基于组态王Kingview和PLC的通风机监控系统

梁腾 孙伟 王继通 孙启迪

【摘 要】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Kingview的环境下，使用西门子S7-200系列PLC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，从而实现了通风机的无人值守。

【关键词】基于组态王Kingview PLC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Kingview软件和西门子s7-200系列PLC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、安全性。

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FBCDZ NO22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 S7-200及EDA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Kingview开发的用户应用软件，中间控制层通过RS485（Mod bus）协议和 MPI协议与测量控制层通讯：通过MPI协议与S7-200 PLC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。

MPI是多点接口（Multi Point Interface）的简称，是西门子公司开发的用于PLC之间通讯的协议。MPI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。MPI通信可使用PLC S7-200/300/400、操作面板TP/OP及上位机MPI/PROFIBUS通信卡，如CP5512/CP5611/CP5613等进行数据交换。通过PROFIBUS电缆和接头，将PLC S7-300/400的CPU的MPI编程口及S7-200 CPU的PPI通信口相互连接，以及与上位机网卡的编程口（MPI/DP 口）通过PROFIBUS或MPI电缆连接即可。MPI的通信速率为19.2K～12Mbit/s ，但直接连接S7-200CPU通信口的MPI网，其最高速率通常为187.5Kbit/s。在MPI网络上最多可以有32个站，一个网段的最长通信距离为50米，更长的通信距离可以通过RS-485中继器扩展。MPI允许主-主通信和主-从通信，每个S7-200CPU通信口的连接数为4个。MPI协议不能与一个作为PPI主站的S7-200CPU通信，即S7-300/400与S7-200通信时必须保证S7-200 CPU不作PPI主站，Micro/WIN也不能通过MPI协议访问作为PPI主站的S7-200CPU。S7-200CPU只能做MPI从站，即S7-200CPU之间不能通过MPI通信，只能通过PPI通信。

通过RS485与eda测量模块的通讯，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OPC协议接入集控室，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STEP 7- Micro/WIN开发的PLC控制软件，集中控制部分采用由Kingview开发的监控软件，opc link通讯软件及intouch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20min运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PLC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。系统将报警信息存入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， Kingview 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] 组态王Kingview使用手册[M].北京亚控科技发展有限公司，2006.

[2] 矿用主通风机自动化控制系统的研究.山科大，2009.

[3] 基于MCGS矿用主通风机在线监测与控制系统[M].机械设计与制造，2009.

[4] 西门子plc通讯协议[M].豆丁网，2013.