基于PLC和WinCC的采煤機監控系統

王 鵬

（西山煤電（集團）有限責任公司多經煤焦銷售分公司， 山西 太原 030024）

引言

為了確保采煤機的正常運行，各煤礦均投入了大量的人力對采煤的運轉狀態進行監測，以確保采煤機工作時的可靠性，但該方案不僅人工勞動強度高，且效率低下，效果有限，也不符合現代煤炭生產中無人化值守的發展趨勢，因此本文對采煤機運行狀態實時監測系統進行了研究。

1 采煤機監控系統的整體設計

根據對采煤機監控系統的整體要求，我們提出了基于PLC和WinCC的采煤機監控系統，該監控系統的整體結構如圖1所示，在該系統中，為了確保其工作的穩定性，我們采用了工控機為上位機系統的核心單元，以WinCC的組態控制軟件為平臺基礎，通過標準協議接口實現了與PLC控制系統的有機結合，在工作中為了滿足遠程監控和控制功能，我們對系統的遠程訪問、控制組態模塊進行了組態配置，從而確保了該監控系統在工作中信息傳遞的精確性，既保證了工作效率又能有效地防止事故的發生。該監控系統的PLC控制器采用的是S7-300，以確保其與WinCC控制軟件的無縫交互，同時確保在煤礦井下惡劣工況下運行的穩定性[1-2]。

2 采煤機監控系統的組成

為了確保采煤機監控系統的可靠性，將采煤機的監控系統分為四個模塊，其相互作用共同確保采煤機監控系統的安全性和可靠性。

1）現場監控模塊。現場監控模塊是分布于采煤機上的各類的傳感器設備以及分布于巷道綜采面的各類檢測設備，如電流、電壓、溫度及瓦斯傳感器等，其主要作用是用于實時監控采煤機各部件的運行狀態和情況，并將收集到的采煤機運行狀態的各類數據信號進行匯總，上傳到控制模塊。

圖1 采煤機監控系統結構示意圖

2）控制模塊。采煤機監控系統的控制模塊是采煤機監控系統的核心，主要由電控系統、變頻器設備、信號轉換設備和PLC控制設備組成，在監控系統中其主要用于對從現場監控模塊傳輸的各類數據信號進行轉換和分析處理，在PLC控制系統內部設置有預控制程序，可以根據采煤機的運行狀態自動的進行相應的調整，確保采煤機運行的安全性，同時其也設置有現場控制器設備，用于井下控制人員根據煤礦井下的實際情況完成對采煤機運行的自定義的控制，同時為了確保控制模塊內信息傳遞及與上、下層設備間信息傳遞的及時性和準確性，在其內部采用了基于標準的現場總線控制技術，以滿足各類傳感器設備及控制設備之間的通訊，實現更復雜的控制要求[3]。

3）本地控制模塊。本地控制模塊也稱為HMI/SCADA控制系統，其主要作用是對下位機系統進行集中的控制管理，是聯系上位機系統的紐帶和橋梁，是采煤機監控系統實現自動化控制的不可缺少的部分，在采煤機監控系統中主要用于對采煤機運行參數信息的實時的分類、匯總、儲存，并將初步處理的數據進行歸檔、生成報表，同時可以根據控制中心傳輸的控制指令，將其轉化為相應的電信號傳遞給采煤機的控制系統，進而控制采煤機的運行狀態。

4）遠程診斷管理模塊。該功能是指將控制軟件系統的構造技術和現代化的網絡通信技術進行強強聯合，將系統收集到的采煤機的運行狀態信號與控制程序內的各運行狀態信號的區間進行對比，一旦發現監測信號超出設定值域或者邏輯運行功能與設定不符就會自動發出報警信號，同時客戶端可以對服務器中已經歸檔的數據信息進行調閱，給出初步的故障分析和處理措施，無需設備維修人員抵達一線即可完成對設備的維護和修復。

3 WinCC與PLC之間的通訊方式

采煤機監控系統在工作中Win CC的應用管理程序在從變量管理區中讀取數據時將以變量的形式進行，Win CC內部的通訊程序將信息通過數據總線系統傳遞給PLC控制系統，PLC控制系統接受到信號后進行應答，并將數值反饋給Win CC管理模塊，實現相互間的通訊[4]，其結構如圖2所示。

4 結語

通過對目前采煤機結構和控制要求的研究，著眼于未來煤礦機械設備自動化、無人化的發展趨勢，PLC和WinCC的采煤機監控系統不僅實現了對采煤機運行狀態的實時監控、對其運行數據參數的實時采集，而且實現了對采煤機的遠程監測和控制，極大地減輕了操作員的負擔，大幅提高了采煤機工作的可靠性和穩定性。

圖2 WinCC與PLC通訊原理圖