CN204576192U - 重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统 - Google Patents

Abstract

一种重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统，通过传感器模块将检测到的防护门状态参数值传送至模拟量输入模块，经模数转换后变化为相应的数字量，并送入PLC主机模块中进行相应的数据处理，并在PLC主机模块中将实测值与内置的报警阈值进行比较，判断启闭装置运行状态是否良好，出现异常时声发光报警模块发出报警信号供操作人员进行查询，同时继电器输出模块自动执行关掉防护门启闭装置的电机电源的动作。本实用新型克服了现有技术中防护门安全的多种缺陷，大幅降低了防护门启闭装置工作时的突发性整机损坏概率，可指导对防护门启闭装置进行有针对性的维修保养、安全监测和常见故障诊断，提高了防护门启闭装置的使用寿命和工作可靠性。

Description

重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统

技术领域

本实用新型涉及洞库防护安全技术领域，特别涉及一种重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统。

背景技术

洞库一般都是存放贵重或是需要保密的设备，特别是一些军用设备大都存放于洞库中，所以对洞库的安全性要求特别高，在此安全问题上，洞库防护门至关重要，现有技术中洞库防护门基本是采用电子指令控制其启闭，保证洞库防护门在启闭时自动化程度较高，但是，一些意外状况下(比如一些物件阻挡防护门)防护门强硬开启式或是关闭时，极易造成门体损坏，但是在有些情况下，损坏的情形并不容易被发现，给维护也带来了很大的局限性，不仅使防护门的安全使用得不到保证，同时降低了防护门以及其启闭装置的使用寿命，影响存放设备的安全性。

实用新型内容

本实用新型提供一种重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统，能克服现有技术中洞库防护门维护局限性大、防护门安全性以及其启闭装置的使用寿命降低的缺陷，具有实时监控、预警保护和故障诊断的功能，大幅降低了防护门启闭装置工作时的突发性整机损坏概率，可指导对防护门启闭装置进行有针对性的维修保养、安全监测和常见故障诊断，及时发现早期故障苗头，判断故障原因，提高防护门启闭装置的使用寿命和工作可靠性。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统，包括：传感器模块、模拟量输入模块、PLC主机模块、声发光报警模块、继电器输出模块以及电源模块，所述传感器模块设置在防护门启闭装置的内部，所述传感器模块通过模拟量输入模块连接PLC主机模块的输入端，所述声发光报警模块以及继电器输出模块分别连接PLC主机模块的输出端，所述电源模块连接PLC主机模块，所述继电器输出模块连接防护门启闭装置，其中，传感器模块将检测到的防护门状态参数值传送至模拟量输入模块，经模数转换后变化为相应的数字量，并送入PLC主机模块中进行相应的数据处理，并在PLC主机模块中将实测值与内置的报警阈值进行比较，判断启闭装置运行状态是否良好，出现异常时声发光报警模块发出报警信号供操作人员进行查询，同时继电器输出模块自动执行关掉防护门启闭装置的电机电源的动作。

优选地，所述传感器模块包括WZP－24SA隔爆型Pt100铂热电阻温度传感器、EV-C53-500P5O9电隔离式电压传感器、HZIA-C06-500P2O5霍尔直测式电流传感器以及ZRN-FS无线扭矩传感器，该些传感器分别通过模拟量输入模块连接PLC主机模块的输入端，所述WZP－24SA隔爆型Pt100铂热电阻温度传感器能实时监控启闭电动机温度；所述EV-C53-500P5O9电隔离式电压传感器能实时监控启闭电动机的电压；所述HZIA-C06-500P2O5霍尔直测式电流传感器能实时监控启闭电动机的电流；所述ZRN-FS无线扭矩传感器用于实时监测启闭电动机输出转矩、减速箱转速和输出扭矩以及防护门传动轴的转速、扭矩和应力。

优选地，所述模拟量输入模块采用EM231模拟量输入模块，所述EM231模拟量输入模块能在149微秒内将模拟量输入转换成相应的数字量，完成A/D转换工作，该模块采用的电源可以从PLC主机模块的24V DC电源直接引出，也可以用外加电源的方式实现。

优选地，所述PLC主机模块采用S7-224型主机基本模块，所述S7-224型主机基本模块主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)及电源等几部分组成，采用循环扫描的工作方式，包括内部处理、处理通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出等几个阶段。它可以满足多种多样的自动化控制需要，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令等优点，在解决用户的工业自动化问题时具有很强的适应性。

优选地，所述监控系统还包括液晶屏显示模块，所述液晶屏显示模块输入端连接PLC主机模块的输出端。

与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：

本实用新型的重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统，克服了现有技术中洞库防护门维护局限性大、防护门安全性以及其启闭装置的使用寿命降低的缺陷，具有实时监控、预警保护和故障诊断的功能，从而能大幅降低了防护门启闭装置工作时的突发性整机损坏概率，可指导对防护门启闭装置进行有针对性的维修保养、安全监测和常见故障诊断，及时发现早期故障苗头，判断故障原因，提高了防护门启闭装置的使用寿命和工作可靠性。

附图说明

图1为本实用新型秸秆压块机重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统的电路框图；

图2为本实用新型的监控系统设计开发流程图；

图3为本实用新型重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统的接线图；

图4为本实用新型软件设计流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1、2，一种重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统，包括：传感器模块、模拟量输入模块、PLC主机模块、声发光报警模块、继电器输出模块以及电源模块，所述传感器模块设置在防护门启闭装置的内部，所述传感器模块通过模拟量输入模块连接PLC主机模块的输入端，所述声发光报警模块以及继电器输出模块分别连接PLC主机模块的输出端，所述电源模块连接PLC主机模块，所述继电器输出模块连接防护门启闭装置，其中，传感器模块将检测到的防护门状态参数值传送至模拟量输入模块，经模数转换后变化为相应的数字量，并送入PLC主机模块中进行相应的数据处理，并在PLC主机模块中将实测值与内置的报警阈值进行比较，判断启闭装置运行状态是否良好，出现异常时声发光报警模块发出报警信号供操作人员进行查询，同时继电器输出模块自动执行关掉防护门启闭装置的电机电源的动作。

所述传感器模块包括WZP－24SA隔爆型Pt100铂热电阻温度传感器、EV-C53-500P5O9电隔离式电压传感器、HZIA-C06-500P2O5霍尔直测式电流传感器以及ZRN-FS无线扭矩传感器，该些传感器分别通过模拟量输入模块连接PLC主机模块的输入端，所述WZP－24SA隔爆型Pt100铂热电阻温度传感器能实时监控启闭电动机温度；所述EV-C53-500P5O9电隔离式电压传感器能实时监控启闭电动机的电压；所述HZIA-C06-500P2O5霍尔直测式电流传感器能实时监控启闭电动机的电流；所述ZRN-FS无线扭矩传感器用于实时监测启闭电动机输出转矩、减速箱转速和输出扭矩以及防护门传动轴的转速、扭矩和应力。

所述模拟量输入模块采用EM231模拟量输入模块，所述EM231模拟量输入模块能在149微秒内将模拟量输入转换成相应的数字量，完成A/D转换工作，该模块采用的电源可以从PLC主机模块的24V DC电源直接引出，也可以用外加电源的方式实现。

所述PLC主机模块采用S7-224型主机基本模块，所述S7-224型主机基本模块主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)及电源等几部分组成，采用循环扫描的工作方式，包括内部处理、处理通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出等几个阶段。它可以满足多种多样的自动化控制需要，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令等优点，在解决用户的工业自动化问题时具有很强的适应性。

所述监控系统还包括液晶屏显示模块，所述液晶屏显示模块输入端连接PLC主机模块的输出端。

其中，本实用新型实施例内容通过以下内容实现：

(1)防护门的工况特征参数选择

开发状态监控系统的首要任务是要选择适当的工况参数，所测取的信号要求能够迅速而准确地反映出防护门工作状态的变化。工况参数的选取要以分析研究、计算机过程仿真和系统试验为基础，同时由于系统状态信息往往是以某种物理量的形式进行传递，因此还要求用合适的信号处理方法将这些物理量转换为监控系统可以接受的形式。对于重型洞库防护门，反映其运行状态的信息有很多，从而导致工况特征参数的确定变得比较困难。一般来说，状态监控系统在设计时对工况参数的选择应遵循以下原则：

(1)选取那些对系统状态变化最为敏感的参数作为检测量；

(2)不同的特征信号所容纳的信息量大小是不同的，所以应选择那些最能反映系统工作状态的参数作为检测量；

(3)所选特征参数应便于测量和分析，尽量选择不拆卸机器就可直接检测的特征参数；

(4)所选特征参数的检测应不干扰系统的正常工作；

(5)优先选择那些有助于尽早发现故障的参数。

根据重型洞库防护门的工作原理及实际使用情况，对监控系统主要工况参数作如下选择：

(1)实时监控启闭电动机的电压、电流；

(2)实时监控启闭电动机输出转矩；

(3)实时监控减速箱转速和输出扭矩；

(4)实时监控防护门传动轴转速、扭矩和应力；

(5)实时监控启闭电动机温度实时监控；

上述选定的工况参数能够反映出防护门启闭装置各个部件的工作情况和状态，监控系统根据采集的这些工况参数将防护门启闭装置控制在安全调定范围内，若工况参数波动超过额定值的5％时，监控系统立即报警，大幅度超过额定值时，则立即切断主电机电源，防止电机传动轴因超速旋转而引起防护门故障事故。

当然，启闭装置中的轴承、传动轴和轨道等部件的振动参数也属于需要采集的工况参数，这部分放到下面的故障诊断系统中详细论述。

1.2 防护门监控系统方案设计

如图1所示，根据重型洞库防护门正常工作的实际需要以及对状态监控系统的功能要求，本防护门状态监控系统选用以可编程控制器为主体的监控方案。可编程控制器是一种具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置，它以微处理器为核心，利用内部存储程序执行逻辑运算、顺序控制、定时、读数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入及输出控制各种类型的机械或生产过程，它将微型计算机技术、自动化控制技术及通讯技术有机地融为一体，具有功能强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点。该状态监控系统主要分为传感器模块、模拟量输入模块、PLC主机基本模块、显示模块等几个部分。

如图2所示，传感器模块将检测到的防护门各项状态参数值传送至模拟量输入模块，经模数转换后变化为相应的数字量，并送入PLC主机基本模块中进行相应的数据处理，由液晶显示屏进行相应的数据显示，并在PLC主机基本模块中将实测值与内置的报警阈值进行比较，判断启闭装置运行状态是否良好，出现异常时用闪烁二极管和报警喇叭进行报警并记录报警信息以供操作人员进行查询，同时系统将经过PLC主机基本模块执行指令输出至继电器输出模块自动执行关掉电机电源等动作。

监控系统的硬件设计

1.3.1 传感器模块

传感器模块是监测系统中获取信息的第一个环节，它将检测出的物理量转化成以电量为主要形式的信号，传感器选型时要遵循如下原则:

(1)线性度好；

(2)灵敏度高且灵敏度误差小；

(3)有较好的重复性和稳定性；

(4)滞后误差小，漂移小；

(5)具有较高的分辨率；

(6)动态性能好。

同时基于考虑系统对参数的正常值范围的要求，采用：

①WZP－24SA隔爆型Pt100铂热电阻温度传感器检测温度信号；

②EV-C53-500P5O9电隔离式电压传感器检测电压信号；

③HZIA-C06-500P2O5霍尔直测式电流传感器检测电流信号；

④ZRN-FS无线扭矩传感器检测传动轴扭矩信号。

经测试，所采用的传感器均具有可靠的抗过载和抗电磁干扰性能，完全可以满足本系统的设计要求。

1.3.2 模拟量输入模块

此模块采用EM231模拟量输入模块，能在149微秒内将模拟量输入转换成相应的数字量，完成A/D转换工作。其电源可以从PLC主机模块基本模块的24VDC电源直接引出，也可以用外加电源的方式实现。由于对模拟量输入的转换是在每次由程序访问输入端点时完成的，所以时间必须加到执行模拟量输入指令的基本时间上。该模拟量输入模块是高速12位转换模块，可以跟踪模拟量信号中的快速变化，适合于本监控系统对启闭装置电动机的各项运行状态参数的快速转换要求。根据本监控系统模拟量输入点数要求，在此选用三块EM231模拟量输入模块。

1.3.3 PLC主机基本模块

可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)及电源等几部分组成，采用循环扫描的工作方式，包括内部处理、处理通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出等几个阶段。根据监控系统的输入输出单元(I/O)点数及输入输出信号的性质，本系统选用西门子工业级PLC模块中的S7-224型主机基本模块。该模块自身有14点数字量输入，10点数字量输出，带有1个RS-485串行通讯口和最多可带7个扩展模块。它可以满足多种多样的自动化控制需要，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令等优点，在解决用户的工业自动化问题时具有很强的适应性。

通过上述硬件系统设计，确定了本监控系统的各个组件的型号，其接线如图3所示。

1.4 监控系统的软件设计

监控系统的软件系统分为两大部分：操作系统程序和用户程序。操作系统程序用于控制PLC主机基本模块本身的运作，实现系统的自检、PLC运行管理、存储空间管理及与编程设备和其它通讯设备的通讯等功能，由可编程控制器生产厂家设计并固化在只读存储器中，用户不能读取。用户程序存储在系统管理程序指定的存储区内，用于对具体控制对象的运行控制，实现对所采集数据的处理、对中断的响应及对异常和错误的处理等功能。

操作系统处理的是底层的系统任务，它为PLC应用搭建了一个平台，提供了一套用户程序的调用机制，而用户的程序则在这个平台上，完成用户自己的自动化任务。该操作系统平台有如下所述的特点：

(1)循环执行用户主程序

操作系统在上电后首先执行启动程序，然后就进入一个主循环，在每次循环中执行用户主程序。

(2)事件驱动和程序结构

把所有的控制任务都放在用户主程序里处理是非常不经济的，对于一些出现次数相对较少的信号，应当只在需要的时候才处理，这就是事件驱动的程序结构思想。事件驱动的程序结构通过中断来实现。当一个事件发生时，会产生一个中断，操作系统会自动调用这个中断的处理程序。

(3)结构化的用户程序

用户程序由启动程序、主程序和各种中断响应程序等不同的程序模块构成，操作系统已经搭建好了调用这些程序模块的结构框架，用户只需向这些结构框架中填写内容即可。

根据监控系统对控制软件的要求，PLC控制软件通过西门子V5.2STEP 7Micro Win32编程软件进行编制，液晶显示程序则是在文本编辑软件TP300上进行编制。整个监控系统软件由主程序模块、显示模块、报警中断处理模块及故障处理模块组成，程序流程如图4所示。

系统程序在上电后首先执行启动程序，进行系统初始化和参数设置，然后进入主程序循环，在每次循环中对所监测状态参数进行测量、传输、采样、数模转换及分析处理。当所监测运行参数发生异常时，监控系统自动调用报警中断程序，发出报警信号，同时在显示屏上显示，自动生成异常状态数据库并保存信息。同时故障处理程序会输出控制信号，使相应的继电器动作，自动执行开关电动机电源等动作，实现监控系统的自动保护功能。

通过上述本实用新型实施例硬件以及软件部分设计可知，本系统具有以下功能：

(1)实现状态数据采集、存储和故障诊断功能。能够对所选定的防护门启闭装置各运行状态特征参数进行多点多通道巡回采样，并通过A/D转换模块对采样值进行模数转换，将转换后的数字量输送至故障诊断数据库进行数据分析和处理，实时刷新故障诊断结果，并进行动态存储；

(2)实现报警、自动保护及历史回查功能。对采集到的数据加以分析，判断是否达到或超过了警界值。如果超过警界值5％，则2秒内发出声光报警并将报警信息存入指定存储器，自动生成异常状态数据库，同时在显示屏上显示出相关报警信息。状态参数异常超过警界值10％以上，则在2秒内进行报警的同时关闭防护门启闭装置电源，实现系统智能保护，避免整机损坏事故；

(3)实现状态显示及参数设置功能。对采集到的所有监测参数、诊断信息实现数字化集中显示，同时参数设置和报警信息的历史记录也能通过显示屏进行显示，增强数据的可读性和人机交互性。

综上本实用新型的结构与原理可知，本实用新型的重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统，克服了现有技术中洞库防护门维护局限性大、防护门安全性以及其启闭装置的使用寿命降低的缺陷，具有实时监控、预警保护和故障诊断的功能，从而能大幅降低了防护门启闭装置工作时的突发性整机损坏概率，可指导对防护门启闭装置进行有针对性的维修保养、安全监测和常见故障诊断，及时发现早期故障苗头，判断故障原因，提高了防护门启闭装置的使用寿命和工作可靠性。

Claims (5)

1.一种重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统，其特征在于，包括：传感器模块、模拟量输入模块、PLC主机模块、声发光报警模块、继电器输出模块以及电源模块，所述传感器模块设置在防护门启闭装置的内部，所述传感器模块通过模拟量输入模块连接PLC主机模块的输入端，所述声发光报警模块以及继电器输出模块分别连接PLC主机模块的输出端，所述电源模块连接PLC主机模块，所述继电器输出模块连接防护门启闭装置，

传感器模块将检测到的防护门状态参数值传送至模拟量输入模块，经模数转换后变化为相应的数字量，并送入PLC主机模块中进行相应的数据处理，并在PLC主机模块中将实测值与内置的报警阈值进行比较，判断启闭装置运行状态是否良好，出现异常时声发光报警模块发出报警信号供操作人员进行查询，同时继电器输出模块自动执行关掉防护门启闭装置的电机电源的动作。

2.如权利要求1所述的重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统，其特征在于，所述传感器模块包括WZP－24SA隔爆型Pt100铂热电阻温度传感器、EV-C53-500P5O9电隔离式电压传感器、HZIA-C06-500P2O5霍尔直测式电流传感器以及ZRN-FS无线扭矩传感器，该些传感器分别通过模拟量输入模块连接PLC主机模块的输入端。

3.如权利要求1或2所述的重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统，其特征在于，所述模拟量输入模块采用EM231模拟量输入模块。

4.如权利要求1或2所述的重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统，其特征在于，所述PLC主机模块采用S7-224型主机基本模块。

5.如权利要求1或2所述的重型洞库防护门启闭装置的状态监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括液晶屏显示模块，所述液晶屏显示模块输入端连接PLC主机模块的输出端。