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通風機現場數據采集與遠傳技術實現
發布日期:2018-06-26

 摘 要:本系統利用組態軟件Kingview 將現場數據采集歸檔并采用組態王WEB功能實現了將煤礦通風機在線監測數據并入因特網。本系統中,IO 服務器承擔數據采集并顯示、存儲報警信息、存儲歷史數據、管理用戶登等工作;WEB 服務器保存組態王發布的HTML 文件,傳送文件所需的數據,并為用戶提供瀏覽服務的站點,客戶端只需要安裝瀏覽器,通過URL 瀏覽網頁就可以及時掌握現場設備工作狀況。

1. 引言
礦井通風機是煤礦安全生產的要害設備,負責向井下提供新鮮風流以沖淡并排出井下的毒性窒息性和爆炸性氣體和粉塵,保證井下風流的質量符合國家安全衛生標準,形成良好的工作環境,防止各種傷害和爆炸事故的發生,它在礦井安全生產中占有非常重要的地位。據統計,煤礦事故70%以上是由于通風設備故障通風管理不善等原因造成的[2]。礦井設計時,往往把礦井主通風機分別布置在相距甚遠的、開采煤層走向東西翼或南北翼的不同地點,交通不力一便,信息不暢通,例如淮北、山西一些礦的主通風機離管理中心少則幾里路,多則十里。正因如此,導致了人工觀測和匯報間隔時間長、難度大、誤差多,在匯報、記求和統計的過程中,人為錯誤多,時間也有滯后,達不到實時、合理調度和管理的目的,給安全管理人員帶來極大不便,甚至導致判斷失誤,影響安全生產[3]。因此,將監測數據實時地發送到煤礦管理部門的計算機終端上的必要性越來越突出。

2. 系統總體框架設計
煤礦通風機系統一般有兩套,一套運行,另外一套備用,每隔一定的時間或者是遇到突發事件要進行一次倒機。針對此情況,在工業現場分別在兩個風機上面分別安置相應的傳感器,運行的那臺風機的參數通過現場總線傳遞給工控機。

在該系統中,采用了Kingview 組態軟件,通過該組態軟件提供的完善的工具,將現場數據采集歸檔,并采用B/S 結構體系實現了將煤礦通風機在線監測數據并入因特網,形成了能夠對通風機運行狀態進行遠程實時監測的系統。系統框圖[4]如圖1 所示。

2.1 組態王軟件簡介
KingView 是一套基于Windows 的32 位面向對象的圖形化HMI 應用程序生成工具,用于工業自動化、過程控制和生產管理監測。針對工廠環境下的所有輸入輸出信息,KingView提供了一個單一的、實時的、面向生產狀況的視窗。操作員能夠在一個屏幕上看到指示生產過程狀況的開關狀態、設備參數和警示信息。
(1)支持高分辨率彩色圖形顯示器,提供基于Windows 操作平臺下的圖形功能,畫面直觀、生動、形象。繪制各種工業過程畫面方便、簡潔,易形成友好的人機界面和圖形界面。
(2)可同時支持多個“報警服務器”,允許操作者能同時在多個遠程位置查看報警信息。基于同樣的原理,支持多個“歷史服務器”、“登錄服務器”和“校時服務器”。
(3)Web Server 技術能夠讓用戶通過桌面瀏覽器來查看生產狀況。這樣,無論企業管理者身處何地,都可以及時對生產進行跟蹤,對設備進行管理,對產量進行統計,對質量進行分析。
(4)強大的數據庫管理。該組態軟件的核心是幫助系統生成強大的應用系統數據庫,用于存儲各種系統數據,也可以方便地實現與外部設備的數據交換。
(5)超過1200 種設備驅動程序,可以方便靈活的與3200 多種設備進行通訊。所有的驅動都是標·準的:帶有時間標識和質量標識。支持基于電臺、GPRS、CDMA 等多種方式的無線通訊。

2.2 監測系統硬件設計與實現
整個系統由溫度傳感器、振動傳感器、位移傳感器、速度傳感器、風壓風量傳感器和數據采集卡、工控機等組成,框圖如圖2:

本系統利用智能振動位移速度傳感器分成兩組,分別對每一套通風機系統的風機軸、風機外殼、風機和電機連軸、電機軸、風機基座進行振動的檢測,傳感器內置的DSP 信號處理器對振動數據進行FFT(傅立葉變換)分析,并計算出加速度、速度、位移值。傳感器還可直接輸出時域和頻域的振動波形數據。這些數據通過485 總線送到上位機,上位機利用組態王接收數據并進行數據的顯示和動畫模擬。

系統利用智能溫度傳感器分成兩組,分別對每一套通風機系統的風機前軸、風機后軸和電機連軸、電機前軸、電機后軸進行溫度的檢測,并將溫度值通過485 總線送到上位機,上位機利用組態王接收各路溫度數據并進行數據的顯示。
安裝在風機上的風壓風量傳感器拾取信號并經前置放大到信號調理,對信號歸一化和低通濾波等預處理,最后由數據采集卡進行AD 轉換,轉換后的數據送給工控機,供組態軟件使用。
組態王軟件從各種傳感器、智能儀器、數據采集卡等設備中實時采集數據、發出控制命令的并監控系統運行是否正常。


2.3 監測系統軟件設計與實現
組態王擁有強大的圖形編輯功能,可以逼真地模擬現場的環境,以動畫的方式顯示監控設備的運行狀態,方便地構成監控畫面和實現控制功能,并可以生成報表數據庫、報警等功能。系統的功能模塊分為4 個部分。
2.3.1 風機現場流程圖總畫面
該模塊模擬現場風機以及其它相關設備的運行狀態,在畫面中以形象的信號點顯示方式及具體的數字量顯示方式表現出來,系統具體采集的相關參數和設備狀況有:風道風壓、風量、電機的電流、電壓、功率、效率、風機及電機的各種溫度、風機的振動等各種監測參數。
2.3.2 報表管理畫面
該模塊實現了對歷史數據的查詢和打印的功能,在系統中,選擇日期之后刷新就可以得到該天的數據報表,可以輸出包括設備狀況運行報表、故障報警實時報表以及設備操作報告和過程變量報告等,利用打印功能可以打印報表以供上報和備份,保證各種規范管理的需求。
2.3.3 系統故障報警畫面
當系統檢測到故障發生時,報警畫面自動彈出,對應報警點的信息就在報警畫面中顯示,提示是某種設備的報警類型等等,同時系統控制柜面板上的故障指示燈閃爍,電鈴發出報警音響。故障排除后,系統聲光報警自動解除。

2.3.4 數據遠傳模塊設計與實現
組態王WEB 功能采用B/S 結構,客戶可以隨時隨地通過Internet/Interanet 實現遠程監控,而遠程客戶端僅僅需要安裝IE 瀏覽器,在第一次瀏覽組態王畫面時會自動下載并安裝并保留在系統上,IE 客戶端獲得與組態運行系統相同的監控畫面,IE 客戶端和WEB 發布服務器保持高效的數據同步,通過網絡可以在任何地方獲得與WEB 服務器上一樣的畫面和數據顯示、報表顯示、報警顯示、趨勢曲線顯示等等,以及方便快捷的控制功能[1]。
(1)服務器模式選擇[1]
在實現WEB 功能前需將組態王的網絡配置選擇“聯網”模式。
(2)連接端口設置[1]
組態王軟件作為一個被IE 訪問的程序,在訪問的時候必需確定程序的端口。組態王WEB發布之前,在“頁面發布向導”對話框中設置連接端口(端口自行定義)。
(3)頁面發布與訪問[1]

在組態王中發布功能采用分組方式,可以將畫面分成按照不同需要分成多個組進行發布,每個組都有獨立的安全訪問設置,可以提供不同的客戶群瀏覽。
在客戶端,使用瀏覽器進行瀏覽的時候,只要輸入WEB 地址,地址格式為:http:發布站點機器名稱或者IP 地址:組態王定義端口號碼,就可以實時地監測風機現場的數據。


3. 結語
木文對煤礦風機設備監測現狀進行了總結和分析,以工控機和組態軟件Kingview 為核心,實現了對風機現場數據的收集歸檔,并通過組態王的聯網功能,采用B/S 結構體系實現了將煤礦通風機在線監測數據并入因特網,形成了能夠對通風機運行狀態進行遠程實時監測的系統。該系統能夠在生產過程中隨時掌握通風設備的運行狀態,改變了傳統的設備管理方式,提高了通風設備的自動化管理水平,有力地保證了通風機設備的經濟、可靠運行,為設備的管理和維修提供了可靠的科學依據。


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