CN109062130A - 一种基于plc和物联网的砂石加工控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PLC和物联网的砂石加工控制系统。包括现场层、控制层和云服务层；现场层包括现场PLC和各信息采集装置，并以光纤通讯的方式传输到控制层；控制层包括上位机、交换机、中控PLC和中控备妥信号装置；上位机对各控制指令和采集信息进行处理并通过交换机传输给现场PLC实现控制、更新、显示；云服务层包括OPC服务器、移动终端和在线云服务平台，OPC服务器与交换机双向信号传输连接，OPC服务器通过互联网与移动终端和在线云服务平台连接。本发明系统能对中控发出的非法指令进行屏蔽，对生产设备运行参数即时处理、调整现最优化生产；通过在线云服务平台和移动终端设备进行实时显示，实现精确管理。

Description

一种基于PLC和物联网的砂石加工控制系统
技术领域
本发明涉及一种砂石加工系统，具体涉及一种基于PLC和物联网的砂石加工控制系统。
背景技术
砂石骨料的生产由输送、破碎等工序完成，涉及设备包括给料机和各型破碎设备；现有各工序通常采用人工控制完成。
砂石骨料的生产加工是国家进行基础设施建设的基础，其产量和质量对国家建设有着重大影响，而现有的砂石加工系统只是能实现设备简单的启动、停止等操作，对生产设备重要部位的持续监测不足，对加工系统各种生产参数及数据的采集、传输不及时，不能真实地反映设备生产时所处的状态，无法准确地把握砂石加工系统生产时的各种生产细节，因此很难提高砂石骨料的产量和质量。而随着控制技术和物联网技术的发展，将PLC 和物联网技术相结合应用到砂石加工系统已经成为一种趋势，将进一步提高砂石骨料的产量和质量。
发明内容
本发明提供了一种基于PLC和物联网的砂石加工控制系统，将基于PLC 的控制技术和物联网技术相结合，实现对砂石加工系统中各种设备运行参数的采集、传输及处理，进而实现对整个砂石加工系统的实时控制和在线监测，达到优化系统生产能力、提高产品生产质量的目的。
本发明通过以下技术方案实现：
基于PLC和物联网的砂石加工控制系统，包括给料机和砂石破碎设备，其特征在于：加工控制系统包括现场层、控制层和云服务层；
现场层包括现场PLC和各采集装置，用于通过现场PLC采集设备的消耗电量、启停状态、电流信息、温度信息、压力信息、转速信息、振动信息和产量信息，并以光纤通讯的方式传输到控制层；
控制层包括上位机、交换机、中控PLC和中控备妥信号装置；交换机接收现场PLC传输信号，并与上位机、中控PLC和云服务层双向信号传输连接，中控PLC还与中控备妥信号装置信号连接；上位机对各控制指令和采集信息进行处理并通过交换机传输给现场PLC实现系统各设备的有序控制和数据的实时更新、显示；
云服务层包括OPC服务器、移动终端和在线云服务平台，OPC服务器与交换机双向信号传输连接，OPC服务器通过互联网与移动终端和在线云服务平台连接。
所述现场PLC与各采集装置之间通过RS485进行通讯；各采集装置包括：采集主机和辅机设备消耗电量的三相电能表；现场PLC接收设备发出的设备开关状态的启停信号；采集电流信息的电流互感器；采集温度信息的温度传感器；采集压力信息的油压传感器；采集主机转速的转速传感器；采集主机振动信息的振动传感器；采集产量数据的动态测量皮带秤。
所述上位机能够对中控PLC发出的指令进行程序逻辑判断，对非法指令进行屏蔽，合法指令通过交换机输出执行。上位机依据公式y＝x1&&x2&&x3…&&xn，其中xi(i＝1,2,…,n)是指令y中的任意一个逻辑条件，可以是接触器得电、油温正常等，能够对中控PLC发出的指令进行程序逻辑判断：当x1、x2…xn均为“真”时，指令y为合法指令通过交换机输出执行；当x1、x2…xn有一个或多个为“假”时，指令y为非法指令进行屏蔽。
本发明所述控制层中的中控备妥信号正常时才能通过中控PLC控制现场设备。控制层中的中控备妥信号受现场层中温度、压力等信号的联锁控制，当温度、压力等信号均正常时表明中控备妥信号正常，此时允许上位机通过中控PLC控制现场设备。
所述RS485通讯、光纤通讯、交换机和上位机、交换机与OPC服务器之间的通讯均是双向传输通信。
基于PLC和物联网的砂石加工控制系统应用方法如下：中控备妥信号正常表明完成设备启动前的准备工作；上位机控制指令通过交换机进入到中控PLC和现场PLC，通过PLC的CPU进行内部逻辑的运算来实现各种生产设备的有序动作，从而完成对各种生产设备的控制，本发明控制系统在上位机发出的控制指令为非法指令时，系统会直接将其当作无效指令而进行屏蔽；从现场设备上采集到的电量、电流、温度、压力、转速、振动及产量等数据信息以RS485通讯的方式进入到现场PLC，然后通过光纤通讯将这些数据进入到交换机内进行汇集，并将这些数据传输到上位机内作分析处理，实现生产策略的自动调整以及控制，具体如下：
假定生产线上单位时间内产量为ΔT、耗电量为ΔW，定义单位时间内的产出比ΔB＝ΔT/ΔW，将ΔB和通过大量数据统计分析得到的最佳产出比ΔBbest进行对比，当ΔB＜ΔBbest时通过PID算法来调节给料频率从而控制系统产量使单位时间产出比ΔB向最佳产出比ΔBbest趋近，直至达到ΔBbest。PID算法控制给料频率的过程公式为：
式中：Kp为比例常数；Ti为积分时间常数；Td为微分时间常数；e(t)为误差值，既是实际产出比与最佳产出比的差值。
利用智能温控仪模块来智能控制油站的油温，当温度传感器采集到的油温高于设定温度时，冷却风机通过智能温控仪模块自动打开，将温度降到安全温度后风机自动停止；当温度传感器采集到的油温低于设定温度时，电加热器便会自动打开，将油温加热到正常温度后电加热器自动停止加热；以此实现对油站的智能控制。
进入到上位机的数据除了通过处理后在上位机内以各种形式显示出来以外还通过交换机、OPC服务器这条通道以Internet网络的途径进行远程传输从而实现在移动终端和在线云服务平台上的信息数据显示及查询。当电流、温度、压力、转速、振动等参与报警的信号有一个或多个不在正常范围时，报警信号通过交换机进入到上位机并在上位机中显示，同时警报响起。
本发明与现有砂石加工系统相比具有如下优点：
本发明控制系统能对中控发出的非法指令进行屏蔽，生产安全性提高；
通过对生产设备运行参数的分析处理随时调整生产策略实现最优化生产；
对生产设备进行实时在线监测，随时了解设备所处的状态，方便对设备的检测和维护；通过在线云服务平台和移动终端设备将生产全貌展现在管理者面前，实现精确管理。
附图说明
图1为本发明的控制系统结构示意图。
图中：1、现场层；2、控制层；3、云服务层；1-1、电量表；1-2、启停指令；1-3、电流；1-4、温度；1-5、压力；1-6、转速；1-7、振动；1-8、产量；1-9、现场PLC；2-1、上位机；2-2、交换机；2-3、中控PLC；2-4、中控备妥信号；3-1、OPC服务器；3-2、移动终端；3-3、在线云服务平台。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
结合附图。
基于PLC和物联网的砂石加工控制系统，本加工控制系统的控制与监测分为三层：现场层、控制层和云服务层。现场层主要是通过现场PLC采集设备消耗电量、启停状态、电流大小、温度高低、压力大小、转速快慢、振动程度和产量多少等数据信息，其中消耗电量的采集主要是针对主机和重要辅机设备的，通过三相电能表来实现；启停状态是根据现场PLC有无接收到设备发出的开关信号来确定的；电流大小的检测是通过利用电流互感器将主回路中的电流按照比例进行缩减，在读取和显示时再按照相同的比例进行放大得到的；对温度信息的采集则是通过温度传感器进行的，温度传感器上的铂热电阻头是热敏器件，当采集到主机设备的电机温度和轴承温度时会变换为4-20mA的标准电流信号，在现场PLC的CPU内进行计算后显示出主机设备电机和轴承的实际温度，从而实现对温度信息的采集，有时采集到的温度信息不仅包括电机温度和轴承温度，还包括与主机设备配套的液压和润滑系统的温度；压力大小主要是油站压力的大小，具体包括润滑油站压力和液压油站压力，润滑油站为电机和破碎机提供润滑保护服务，保证主机连续、稳定地运行，液压油站则是为主机检修时提供压力油；对颚破、反击破等主机转速的测量是通过转速传感器进行的，当转速传感器的感应开关头被遮挡或者不被遮挡时传感器会有高低电平的变化，电平变化频率与转速是成正比的，从而测算出主机转速；在主机上安装振动传感器主要是为监测主机的振动大小，当出现振动异常时可以及时发现、及时处理；对砂石骨料产量数据的统计是骨料生产的一个重要环节，可以直观、准确地反应生产情况，对产量数据的采集是通过皮带秤进行的，采用动态测量的方法累加通过皮带秤的骨料重量便可计算出产量大小。控制层主要包括上位机、交换机、中控PLC及中控备妥信号，上位机通过对各种控制指令和采集数据的综合处理来实现整个加工系统各种设备的有序控制和各种数据的实时更新、显示，并且能对中控发出的指令进行程序逻辑上的分析判断，对非法指令进行屏蔽，合法指令通过交换机输出执行；交换机则主要起到将采集到的数据信息进行汇集及将上位机发出的指令进行分散的作用；中控PLC和中控备妥信号是中控室内进行各种控制和数据采集的基础。云服务层主要是通过OPC服务器将砂石加工系统的生产全貌展现在移动终端和在线云服务平台上，管理人员可以进行实时的在线查询并能实现在移动终端上不受空间、时间的限制实时掌握产线生产和维护状况，各种生产数据一目了然。
现场采集到的温度、压力及转速等信息与现场PLC之间通过RS485进行通讯。现场层中的现场PLC与控制层中的交换机之间采用光纤进行通讯。
控制层中的中控备妥信号正常时才能通过中控PLC控制现场设备。
RS485通讯、光纤通讯、交换机和上位机、中控PLC之间的通讯都是双向的，既能进行信息数据采集又能进行现场设备控制。
通过OPC服务器以互联网方式传输的数据信息进行了物理网关隔离，保证数据安全。
如图1所示，本发明描述了一种基于PLC和物联网的砂石加工系统，该加工系统分为三个控制层：现场层1、控制层2、云服务层3。电量表1-1、启停指令1-2、电流1-3、温度1-4、压力1-5、转速1-6、振动1-7和产量 1-8都是从现场设备上采集的信号和数据，并且通过RS485通讯与现场层1 中的现场PLC 1-9建立通讯联系，实现数据和信号的传输。
如图1所示，控制层2主要包括上位机2-1、交换机2-2、中控PLC 2-3 和中控备妥信号2-4，对现场设备的控制指令都是从上位机2-1中发出并经过交换机2-2进入到中控PLC2-3和现场PLC 1-9中的，从现场采集到的电量表1-1电量、启停指令1-2和电流1-3等各种数据和信号也是沿着现场PLC 1-9、交换机2-2的路径进入到上位机2-1的。
如图1所示，云服务层3主要是将现场采集到的各种信号和数据经过 OPC服务器3-1后以Internet网络进行数据传输并展现在移动终端3-2和在线云服务平台3-3上，可以实现管理人员在移动终端3-2上不受空间、时间限制实时掌握产线生产和维护情况，并能在在线云服务平台3-3上精确查询每一台设备的运行情况以及根据需要进行历史数据查询。
如图1所示，现场层1中的现场PLC 1-9和控制层2中的交换机2-2 之间采用光纤进行通讯，速度快，传输距离长。

Claims (6)

1.一种基于PLC和物联网的砂石加工控制系统，包括给料机和砂石破碎设备，其特征在于：加工控制系统包括现场层、控制层和云服务层；
现场层包括现场PLC和各采集装置，用于通过现场PLC采集设备的消耗电量、启停状态、电流信息、温度信息、压力信息、转速信息、振动信息和产量信息，并以光纤通讯的方式传输到控制层；
控制层包括上位机、交换机、中控PLC和中控备妥信号装置；交换机接收现场PLC传输信号，并与上位机、中控PLC和云服务层双向信号传输连接，中控PLC还与中控备妥信号装置信号连接；上位机对各控制指令和采集信息进行处理并通过交换机传输给现场PLC实现系统各设备的有序控制和数据的实时更新、显示；
云服务层包括OPC服务器、移动终端和在线云服务平台，OPC服务器与交换机双向信号传输连接，OPC服务器通过互联网与移动终端和在线云服务平台连接。
2.根据权利要求1所述的基于PLC和物联网的砂石加工控制系统，其特征在于：现场PLC与各采集装置之间通过RS485进行通讯；各采集装置包括：采集主机和辅机设备消耗电量的三相电能表；现场PLC接收设备发出的设备开关状态的启停信号；采集电流信息的电流互感器；采集温度信息的温度传感器；采集压力信息的油压传感器；采集主机转速的转速传感器；采集主机振动信息的振动传感器；采集产量数据的动态测量皮带秤。
3.根据权利要求1所述的基于PLC和物联网的砂石加工控制系统，其特征在于：所述上位机能够对中控PLC发出的指令进行程序逻辑判断，对非法指令进行屏蔽，合法指令通过交换机输出执行。
4.根据权利要求3所述的基于PLC和物联网的砂石加工控制系统，其特征在于：所述上位机依据公式y＝x1&&x2&&x3…&&xn，其中xi(i＝1,2,…,n)是指令y中的任意一个逻辑条件；对中控PLC发出的指令进行程序逻辑判断：当x1、x2…xn均为“真”时，指令y为合法指令通过交换机输出执行；当x1、x2…xn有一个或多个为“假”时，指令y为非法指令进行屏蔽。
5.根据权利要求1所述的基于PLC和物联网的砂石加工控制系统，其特征在于：所述控制层中的中控备妥信号受现场层中至少包括温度、压力信号的联锁控制，当信号均正常时表明中控备妥信号正常，此时允许上位机通过中控PLC控制现场设备。
6.根据权利要求1所述的基于PLC和物联网的砂石加工控制系统，其特征在于：所述RS485通讯、光纤通讯、交换机和上位机、交换机与OPC服务器之间的通讯均是双向传输通信。
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