WINCC监控系统在绞车中的应用

摘要:顾桥矿副井绞车为JKMD多绳摩擦式新式立井绞车。电控系统主要由西门子S7PLC逻辑控制系统、C30传动控制系统及ABB闸控系统组成。目的:把提升机的各个参数,包括保护,在上位机上显示,实现全程监控。基于西门子PLC网络的WINCC监控系统具备状态显示、故障监测、数据归档的功能。具有操作简单、控制可靠、维护方便等特点,为副井绞车的正常运行提供了可靠的保障。实现对提升机的全程监控,包括电流、电压,速度,位置,故障类别,大轴温度,天轮温度,还有震动监测等。

关键词:WINCC;SIEMENS S7 PLC;PROFIBUS网络;MPI网络

中图分类号:U260文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)04-0956-02

1 系统概述

顾桥矿提升系统采用的是新式多绳摩擦式立井绞车,在系统性能及安全性上相对淮南矿业集团老区提升系统有了更高的要求。并且新式绞车相对于老式绞车在系统的自动化、信息的集中化程度上都有了很大的提高。顾桥矿副井绞车兼顾着上下人员、打排矸石、运送物件的功能,对于机电设备的运转情况要进行时事监控,出现故障的要及时发现排除。根据实际的安全、功能、工艺上的需求,我顾桥副井绞车采用基于上位机PC的WINCC监控系统基于PROFIBUS DP网络、MPI网络,对于绞车的运转情况及各传感器、继电保护装置进行时事监控。

2 组件配置

根据新式绞车电控系统的安全、功能、工艺上的需求,本系统硬件主要采用SIEMENS工控相关器件,即上位机PC集成CP5611数据卡与主PLC建立MPI网络通讯。

系统结构如图1所示。

工控组态软件WinCC是一个集成的人机界面(HMI)系统和监控管理系统,它是西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司强大软件功能的产物,WinCC是视窗控制中心(Windows Control Center)的简称。它包括图形设计器、报警记录、标记记录、报告设计器、全局脚本、控制中心、用户管理等功能,使其具有高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据管理。

3 软件设计

本系统中软件设计分为两部分,上位机与各PLC之间的网络组态以及上位机本身WINCC程序的设计。

3.1 网络组态

此系统在WINXP系统环境下运行,通过CP5611数据卡连接MPI口与主PLC相连,通过组态软件WINCC5.1提供的驱动程序与主PLC进行数据通讯,这种方式使通讯程序与组态软件构成一个完整的系统,保证了系统高效率的运行。

副井绞车电控系统主要采用基于西门子网络的PLC设备,网络结构由两种方式构成:MPI网络、PROFIBUS DP网络。

MPI网络:绞车主控PLC与车房信号PLC之间通过MPI网络构成通信。主控PLC与车房信号PLC之间通过全局数据的方式进行数据传输,其中主控PLC发送位为6B,接收位为15B。此外,上位机WINCC监控系统以及井口远程控制触摸屏也通过MPI网络向主控PLC采集数据。

PROFIBUS DP网络:绞车主控PLC(S7400系列)、车房信号PLC、井口信号PLC、井底信号PLC、井口操车控制PLC、井底操车控制PLC(均为S7300系列)通过PROFIBUS DP网络相连。三台信号PLC组成由车房信号PLC为主站,井底、井口两台信号PLC为智能从战的通信方式,设置以I20、O20为起始地址,字长20B的通信组态。

3.2 WINCC监控系统

通过WINCC监控系统对系统可进行绞车运行状态显示、故障监视报警,并且对于所需记录的运行状态及报警都可以进行归档记录。此系统主要由以下几部分组成:

1)监视画面:监视画面中主要用于显示绞车运转状况。如图2所示。

在WINCC“图形编辑器”主画面中绘出所需画面,主要对绞车运行状态进行监视,如速度、罐笼深度、电枢电流、井筒开关状态等。主PLC通过数/模输入模块、记数模块采集绞车的井筒开关状态、编码器数值等,以及通过PLC网络和INTERBUS板卡从C30采集的数据,经MPI网络传输给上位机,WINCC画面通过单个部件的组态来时间对PLC中存储位的监视。如图3所示。

本系统的设备比较多,要将所有的设备都显示在一张画面里是不可能的,所以将设备按照处理工艺的功能步骤分级在多张画面内,分为主画面、高压状态画面、主回路画面、动态曲线画面、报警画面。使用WinCC的脚本编程,在按钮动作中调用它的内部函数来实现不同画面之间的切换。首先,组态主画面,其中包括要显示的静态文本、OLE、所有的图形切换按钮及推出关机按钮。第二,在背景画面中插入“智能对象”中的“画面窗口”,并且使其的尺寸与其分级画面相同。第三,在相应的切换按钮的属性->事件->鼠标动作中编写如下C语言脚本代码。

2)状态曲线记录:针对绞车的运转情况,利用归档变量的形式对绞车的速度(包括测速机反馈速度、编码器计算速度)、电枢电流、磁场电流进行长期记录。如图4所示。

在过程控制归档中,将要归档的过程值(速度、电流、深度)在PLC块中编块,通过WINCC资源管理器将其作为原始数据变量发生到变量记录中,使用“短期归档”的形式将要记录的数据归档到主存储器中。

使用WINCC的曲线跟踪功能,既可以显示实时数据,也可查询历史数据。在WINCC的曲线跟踪功能中,可改变时间范围,也可对曲线进行局部放大查询,方便用户对数据的分析使用。但是WINCC的这种功能也有其自身的缺点,如数据采集周期太长,其最小时间为500ms,对于高速运行的绞车来说时间间隔太大,在实际运用中也遇到过如绞车出现“超速”故障时无法计算出具体超速时间,不利于精确分析故障。

3)报警记录:在此系统中利用WINCC报警记录归档的功能对绞车出现的各种故障进行归档记录。如图5所示。

在WINCC资源管理器中的“报警记录”中将所需记录的故障点进行组态,在“图形编辑器”中绘出“故障报警归档图”,然后在图中插入作为ActiveX控件的“故障报警消息”窗口,在运行系统中,报警记录检测来自控件过程控制系统的事件,并以归档变量的形式将其记录下来。

在煤矿现场安全是极其重要的,无论从那个角度讲我们应该利用一切手段减少故障的发生。在故障已经发生的时候,应该在第一时间通知相关人员有故障发生,并能及时查处故障。此控件不仅能能将出现的故障显示出来,而且还能将其进行归档整理,为绞车的检修人员提供了极大的方便。

4 结束语

随着淮南矿业集团新井的建设,新式绞车的正常运行与否直接关系到矿井生产的产量和质量。顾桥副井的基于西门子PLC网络的WINCC监控系统在绞车中的应用为绞车的正常运转、故障的监测与处理提供了强有力的保障。本套系统的这种功能以及操作简单、控制可靠、控制精度高的特点是老式绞车电控设备无法比拟的。本套系统在投入使用后,我副井绞车的各种人员又对其进行了不断的改进和完善,使之能完全符合副井高质量运转的要求。

参考文献:

[1] 谭长森,孙鹏,郭峰.基于PLC的矿井主扇风机自动监控系统的设计[J].工矿自动化,2007(6):106-107.

[2] 王华东,李世光,高正中.基于PLC和WinCC的井下泵房监控系统[J].工矿自动化,2007(6):51-52.

[3] 来存良,谭得健,胡省三,等.煤矿信息化技术[M].北京:煤炭工业出版社,2007.

[4] SIEMENS SIMATIC WINCC V5 手册.

注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文