯地址，COM口值随便选择一个即可。设置以太网地址时，其规则如下所示：IP地址：槽号：CPU地址，例如192.168.2.1：0。下一步设置通讯参数时，使用默认参数即可。点击下一步显示已创建新的设备信息及通讯方式，没有问题之后点击完成按钮。下一步是对已创建的设备进行设备连接测试，点击设备测试按钮，测试无误后，设备的配置就全部完成了。

2.2.3 建立新变量

在数据库栏中找到数据词典并打开，点击新建变量，变量的类型选用I/O离散。连接设备选项选择上一步已经建立的设备，一个新的变量就建好了。

2.2.4 设计画面

单击画面按钮，选择第一步新建的画面，双击打开。打开图库，选择要用的对象，点击画面中的按钮，找到上一步新建的变量，选中后按确定按钮，根据实际情况选择动作和执行条件，选择完后点击确定按钮。此时这个按钮与PLC就通讯成功了。

2.3 触摸屏显示

触摸屏与PLC通信使用PPI通信。通过EB8000 Project Manager 设计界面并下载到触摸屏中，将需要显示的数据在PLC中地址与界面中的元件地址相对应的，触摸屏则可以显示PLC相应地址里的数据。

触摸屏界面设计时，首先设定用户登录界面，界面一显示气体探测器检测到的CO、O2、CH4等可燃气体的浓度，一旦可燃气体的浓度超过设定值，故障指示灯将被点亮，设置故障消除按钮进行故障消除。界面二显示射频导纳料位计和雷达料位计检测到的数据，当煤仓内的煤炭的位置超过预设值时，故障指示灯将被点亮，设置故障消除按钮进行故障消除。界面三显示8路、16路温度传感器按钮，按下后显示8路、16路缆式传感器采集到的温度数据。界面四显示报警信息。

3 系统搭建

为了让操作者能够真实、可靠地掌握煤仓内部运行的情况，设计了煤仓智能安全监控系统以便对煤仓内部的实际情况进行实时监控。当煤仓内部的实际温度超过人工预设值时，触摸屏和上位机都要显示故障并显示故障位置。当煤仓内的可燃性气体浓度超过事先预设值时，系统将自动启动电磁阀，释放存储的惰性气体，以防止煤仓内部爆炸情况的发生。本监控系统还需要实现24小时自动检测和手动自检的功能。故煤仓智能安全监控系统则需要PLC、触摸屏、上位机、各种检测模块以及交换机。

温度实时监测由温度采集模块和温度巡检仪两部分组成；烟雾探测器监测粉尘浓度；可燃气体浓度监测模块实时监测CH4、CO、O2三种气体的浓度；料位高度实时监测模块包括雷达料位计、射频导纳料位计。

将巡检仪以及温度采集模块接入SB COM1中，在接线应注意需要将通信线A、B反接，巡检仪采用交流220V供电，温度采集模块采用开关电源提供24V直流电。当射频导纳料位计测量值与预設值相同，或者当烟雾探测器检测到的浓度超过气体浓度上限值，或者当气体压力传感器检测到煤仓里气压过高时，对应的开关将接通并进行报警显示。整个硬件系统搭建完毕。

参考文献

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[2]王琳.PLC在煤化工输煤程控系统中的应用[J].石油化工自动化，2011（03）.

[3]杨丽娟.输煤程控系统与简仓安全监控系统的整合[J].自动化仪表，2010（08）：48-51.

作者单位

中国矿业大学 江苏省徐州市 221000

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