霍海波

摘要：為了對在線的通風機的運轉(zhuǎn)狀況進行全面監(jiān)控，基于PLC技術(shù)的通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)應運而生，它能夠?qū)︼L機的運行狀態(tài)進行實時反饋，有效地保障通風機的持續(xù)穩(wěn)定運行。本文主要就以PLC技術(shù)為基礎的通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)的組成進行了介紹，同時分析了監(jiān)控系統(tǒng)的運行原理和監(jiān)控機制，旨在為相關領域的研究人員提供一定的參考和幫助。

關鍵詞：PLC技術(shù);通風機;在線監(jiān)控系統(tǒng);應用探究

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）02-0236-02

在生產(chǎn)過程中，有害物質(zhì)以及粉末的大量存在對生產(chǎn)人員造成了極大的威脅，因此必須設置一定的通風系統(tǒng)來保證空間內(nèi)空氣流動，對有毒的氣體以及粉末等物質(zhì)進行消除。通風機是通風設備中最主要的構(gòu)成部分，若通風機出現(xiàn)了故障，那么會給生產(chǎn)過程造成嚴重的干擾。隨著信息科學技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)逐漸被應用在通風機的實時監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠?qū)νL機的實時狀況進行監(jiān)控，為生產(chǎn)過程提供極大的保障，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1 PLC技術(shù)概述

1.1 PLC結(jié)構(gòu)

在PLC系統(tǒng)當中，中央處理單元是最核心的部件。中央處理單元主要是用來接受并且存儲程序以及相關的數(shù)據(jù)信息、對用戶的語法程序進行檢測、及時診斷系統(tǒng)的故障、對相關的數(shù)據(jù)信息進行讀取并且存儲在對應的單元內(nèi)部，對整個用戶系統(tǒng)的算法進行分析，同時以運算規(guī)則為基礎進行數(shù)據(jù)處理。存儲單元主要涵蓋著系統(tǒng)自身的存儲器以及用戶的存儲器兩大部分的內(nèi)容，從本質(zhì)上來講，存儲單元的整體容量直接決定著PLC技術(shù)的運行狀態(tài)，系統(tǒng)自身儲存器當中的系統(tǒng)程序被存儲在內(nèi)存器中只能被訪問但是不可以被修改，用戶的存儲器主要是用來存儲各種算法程序計算出的數(shù)據(jù)結(jié)果。電源模塊實現(xiàn)了電流的轉(zhuǎn)化，使得外部的電流被轉(zhuǎn)化為PLC系統(tǒng)運轉(zhuǎn)所需要的電流。輸入以及輸出的設備是PLC系統(tǒng)與工廠設備的連接裝置，用于數(shù)據(jù)信息的顯示以及傳達。輸入模塊能夠?qū)㈤_關、轉(zhuǎn)換等狀態(tài)信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹行奶幚砥髂軌蜃R別的信號形式，當出現(xiàn)模擬信號時，系統(tǒng)會先將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，在傳輸給中心處理器進行數(shù)據(jù)處理。輸出板塊則可以顯示各種控制信息，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的狀態(tài)的有效顯示。拓寬模塊指的是對系統(tǒng)進行點數(shù)拓展的模塊，通信模塊則能實現(xiàn)PLC系統(tǒng)與人機系統(tǒng)等設備的有效連接，實現(xiàn)信號信息的傳輸，為PLC技術(shù)進行控制提供了條件。

1.2 PLC技術(shù)的特點

PLC技術(shù)的特點比較突出，首先是操作簡單、操作便捷，PLC技術(shù)所使用的編程語言也相對更簡單，系統(tǒng)進行研發(fā)的周期相對較短，在現(xiàn)場便于操作和調(diào)整，對系統(tǒng)運轉(zhuǎn)起到良好的推動作用;其次，PLC技術(shù)系統(tǒng)的整體性價比比較高，功能性相對更加強大，和同類型的設備相比表現(xiàn)出更加優(yōu)良的特性，能夠完成高頻次的操作。系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡進行有效結(jié)合，實現(xiàn)對設備的集成式控制，提高管理的集中性和統(tǒng)一性。同時，PLC技術(shù)的適應能力更強，經(jīng)歷過長時間的發(fā)展之后，PLC技術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)逐漸趨向于標準化、系統(tǒng)化以及模塊化。與之相關的設備也比較完善。結(jié)合相關的要求，對系統(tǒng)模塊進行合理化選擇，建立起不同的功能模塊。與此同時，PLC系統(tǒng)呈現(xiàn)出加強的負載能力，能夠與電磁閥等設備完成互動;除此之外，PLC技術(shù)表現(xiàn)出更高的可靠性。傳輸系統(tǒng)所使用的繼電器主要包括兩種不同的類型，分別為時間和中間。若是接觸點無法做到完全接觸，那么可能會導致一系列事故的發(fā)生。隨著PLC技術(shù)的應用與發(fā)展，其使用相關的軟件系統(tǒng)逐漸代替了繼電器設備，在整個系統(tǒng)中依然保留的設備是信息的輸入以及輸出的硬件系統(tǒng)。整個體系表現(xiàn)出比較強的抗干擾能力以及較強的可靠性，即便是處于電磁干擾強度比較大的工業(yè)園區(qū)也能被直接應用。

2 系統(tǒng)設計

整個生產(chǎn)系統(tǒng)需要基于安全生產(chǎn)這一強大的基礎，安排專門的人員對相關的設備進行管理。借助定期檢查的方式來保證通風系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?？v觀目前的實際工作，該管理形式依然存在著各種不足，無法對相關的通風設備進行有效監(jiān)控，在通風系統(tǒng)出現(xiàn)故障時無法及時對其進行處理，導致通風系統(tǒng)出現(xiàn)問題，影響正常生產(chǎn)。而在PLC技術(shù)基礎上建立起的通風系統(tǒng)進行實時監(jiān)督，對其中存在的故障及時進行處理，提升整套通風系統(tǒng)的運行質(zhì)量。

2.1 系統(tǒng)整體設計

結(jié)合企業(yè)的實際生產(chǎn)狀況以及實際情況，借助相關的信息傳輸設備及其平臺，建立起三個不同層次的監(jiān)控體系，即現(xiàn)場設備監(jiān)控、中間信息傳輸以及后臺處理。三個層次的設備相輔相成、有效配合，為通風設備的運行狀況進行實時監(jiān)控。

2.2 PLC集成控制系統(tǒng)

2.2.1 硬件系統(tǒng)設計

在企業(yè)現(xiàn)場，一般會準備兩臺及以上的通風機。為了保證生產(chǎn)過程的正常進行，一臺通風機作為備用機。系統(tǒng)的關鍵之處在于S7-300，信息采集以及控制系統(tǒng)分別對應兩個不同的專業(yè)模塊。在DI模塊的輔助下，系統(tǒng)能夠?qū)Ω鱾€開關形式的變量信息進行有效手機，系統(tǒng)會對操作臺的狀態(tài)進行有效指示，控制風門的啟動以及停止，也能夠?qū)崿F(xiàn)對電機啟動和停止的有效控制。在AI模塊的輔助下，整個系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N類型的模擬信號進行傳導，對應用范圍內(nèi)的標準形式的信號進行運用。借助CP340技術(shù)，系統(tǒng)能夠提供相對標準的接口，借助通信的形式來對現(xiàn)場的設備信息進行有效采集。

2.2.2 軟件設計

在對PLC控制形式的元器件進行設計的過程中，需要充分考慮其是否能夠持續(xù)穩(wěn)定運行，在考慮其拓展的性能，提升其適用性。整個系統(tǒng)中涵蓋著多重類型的程序，比如電力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模擬系統(tǒng)等等比較初級的系統(tǒng)化設備。再遵循先后順序?qū)Σ煌哪K進行掃描，實現(xiàn)對相應信息的有效手機。這些信息會匯總到同一地點，專家對這些信息進行分析，以便于及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)當中存在的問題，比如軸承承載過強等等，通過對供電參數(shù)的分析來識別系統(tǒng)中的問題，比如電線老化等等。最后被鑒定的結(jié)果會被顯示在相應的操作界面上。如果操作人員發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)的異常情況，則能夠?qū)ζ溥M行緊急處理，避免其造成更加嚴重的事故以及不必要的損失。除此之外，將預留程序的接口進行中斷處理能夠有效地應對反風操作的狀況，借助這樣的方式保證系統(tǒng)的順利送風，為生產(chǎn)的正常進行提供保障。

2.2.3 通信系統(tǒng)設計

整個監(jiān)控系統(tǒng)主要涵蓋著兩種類型的程序系統(tǒng)，分別是供電開關參數(shù)采集程序以及外界溫度檢測子程序，借助相關的協(xié)議內(nèi)容，監(jiān)控系統(tǒng)的波特率被設定為一個特定的數(shù)值。對于已經(jīng)收集到的數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)能對數(shù)據(jù)進行整理和分析，借助相對完善的信號收集以及發(fā)送的程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的有效傳輸。與此同時，在系統(tǒng)設計的過程中，可以添加太網(wǎng)通訊的模塊，與R5模塊相結(jié)合，實現(xiàn)與中心站的有效對接，更有利于提升控制的有效性以及集中性。

2.3 中心站軟件設計

這一軟件的設計是基于組態(tài)王的形式實現(xiàn)的，操作界面整體上清晰度非常高，每項圖標都隱藏著強大的功能性，這也為二次開發(fā)提供了前提和機會。工作人員可以借助這一軟件集安息來實現(xiàn)對通風系統(tǒng)的實時監(jiān)控，有效獲取系統(tǒng)的運行參數(shù)、電機等設備的運行系數(shù)以及溫度濕度等信息，為相關人員及時掌握通風系統(tǒng)的運行狀況提供了可能，便于維修人員及時對通風設備進行維修處理。

3 通風機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控要點

基于安全的考慮，將通風機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控要點分為了以下幾類，分別是溫度、風壓風量、振動、風機的啟停、電參數(shù)等。對溫度進行檢測主要是涵蓋著對電機軸承溫度以及定子繞組的溫度進行檢測等內(nèi)容;通過相關公式的轉(zhuǎn)化，對風壓風量的檢測被轉(zhuǎn)變?yōu)閷︼L速的檢測;振動的檢測主要指的是對風機橫向以及縱向的振動值進行實時檢測，振動過大可能意味著風機內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了異常，是有效的風機性能指標;風機啟停狀態(tài)檢測指的是對風機處于啟動或者停止的狀態(tài)進行有效監(jiān)控;除此之外，監(jiān)控的主要數(shù)據(jù)信息還包括電參數(shù)數(shù)據(jù)、瓦斯?jié)舛戎笖?shù)檢測以及風門位置的檢測等。

3.1 溫度監(jiān)控

溫度傳感器可以優(yōu)先選擇鉑電阻傳感器，這一傳感器能夠在中低溫區(qū)內(nèi)發(fā)揮作用，也能對常溫狀態(tài)的物體進行溫度檢測，測量的精度比較高、性能強，耐酸堿，在工業(yè)上得到了廣泛的運用。這一溫度傳感器通過三根截面積與長度都相同的導線，對鉑電阻進行測量，通常情況下測量的電路是不平衡的電橋裝置。鉑電阻是整個橋臂當中的一個電阻，將三根導線中的一根連接到電源處，另外兩個分別連接到帶有鉑電阻的橋臂以及處于相鄰位置的橋臂上，此時的橋臂處于平衡的狀態(tài)下，這能夠從根本上消除導線的電阻對傳感器數(shù)據(jù)精度的負面影響，提升傳感器傳感數(shù)據(jù)的準確性，有助于提升整個PLC系統(tǒng)的性能，為生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供更好的指導。

3.2 風壓風量監(jiān)控

通風機的風壓和風量是對通風機運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行規(guī)范以及指導主風機配置的重要參數(shù)之一。所以，對通風機的風壓以及風量進行監(jiān)控是具有重大意義的。

風壓風量傳感器是在卡門渦街原理以及超聲波檢測原理的基礎上建立起來的?？ㄩT渦街原理指的是在一定的流場當中，垂直地插入一根非流性的阻力體。在雷諾系數(shù)處于一定范圍內(nèi)時，當流體流經(jīng)阻力體時會呈現(xiàn)出相互交替的渦流狀態(tài)。超聲波原理即借助超聲波來對風速狀態(tài)進行感知，并且相應的傳感器會其轉(zhuǎn)化為實時的數(shù)據(jù)傳遞給顯示界面，便于相關人員對風壓以及風量狀態(tài)進行檢測，發(fā)現(xiàn)異?？梢约皶r進行處理和調(diào)整，保證系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

3.3 振動檢測

對通風機進行振動檢測的主要設備為振動傳感器。一體化的振動傳感器與精密的電路連接在一起，組成了精度較高的振動檢測系統(tǒng)，這一傳感器能夠直接與PLC系統(tǒng)連接進行使用。在它處于工作狀態(tài)時，只需要為其提供二十四伏特的電源即可，整個系統(tǒng)容易安裝，方便維修，這些優(yōu)勢使得這一振動傳感裝置成為工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的寵兒。在監(jiān)控系統(tǒng)中，需要對通風機的電機進行橫向以及縱向的振動數(shù)據(jù)進行獲取，通常情況下，傳感器被安裝在電機的基座上。一體化的振動傳感器是基于高頻磁場以及渦流效應等原理制作出來的。當傳感設備被安裝時，需要將探頭盡可能與電機基座的位置靠近。當振動出現(xiàn)時，設備與傳感器之間的距離會不斷發(fā)生變化，這也就會反應在電壓的變化上。這些電壓的變化信號將會被放大器處理且進行放大之后傳輸給終端顯示設備。對此，只需要在程序上對電壓的限度值進行設定，當傳輸?shù)碾妷褐党^設定值時，系統(tǒng)就會報警，此時操作人員可以在操作界面上看到這些報警反饋信息，及時對電機的運轉(zhuǎn)狀況進行檢查，若是發(fā)現(xiàn)故障點，會及時聯(lián)系維修人員進行檢修。若暫時無法發(fā)現(xiàn)明顯的故障并且報警狀態(tài)持續(xù)存在，那么需要對電機進行停止操作，啟動備用的電機。以這樣的方式來充分保證通風機一直處于良好的運轉(zhuǎn)狀態(tài)中，為密閉的空間進行持續(xù)送風，這對于保障人員安全、提升企業(yè)經(jīng)濟效益都起到很大的幫助。

4 結(jié)束語

實踐表明，基于PLC技術(shù)的通風系統(tǒng)的監(jiān)控設備不僅功能強大，整體配置更加靈活，也能夠?qū)崿F(xiàn)更好的延展性，整體的維護難度比較低。整個PLC系統(tǒng)能夠?qū)︼L機設備運行狀況進行實時監(jiān)控，便于及時發(fā)現(xiàn)其中所存在的問題以及安全隱患。同時監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對電機啟停得有效控制，在一定程度上促進了通風機安全性能的提升，保證了整個系統(tǒng)的安全性，降低了因通風機出現(xiàn)故障而出現(xiàn)安全事故的概率，保障了人員安全以及生產(chǎn)過程的順利進行。

參考文獻：

[1] 周永杰.PLC技術(shù)在煤礦通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].煤炭與化工，2018，41（08）：104-106.

[2] 張健.PLC控制技術(shù)通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)應用探討[J].能源與節(jié)能，2018（03）：21-22+86.

[3] 于樂泉.基于PLC控制技術(shù)的通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)[J].中州煤炭，2016（08）：38-41.

[4] 張國棟，祁瑞敏.基于PLC礦井主通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].煤礦機械，2016，37（08）：165-166.

【通聯(lián)編輯：光文玲】