摘 要: 介绍了TSX 37-10 型号PLC在煤矿定重载荷生产中的应用以及硬件结构和软件设计。论述了美国Wonderware公司的工控组态软件InTouch的特点，并以该系统为例讲述了InTouch在煤矿生产监控中的应用。该系统可以自动控制外围设备运行，并且可以实时显示提升的煤的重量和累计提升重量和次数等，还具有声光报警等功能。实际的应用表明，该系统安全可靠，稳定性好。
关键字: PLC/控制/InTouch/组态
1 引言
在现代控制系统中,随着现代化管理水平的不断提高，plc和组态软件的有效结合在煤矿生产领域中得到越来越广泛的应用[1]。
组态软件是面向监控与数据采集的软件平台工具,具有丰富的设置项目,使用方式灵活,功能强大。本系统组态软件采用intouch。该组态软件是美国wonderware公司factorysuite套装软件的一个主要组成部分，它为以工厂和操作人员为中心的制造信息系统提供了可视化工具，为制造信息系统集成了操作人员所需的各种信息，在食品加工、半导体、石油和天然气、汽车、化工、医药、纸浆和造纸、运输及公共设施等行业都有着广泛应用[2]。
2 系统的基本组成和原理
本系统选用schneider自动化公司的modicon tsx micro系列的tsx 37-10 型plc。i/o模块分别选用tsx dmz 28dt；tsx aez 802；tsx dsz 08r5[3]。中间继电器选用欧姆龙24v直流继电器。上位机选用研华工控机。
基本原理框图如图1所示。
图1 基本原理框图 2.1 重力传感器 重力传感器放在主井的定量斗底部，承受定量斗的重量，工作原理为：将液体密封在重力传感器内，当定量斗装煤过程中重量增加时，液体压力也随之升高，压力传感器随液体压力的变化输出4-20ma的电流信号，经屏蔽电缆传送给plc的模数转换模块aez802，由plc处理数据并显示。 压力变送器与aez802输入端的连接如图2所示。
图2 压力变送器与aez802的连接 2.2 显示面板 显示面板由发光二极管，数码管等组成。用74ls373驱动发光二极管显示空仓和外围设备运行状态等，4511驱动数码管显示当前重量和累计提升次数等。 电路板上有地址线和数据线，连接到plc的28dt模块的晶体管输出点。部分电路原理图如图3所示，实际效果图如图4所示。
图3 部分电路原理图
图4 实际显示效果图 [NextPage] 2.3 台式隔爆箱 隔爆箱可任意安放在便于观察的位置，控制信号和外部信号（压力传感器的电流信号，箕斗到位信号等）通过防爆箱腔内七芯接线柱与plc的i/o端子连接，显示部分用整体防爆玻璃制做。 3 通讯部分 3.1 计算机对plc编程的通讯 系统编程软件采用pl7 micro软件，它提供了符合iec1131-3标准的指令表、梯形图和grafcet（顺序功能图）编程语言[4]。编程电缆选用usb接口的施耐德plc编程电缆tsxpcx3030，它带有主站 / 从站选择开关，可连接plc 的ter和aux 通信口，最大通信距离可达2公里[3]。 3.2 上位机监控部分和plc之间的通讯 上位机和plc通讯模块选用sc-485来实现上位机的rs232接口到plc的rs485接口通讯规程之间的转换，以半双工方式工作,最高传输速率为115.2kbps。plc通讯口加隔离保护模块bh485g来提高rs485网络系统的抗干扰能力、可靠性和安全性能，解决通讯口易损坏的问题。需要注意的是，因为plc做从机，所以ter通讯口的5，7两信号线要短接。485连接图如图5所示。
图5 485连接图 3.3 组态软件intouch与外界设备之间的通讯
图6 intouch与i/o设备通讯框架示意图 通过一个通讯接口——i/o服务器（i/o server）来实现组态软件intouch与外界设备之间的通讯。i/o服务器可以理解为能和外界设备通讯的程序，intouch只要能和i/o服务器通讯，就可以达到和外界设备通讯的目的，如图6所示。这样做的好处是避开了硬件协议等繁琐的细节，让使用intouch进行二次开发的人员可以把精力放在控制和数据处理上，有效地提高工作效率。目前wonderware公司已经与多家第三方著名开发公司合作，提供了各种i/o服务器，支持目前主流的通信协议。而二者的通讯是两个应用程序之间的数据交换，intouch使用dde、fastdde、netdde以及 wonderware suitelink协议完成。在本系统中，使用的是modbus网络，所以需要安装modicon设备驱动程序mbe（modicon modbus ethernet），进行简单的topics配置后（打开wonderware factorysuite->io servers->modicon modbus ethernet进行配置），然后在intouch中，增加标记名，设置i/o数据类型，并设置访问名、节点名、应用程序名、主题名和项目名，就可以实现和modbus网络上的设备通讯了 [1]。 4 软件设计 4.1 plc程序 用指令表编写程序， 如图7所示。
图7 指令表程序示范图 整个程序采用模块化结构，各部分子模块分工明确，具有代码效率高，维护方便等特点。主程序模块包括：重量计算，参数设置选择，外围设备控制，工作方式选择和故障检测。子程序模块包括：手动方式，自动方式，故障显示，重量显示和参数设置。 为了减少随机干扰对采集数据的影响，软件上采用了数字滤波[4]。 该系统实现如下功能： （1）实现自动和手动两种工作方式。 自动方式下（为了防止超载的情况，在自动方式下设有防二次装煤功能，即箕斗到位后只允许装煤一次，提升以后才允许再次向箕斗装煤。）定量斗空仓以后闸门自动关闭，并且给煤机自动给煤。满仓后自动停止给煤机。待提升箕斗到位后并且允许装煤的情况下自动打开闸门卸煤，卸完成后自动打点并且自动关闭闸门。按照以上闭锁关系依次重复以上过程。当超载时，声光报警并强制退出自动工作方式。自动方式子程序简要流程图如图8所示。 手动方式下，各设备不受闭锁关系的限制，可以任意启动和停止。 （2）显示功能。包括plc模块故障状态和压力变送器故障状态显示等。还有现场设备运行指示灯，如给煤机运行指示，闸门开闭指示，箕斗到位指示等。同时可显示定量斗满仓，空仓，超载的状态，并且在超载的情况下声光报警。实时显示每次的提升重量并累计提升次数和煤的总重量。每一班次换班时可以将数据清零以便记录每班的产量向调度室汇报。
图8 自动方式简要流程图 （3）设置参数。现场可以通过设置按扭设置所需要的定重，空仓，超载以及传感器量程等参数值，为保障参数的安全性还可以设置操作密码。 4.2 组态软件 intouch通过一个三部分命名约定来标志在服务器程序中的数据元素，这包括应用程序名，主题名和项目名。为了从另一个应用程序中获得数据，客户机程序（intouch）通过制定这三项打开到服务器程序的一个通道。在intouch中，上位机的数据主要分为内存型和i/o型。其中内存型数据为intouch程序内部定义的变量，可直接访问；i/o型数据的来源一般为其它计算机结点或本机运行的其它程序，这类数据由intouch通过netdde或dde方式获得[1]。每一个i/o型变量必须与一个访问名相联系，访问名相当于一个i/o地址，包含了与其他i/o数据源通讯的信息，这些信息包括结点名，应用程序名和主题名。监控画面如图9所示。
图9 监控画面 组态程序主要实现如下功能： （1）显示井下隔爆箱显示面板的显示内容和当前时间。 （2）指示上位机和plc的通讯是否正常，plc主机和各个i/o模块是否正常。 （3）允许设置井下现场控制参数，为了保证安全性，需要输入密码。自动统计年产量，月产量，每班次的产量，提供准确的产量报告。 5 结束语 本系统已于2006年2月在沈阳煤业(集团)有限责任公司林盛煤矿投入使用，系统运行稳定可靠，减少了维护成本，满足现场的需求。此外具有如下优点： （1）采用重力传感器测重，信号强度大、线性度好、易于后续处理，可承受较大的侧向负荷而有效减小测量误差。 （2）用plc控制，可靠性好、工作稳定、测重精度高，性价比高，提高了煤矿的生产安全性和经济效益。 （3）采用先进的intouch组态软件,具有友好的人机界面，直观且便于操作和监控。 （4）自动化程度高。设有自动和手动两种工作方式，既提高了工作效率也使设备维护更加方便。
