通风机现场数据采集与远传技术实现
发布日期:2018-06-26

 摘 要:本系统利用组态软件Kingview 将现场数据采集归档并采用组态王WEB功能实现了将煤矿通风机在线监测数据并入因特网。本系统中,IO 服务器承担数据采集并显示、存储报警信息、存储历史数据、管理用户登等工作;WEB 服务器保存组态王发布的HTML 文件,传送文件所需的数据,并为用户提供浏览服务的站点,客户端只需要安装浏览器,通过URL 浏览网页就可以及时掌握现场设备工作状况。

1. 引言
矿井通风机是煤矿安全生产的要害设备,负责向井下提供新鲜风流以冲淡并排出井下的毒性窒息性和爆炸性气体和粉尘,保证井下风流的质量符合国家安全卫生标准,形成良好的工作环境,防止各种伤害和爆炸事故的发生,它在矿井安全生产中占有非常重要的地位。据统计,煤矿事故70%以上是由于通风设备故障通风管理不善等原因造成的[2]。矿井设计时,往往把矿井主通风机分别布置在相距甚远的、开采煤层走向东西翼或南北翼的不同地点,交通不力一便,信息不畅通,例如淮北、山西一些矿的主通风机离管理中心少则几里路,多则十里。正因如此,导致了人工观测和汇报间隔时间长、难度大、误差多,在汇报、记求和统计的过程中,人为错误多,时间也有滞后,达不到实时、合理调度和管理的目的,给安全管理人员带来极大不便,甚至导致判断失误,影响安全生产[3]。因此,将监测数据实时地发送到煤矿管理部门的计算机终端上的必要性越来越突出。

2. 系统总体框架设计
煤矿通风机系统一般有两套,一套运行,另外一套备用,每隔一定的时间或者是遇到突发事件要进行一次倒机。针对此情况,在工业现场分别在两个风机上面分别安置相应的传感器,运行的那台风机的参数通过现场总线传递给工控机。

在该系统中,采用了Kingview 组态软件,通过该组态软件提供的完善的工具,将现场数据采集归档,并采用B/S 结构体系实现了将煤矿通风机在线监测数据并入因特网,形成了能够对通风机运行状态进行远程实时监测的系统。系统框图[4]如图1 所示。

2.1 组态王软件简介
KingView 是一套基于Windows 的32 位面向对象的图形化HMI 应用程序生成工具,用于工业自动化、过程控制和生产管理监测。针对工厂环境下的所有输入输出信息,KingView提供了一个单一的、实时的、面向生产状况的视窗。操作员能够在一个屏幕上看到指示生产过程状况的开关状态、设备参数和警示信息。
(1)支持高分辨率彩色图形显示器,提供基于Windows 操作平台下的图形功能,画面直观、生动、形象。绘制各种工业过程画面方便、简洁,易形成友好的人机界面和图形界面。
(2)可同时支持多个“报警服务器”,允许操作者能同时在多个远程位置查看报警信息。基于同样的原理,支持多个“历史服务器”、“登录服务器”和“校时服务器”。
(3)Web Server 技术能够让用户通过桌面浏览器来查看生产状况。这样,无论企业管理者身处何地,都可以及时对生产进行跟踪,对设备进行管理,对产量进行统计,对质量进行分析。
(4)强大的数据库管理。该组态软件的核心是帮助系统生成强大的应用系统数据库,用于存储各种系统数据,也可以方便地实现与外部设备的数据交换。
(5)超过1200 种设备驱动程序,可以方便灵活的与3200 多种设备进行通讯。所有的驱动都是标·准的:带有时间标识和质量标识。支持基于电台、GPRS、CDMA 等多种方式的无线通讯。

2.2 监测系统硬件设计与实现
整个系统由温度传感器、振动传感器、位移传感器、速度传感器、风压风量传感器和数据采集卡、工控机等组成,框图如图2:

本系统利用智能振动位移速度传感器分成两组,分别对每一套通风机系统的风机轴、风机外壳、风机和电机连轴、电机轴、风机基座进行振动的检测,传感器内置的DSP 信号处理器对振动数据进行FFT(傅立叶变换)分析,并计算出加速度、速度、位移值。传感器还可直接输出时域和频域的振动波形数据。这些数据通过485 总线送到上位机,上位机利用组态王接收数据并进行数据的显示和动画模拟。

系统利用智能温度传感器分成两组,分别对每一套通风机系统的风机前轴、风机后轴和电机连轴、电机前轴、电机后轴进行温度的检测,并将温度值通过485 总线送到上位机,上位机利用组态王接收各路温度数据并进行数据的显示。
安装在风机上的风压风量传感器拾取信号并经前置放大到信号调理,对信号归一化和低通滤波等预处理,最后由数据采集卡进行AD 转换,转换后的数据送给工控机,供组态软件使用。
组态王软件从各种传感器、智能仪器、数据采集卡等设备中实时采集数据、发出控制命令的并监控系统运行是否正常。


2.3 监测系统软件设计与实现
组态王拥有强大的图形编辑功能,可以逼真地模拟现场的环境,以动画的方式显示监控设备的运行状态,方便地构成监控画面和实现控制功能,并可以生成报表数据库、报警等功能。系统的功能模块分为4 个部分。
2.3.1 风机现场流程图总画面
该模块模拟现场风机以及其它相关设备的运行状态,在画面中以形象的信号点显示方式及具体的数字量显示方式表现出来,系统具体采集的相关参数和设备状况有:风道风压、风量、电机的电流、电压、功率、效率、风机及电机的各种温度、风机的振动等各种监测参数。
2.3.2 报表管理画面
该模块实现了对历史数据的查询和打印的功能,在系统中,选择日期之后刷新就可以得到该天的数据报表,可以输出包括设备状况运行报表、故障报警实时报表以及设备操作报告和过程变量报告等,利用打印功能可以打印报表以供上报和备份,保证各种规范管理的需求。
2.3.3 系统故障报警画面
当系统检测到故障发生时,报警画面自动弹出,对应报警点的信息就在报警画面中显示,提示是某种设备的报警类型等等,同时系统控制柜面板上的故障指示灯闪烁,电铃发出报警音响。故障排除后,系统声光报警自动解除。

2.3.4 数据远传模块设计与实现
组态王WEB 功能采用B/S 结构,客户可以随时随地通过Internet/Interanet 实现远程监控,而远程客户端仅仅需要安装IE 浏览器,在第一次浏览组态王画面时会自动下载并安装并保留在系统上,IE 客户端获得与组态运行系统相同的监控画面,IE 客户端和WEB 发布服务器保持高效的数据同步,通过网络可以在任何地方获得与WEB 服务器上一样的画面和数据显示、报表显示、报警显示、趋势曲线显示等等,以及方便快捷的控制功能[1]。
(1)服务器模式选择[1]
在实现WEB 功能前需将组态王的网络配置选择“联网”模式。
(2)连接端口设置[1]
组态王软件作为一个被IE 访问的程序,在访问的时候必需确定程序的端口。组态王WEB发布之前,在“页面发布向导”对话框中设置连接端口(端口自行定义)。
(3)页面发布与访问[1]

在组态王中发布功能采用分组方式,可以将画面分成按照不同需要分成多个组进行发布,每个组都有独立的安全访问设置,可以提供不同的客户群浏览。
在客户端,使用浏览器进行浏览的时候,只要输入WEB 地址,地址格式为:http:发布站点机器名称或者IP 地址:组态王定义端口号码,就可以实时地监测风机现场的数据。


3. 结语
木文对煤矿风机设备监测现状进行了总结和分析,以工控机和组态软件Kingview 为核心,实现了对风机现场数据的收集归档,并通过组态王的联网功能,采用B/S 结构体系实现了将煤矿通风机在线监测数据并入因特网,形成了能够对通风机运行状态进行远程实时监测的系统。该系统能够在生产过程中随时掌握通风设备的运行状态,改变了传统的设备管理方式,提高了通风设备的自动化管理水平,有力地保证了通风机设备的经济、可靠运行,为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据。