带电作业工具库房状态监测与智能控制系统研制

刘士亚，张小平，文丽，黄毅

(湖南科技大学 湖南科技大学先进矿山装备教育部工程研究中心，湖南 湘潭 411201)

0 引言

带电作业工具的技术性能，尤其是其绝缘性能的稳定可靠是保证作业人员作业安全的基本前提，而作业工具合适的存放环境是确保其技术性能稳定可靠的基本要求，因此必须对作业工具存放库房的环境状态进行有效的监测与控制[1－2]。文中阐述了系统的总体结构与基本工作原理，研究开发出了相应的硬件装置与控制软件，并经过了实际的运行测试，各项性能指标达到了技术要求。

1 系统总体结构及其基本工作原理

该系统的总体结构如图1所示。主要包括室内温湿度传感器、室外温度传感器、烟雾传感器、主控制器、工控机、电气控制柜、加热器、除湿机、排风机、短信通、声光报警器及打印机等环节。其中主控制器采用台达 PLC，它通过检测室内温湿度传感器、室外温度传感器信号并与其相应的设定值进行比较，经相关运算处理后输出控制信号来控制加热器、除湿机、排风机等外部设备的运行，同时还将相应的温湿度信号上传至工控机，由工控机设计出友好的人机界面，以实现对库房温湿度状态信息的实时显示、存储和打印;如果主控制器接收到烟雾传感器发来的信号，则立即启动报警并自动切断库房内各外设电源，同时通过GPRS通信模块将报警信息以短信方式发送给相关责任人[3]，以尽量缩短火灾报警时间;电气控制柜用于将主控制器输出的控制信号进行隔离放大以驱动加热器等外部设备，同时它还具有过流、短路及超温断电保护等功能。

图1 库房状态监测与控制系统总体结构框图

2 系统控制软件设计

整个系统控制软件包括上位机人机界面软件，PLC控制软件及相应的通信软件等部分。

2.1 上位机数据处理与人机界面设计

上位机人机界面软件采用组态王 kingview6.55开发[4－5]，用于实现温湿度数据的实时显示与存储、上下限设定、历史数据查询、数据表打印及温湿度超限报警等功能。

人机界面采用窗口、图标、菜单、指示器四位一体的界面[6]，能同时显示实时数据、历史曲线、报警信息等不同种类的信息，用户可在多个不同的功能菜单间自由切换，通过下拉式菜单方便地执行控制任务，通过引入图标、下拉式菜单、按钮及滚动杆技术，可有效减少键盘输入，提高交互效率。

该监控系统中的数据有历史数据和实时数据，其中历史数据采用定时记录的方式，即每隔1小时将1组数据自动保存到指定的数据库中，利用组态王的SQL功能可实现对数据库中的数据进行选择、修改、插入、删除等多种操作;实时数据则显示于人机界面中，采用数据表和特性曲线两种显示方式，每100 ms刷新一次数据。

2.2 PLC控制软件设计

PLC控制软件包括主程序及状态信号采集与信号处理2个子程序。各程序模块的功能如下:

2.2.1 主程序模块

主程序流程如图2所示，其基本功能是完成系统的初始化及调用各子程序。系统上电或复位后，先进行初始化，设置各初始参数，读取各传感器数据，将数据进行相关运算处理后，控制各执行单元的运行，同时将相关数据经RS485总线传送至上位机。

图2 系统主程序

2.2.2 信号采集子程序模块

图3 信号采集子程序流程图

该监控系统信号检测部分包括室内温湿度传感器、室外温度传感器(1个)及烟雾传感器等。其中，烟雾传感器的输出为开关信号，信号采集较简单;而温湿度传感器采用RS485传送信号，其信号采集过程相对较复杂，其基本流程如图3所示。首先设定通信协议，再确定扫描周期，该扫描周期的确定对系统灵敏度和数据可靠性均会造成影响，如周期过大，则系统灵敏度会降低，而周期过小，则会引起数据丢失，本系统采用100 ms作为扫描周期，取得了较好的效果，在每个扫描周期开始，系统读取温湿度传感器的数据并存入数据缓冲区，待数据读取完毕，再将其转存至数据存储区，之后再清空数据缓冲区以备下一周期数据采集用。

2.2.3 信号处理模块

主控制器检测室内温湿度传感器、室外温度传感器信号并与其相应的设定值进行比较，经相关运算处理后，输出相应的控制信号以控制加热器、除湿机等外部设备的运行。其中，湿度控制相对较简单，当室内湿度超过上限时，主控制器自动起动除湿机;而对温度的控制相对较复杂，其程序流程如图4所示。系统首先检测室内外温度，当室外温度处在上下限范围内时，则以室内外温差不超过5℃为控制目标，如室温过高，则开启排风扇降温，而若室温过低，则延时30 s开启加热器升温;当室外温度不在上下限范围内时，则室内温度控制不受室内外温差为5℃的限制，以保证给室内工作人员提供一个合适的工作环境。其中，温度上下限可根据需要进行设定。

图4 温度数据处理流程图

图5 监控系统主画面

3 样机试验

基于上述研究设计，研制出系统样机，其中监控系统主画面如图5所示。经过对样机进行运行测试，其各项性能指标均达到了技术要求，且具有性能稳定可靠、界面友好、操作方便等特点。

4 结束语

根据带电作业工具对存放库房环境的要求，研制了相应的库房状态监测与智能控制系统。阐述了该系统的总体结构及其基本工作原理，分析研究了控制软件的设计方法，并研制出相应的硬件装置，经结合控制软件进行运行测试表明，该系统各项技术指标达到了技术要求，具有一定的应用价值。

[1]林红，徐清源，周江.智能化库房管理的实现[J].电工技术杂志，2002，21(4):33 －34，55.

[2]梁华贵.智能化带电作业工具库房管理系统探析[J].中国电力教育，2012，28(30):116－117.

[3]李江全.案例解说组态软件典型控制应用[M].北京:电子工业出版社，2011.

[4]敬伟，王鹏，兀伟.基于组态王的实时监控系统的数据处理[J].计算机工程与科学，2009，31(8):128－129.

[5]王冰，王世明.组态王相关数据库研究[J].计算机工程与设计，2008，29(4):1025 －1027.

[6]李天科.以人文本的人机界面设计思想[J].计算机工程与设计，2005，26(6):1228－1229.