基于Win CC的煤炭机械化采制样监控画面工程设计

煤炭机械化采制样系统是当前国际、国内贸易和企业现代化管理过程中采取煤炭样品的1种自动化控制设备，其能够确保煤炭检验结果的客观、准确，并有效消除人工采制样的误差[1]。以下结合神东上湾装车站皮带中部采制样系统，详细介绍组态软件Win CC的设计开发。

1 系统设计

系统上位机选用西门子工控机IPC547，PLC采用西门子公司的S7-300型PLC，基于SIMATIC Win CC上位机监控软件，设计友好的人机交互界面，使得用户在中央控制室就可对整套煤炭机械化采制样流程进行监控。组态软件Win CC在煤炭机械化采制样系统的应用能够真正意义上实现采制样系统的监控管一体化，很大程度上提升了煤炭机械化采制样的自动化水平。

1.1 视窗控制中心(Win CC)

SIMATIC Win CC(Windows Control Center)即为视窗控制中心，是西门子在自动化领域中的先进技术和Microsoft的强大功能相结合的产物[2]。

Win CC能很好地运行于个人计算机环境，用户可在其友好的界面下进行编程、组态和数据管理，并可根据用户需求设计组态画面以实现系统操作、监控、报警信息显示、实时数据存储、报表打印等功能。Win CC的整体开放性是其另一优点，可方便地与其它软件和用户程序很好地结合在一起，实现用户更加全面的需求，形成良好的人机交互界面[3]。

1.2 系统工艺流程介绍

皮带中部采制样系统的工艺流程如图1所示。初采器安装于装车主皮带上方，初采器前端安装物料检测传感器，当检测到主皮带煤流合适时，初采器电机驱动铲斗从运行的主皮带上侧全断面截取初级子样。初级子样经输煤溜管进入一级皮带输送机，将煤流整型拉长，而后均匀地进入一级锤式破碎机，将煤样破碎至粒度≤50 mm后进入下级皮带缩分机；皮带缩分机将煤流整型拉长，形成均匀不间断的煤流，位于缩分皮带机上侧的分析样切割器按系统设定的时间间隔全断面截取煤样落入二级锤式破碎机，其余弃样经输煤溜管进入弃样皮带机。分析样切割器截取的煤样经二级破碎机破碎至粒度≤13 mm，进入旋转缩分器进行二次缩分，缩分所得分析样进入自动封包机后进行自动封包喷码，弃样进入弃样皮带机，经斗式提升机返回装车主皮带[4]。

  

图1 煤炭皮带中部采制样系统工艺流程图

1.3 控制方案设计目标

根据煤炭机械化采制样系统控制要求，控制系统分为现场单体就地控制、控制室单体远程控制、控制室系统全自动集中控制。现场机旁操作箱、限位传感器、料流监测传感器等监测的数据和各设备的空开、热继电器、接触器等的状态位置参数经过PLC和通讯总线传送到上位机，上位机和PLC内部程序对采集到的数据进行分析处理，发出控制指令完成对系统的的集中控制[5]。给料皮带机各种操作代码设计及监控界面如图2～图4所示。

  

图2 给料皮带机运行状态显示及操作界面

  

图3 给料皮带机运行状态代码设计

设备状态界面如图8所示，具体显示设计如下。以“初采器热继”为例，选择代表热继状态的圆弧曲线，点击右键→属性→其他→显示→动态:事件名称“变量”，表达式“S7$程序[2]/初采器-热继”，当初采器处于接通状态时，变量为1，圆弧曲线显示；当初采器处于断开状态时，变量为0，圆弧曲线不显示。

沈侯尝了一口，“不错！你们女生可真能折腾，我们男生就用开水泡一泡。”因为锅很小，一次只够煮一包面，颜晓晨开始给自己下面，沈侯一直等着。颜晓晨说：“你怎么不吃？方便面凉了就不好吃了！”

系统的报警画面采用了Win CC中自带的模板进行设计，报警信息显示报警发生的日期、时间以及对应故障设备、故障点。通过Win CC自带的故障记录对系统内故障点进行添加:“消息变量”对应S7程序内设备故障的二进制变量，“消息文本”对应发生故障的设备，“故障点”对应设备发生故障的类型及原因，例如空开故障、热继故障、传感器故障等。当系统发生故障时，报警窗口就会显示出详细的报警信息，为故障准确、快速的处理，系统及时恢复提供有力的技术保证。系统报警界面如图6所示，Win CC故障记录如图7所示。

2 监控界面设计

2.1 监控主界面

在高速公路桥梁施工伸缩缝结构处理的前期，施工技术部门要结合施工图纸和具体操作流程进行系统化技术交底，并且要对伸缩缝异行边缘的顺直程度以及平整度等进行统筹分析，关注缝隙之间的间隙结构，从而提升施工流程的基本效果。最重要的是，在施工过程中，技术部门要对机器进行集中筛查，合理提升设备配备的完整性，也为公路桥梁质量管理优质性奠定基础。

主界面主要显示整套皮带中部采制样系统中的煤样的采集、破碎、缩分等处理流程，以及系统内所有设备的运行情况反馈。画面右下方设置有报警窗口，当系统内发生故障时，相应的报警信息就会在报警窗口中进行显示。通过界面能够非常直观地显示出系统内设备的状态信息，给料皮带机运行状态显示及操作界面如图5所示。

具体单体设备操作设计如下，选择“正”，点击右键→事件→鼠标→按左键→直接连接:当点击鼠标左键时，设置变量“S7$程序[2]/给料皮带-手正”为1，则使得给料皮带机正转运行。

  

图4 煤炭皮带中部采制样系统监控主界面

  

图5 给料皮带机远程操作代码设计

在主界面选择按钮“设备状态”时，显示系统内所有设备的状态，包括现场操作箱的“远程”“就地”位置状态，设备电路中空开、热继电器、接触器的位置状态，设备现场监测传感器的信号状态等。

以给料皮带机为例:当机旁箱选择开关处于远程位置时，“远程”显示为绿色，处于就地位置时显示为灰色；设备处于正常运转状态时，“状态”显示为绿色，处于停止状态时显示为灰色；当该设备发生故障时，“状态”显示为红色闪烁(此处所述颜色以现场实物为准)。当设备处于“远程”状态时，可通过“正”、“停”、“反”操作按钮实现给料皮带机的正转运行、运行停止、反转运行。具体显示设计如下，选择“状态”显示，点击右键→属性→颜色→背景颜色→动态:事件名称“变量”，表达式:“GeiLiao_Zheng︱GeiLiao_Fan”，当给料皮带机正转或反转时，变量为1，“状态”显示为绿色，表示该设备处于正常运转状态。

2.2 报警画面设计

试验于2017年在皋兰县黑石镇中窑村进行。皋兰县位于甘肃省中部，兰州市北部，地理坐标东经103°32′～104°14′、北纬 36°05′～36°51′。土壤以灰钙土为主，呈偏碱性，碳酸盐含量高，pH值为7.5～8.2。年平均气温7.1℃，≥0℃活动积温3 340℃，≥10℃活动积温2 798.3℃，年日照时数2 437～2 793 h，年平均无霜期144 d，年平均降水量266 mm，年平均蒸发量1 807 mm。具有昼夜温差大，病虫害发生轻的优势，是生产玉米的理想产区。试验地块平坦、整齐，肥力均匀，土壤为灰钙土类，灌溉方便，前茬作物为啤酒大麦。

  

图6 系统故障报警信息显示界面

  

图7 Win CC故障记录

2.3 设备状态显示

1.3 图像后处理 采用GE公司提供的后处理工作站的Functool 9.4软件进行后处理，进行相位校正、基线校正、ppm转换后获得1H-MRS中各代谢物在波谱线中的峰下面积。在1H-MRS的图像中，横坐标表示共振频率，单位为ppm，纵坐标表示信号强度。以肌酸(Cr)为参考标准，将其他化学物质峰下面积与Cr峰下面积相比，计算右侧基底节区的乙酰天门冬氨酸/Cr(NAA/Cr)、NAA/胆碱(NAA/Cho)、乳酸/Cr(Lac/Cr)比值。

在上位机操作界面中分为主监控界面、单体设备控制、报警信息显示、设备状态显示及历史数据查询等，用户可在中央控制室内监测当前系统各设备运行状态，实时掌握采样数据，并能够对设备故障进行实时处理。

如图3所示，支撑系统应在支盘施工开始前支设完毕，并且确定上下护壁支撑牢固，支撑系统不会影响钢筋笼的吊放及人员施工的安全。

  

图8 设备状态显示界面

初采器热继状态显示代码设计界面如图9所示。

  

图9 初采器热继状态显示代码设计

2.4 历史数据查询

系统采样完成后，会进行数据数据存储。系统会将所采样品编号、系统开始时间、系统结束时间、采样个数和其它装车参数存入相应的每一行的剩余位置。在做历史查询时，可按照 “时间”对采样数据进行查询。历史数据查询界面如图10所示。

3 结 语

该监控系统基于组态软件Win CC设计开发，配套服务于神东上湾装车站皮带中部采样机。2016年12月竣工交付使用至今，系统运行稳定、可靠，操作人员不必亲临生产现场就可获取重要生产数据和设备运行状态，可远程实时监测、控制系统，极大地提升了煤炭机械化采制样的效率。

  

图10 历史数据查询界面

参考文献:

[1] 谢恩情.煤炭机械化采样方案的确立[J].煤质技术，2005(4):46-49.

[2] 杨路明,雷亚军.组态软件Win CC在自动监控系统中的应用[J].计算技术与自动化,2003(4):21-24.

[3] 韦映川.基于PLC与Win CC组态软件的自动配煤控制系统[J].煤矿机械,2012,(12):248-249.

[4] 胡志伟.煤炭采制样控制系统的硬件设计[J].煤质技术,2017(2):21-24.

[5] 周晓旭.基于PLC和组态软件的自动生产线设备开发[J].数字技术与应用,2011(2):91-93.