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基于MCGS电动机群网络化监控系统设计

时间:2012-08-09 13:50:34来源:张英菊

导语:​本文介绍了基于MCGS工业组态软件的上位机控制系统的开发与设计,阐述了系统的组成(MCGS组态软件、智能监控器)、功能,实现MCGS组态软件与监控器的通讯单元进行串行通信。现场采用智能监控器采集实时数据,并且显示当前的数据以及故障。

摘要:本文介绍了基于MCGS工业组态软件的上位机控制系统的开发与设计,阐述了系统的组成(MCGS组态软件、智能监控器)、功能,实现MCGS组态软件与监控器的通讯单元进行串行通信。现场采用智能监控器采集实时数据,并且显示当前的数据以及故障。上位机采用RS232-485转换器与下位机通讯,主要通过设备窗口来完成,在设备窗口中建立系统与智能监控器的连接关系,实现对电动机群的实时监控。[1]

关键词:MCGS组态软件;智能监控器;485通信;监控系统

0 引言

      随着现代工业自动化的发展,厂站内生产系统中采用的电动机数量不断增加,单机容量也不断提高。电动机作为工业系统的主要传动设备,其故障不仅会损坏电动机本身,而且会影响整个生产系统。对于电厂或企业的多台电动机组成的电动机群,需要为其中的电动机分别配备保护装置。一般情况下,保护装置是随电动机按照工序的要求散布在工业现场的。为电动机配备保护装置和故障状态监控系统,进行实时的状态监测及保护,可以有效地降低电动机故障率、提高电动机的使用寿命、减少电动机故障造成的停产损失、降低维修成本、防止对人员和设备安全产生的威胁。在后台监控平台上,对网内的各台电动机,可以实时地监控运行状况、记录运行数据、在线调整参数、远程启停电动机、在线连锁组态,进行事故分析与处理、发现轻微机械故障并发出告警信息等。本文上位机采用MCGS组态软件完成上位机控制系统的开发,上位机完成系统在线监控,调试,数据采集。上位机与智能监控器采用RS485进行通讯。

1 MCGS的特点与功能

      MCGS全中文工业自动化控制组态软件为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案。MCGS工控组态软件是一套32位工控组态软件,可稳定运行于Windows95/98/NT操作系统,集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身,并支持国内外众多数据采集与输出设备,广泛应用多种工程领域。

特点如下:

        ·真正的32位程序,支持多任务、多线程,运行于Win95/98/NT/2000平台

  ·提供近百种绘图工具和基本图符,快速构造图形界面

  ·支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备

  ·支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种工控曲线

  ·支持ODBC接口,可与SQL Server、Oracle、Access等关系型数据库互联

  ·支持OPC接口、DDE接口和OLE技术,可方便的与其他各种程序和设备互联

  ·功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建,保证多个系统完美结合

  ·完善的网络体系结构,可以支持最新流行的各种通讯方式,包括电话通讯网,宽带通讯网,ISDN通讯网,GPRS通讯网和无线通讯网

        ·方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数,使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。

      MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两大部分,两部分相互独立有紧密相连。MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境,由可执行程序McgsSet.exe支持,其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后,生成扩展名为.mcg的工程文件,又称为组态结果数据库,其与MCGS 运行环境一起,构成了用户应用系统。

2   系统构成

      2.1 系统总体设计

      基于RS485网络的电厂辅机电机群监控系统由电动机保护装置、智能仪表及后台监控中心构成,并利用RS485网络将电动机群内各台保护装置和后台监控中心组成工业局域网。在各保护装置保护单台电动机的基础上,实现信息共享及智能管理,保证辅机电机群的正常工作,[2] [4]系统结构图如图1所示。

 

图1 系统结构图

      2.2  系统组成单元及工作原理

      由图1可知系统又后台监控中心、各个电机保护装置及智能监控仪表组成。

      2.2.1后台监控中心

      后台监控中心使用工业控制计算机,使用中文组态软件实现数据采集,显示,存储和分析的功能,并能够实时的模拟显示电动机动作状态,利用组态软件强大的控制功能可以直接控制各个电机的启动和停止,后台监控中心的功能有:

      1.实现在线电动机监测功能。实时收集电动机群内各电动机的运行信息。以电动机为单位,收集电动机的机端电气量及开关量信息,显示在图形界面上,并建立数据库保存这些数据。

      2.利用PC强大的数据处理能力,检测群内各电动机的导条或端环断裂等机械故障。

      3.监控人员可以根据电动机运行状态的变化,由后台机下载保护装置定值、控制参数。

      4.对群内各保护装置进行组态,实现连锁控制。

      5.如果电动机出现故障或保护装置自捡出错,或检测到电动机的机械故障,发出声光报警。

      6.建立群内各电动机的设备信息库,保存各台电动机的型号、运行方式和历史维护记录等,并根据设备状态提示状态检修。

      7.通过485网络将故障监控系统中的监控数据上传至厂、站内的综合自动化网络。

      2.2.2  电机保护装置作用

      电动机群故障监控系统中,安放于现场主要实现的功能有:

      1.实时采集电动机启动、运行过程中的电气量,包括三相电流、零序电流、三相电压及3Uo等,并通过数学运算实现各种电动机常见故障的保护功能。本电动机保护装置可提供的保护包括:a.电流断速保护;b.采用正序反时限保护作为堵转等对称故障的保护;c.考虑正序和负序电流的热效应,对电动机过载等提供保护的过负荷保护;d.采用负序反时限保护作为电动机不平衡运行的保护;e.采用零序电流保护人作为电动机的接地保护;f.    启动时间过长保护;g.低电压保护。

      2.实时显示现场采集电气量,并具有RS485总线接口实时向后台监控中心上传辅机电机的电气量。

      3.电动机出现故障使保护动作时,实时向后台监控中心发故障信息。

      4.保护装置自检出错时,实时向后监控中心发自检出错报告。

      2.2.3基于Modbus的RS485通信网络

      电厂辅机电动机数量多且分散,要实现对所有电机设备的集中监控,采用485总线构成通信网络是一个较为合理的选择。RS485总线线路简单可靠,并且能够完全覆盖整个电厂辅机电机群,完全能够满足要求。Modbus通信协议是由Modicon公司提供的一种通信协议,目前它已经成为工业自动化领域的一种通用协议,在很多工控类产品中得到应用。当在Modbus网络上通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上,包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。[5]

3   上位机系统设计

      3.1  上位机与智能监控器的连接

      本文智能监控器采用ModBus-RTU标准协议,MCGS支持多种协议,对设备与组态的互连提供了极大的便利。在MCGS设备窗口将标准ModBus-RTU设备挂在标准串口父设备下,父设备属性设置中要选定计算机的通讯端口、设置波特率、数据的校验方式,在标准ModBus-RTU设备属性中设置监控器的地址、采集周期,在通道连接属性中将监控器的寄存器地址与MCGS通道建立连接。此步骤关键是父设备中端口以及波特率的设置,标准设备属性设置中地址要与监控器对应。各个属性设置如图所示:

 

图2  设备属性设置

     3.2  处理采集数据

      组态软件将地址与上位机对应的监控器的通道值采集上来,这些数据为原始数据,从这些数据中无法直接读出所需的信息。将根据监控器内部的定义,将寄存器中的值做处理,监控器第一个通道值为各电机状态的控制,判断点击出现何种故障。因此我们要通过脚本的编写将每一种故障分离出来。代码如下:

a01=原始控制字01

If a01=b01  then

过流01=!BitTest(a01,8)

堵转01=!BitTest(a01,9)

不平衡01=!BitTest(a01,10)

断相01=!BitTest(a01,11)

欠压01=!BitTest(a01,12)

过压01=!BitTest(a01,13)

短路01=!BitTest(a01,14)

漏电01=!BitTest(a01,15)

ELSE  

 b01=原始控制字01

EndIF

电机出现故障时,能够实时的得到故障信息,实现对电机的实时监控。

      3.3  报警处理

      MCGS把报警处理作为数据对象的属性,封装在数据对象内,由实时数据库来自动处理。当数据对象的值或状态发生改变时,实时数据库判断对应的数据对象是否发生了报警或已产生的报警是否已经结束,并把所产生的报警信息通知给系统的其它部分,同时,实时数据库根据用户的组态设定,把报警信息存入指定的存盘数据库文件中。

      当电机出现故障后,要根据要求显示出现的故障并控制电机停下,可以伴随声音的提示,在监控画面中可以实现动态显示,提醒观察人。

      报警设置如下:从控制字中分离出的变量都是开关量,其中一位是故障位,在实时数据库中打开故障位的属性设置,在报警属性设置中选中允许开关量报警,报警时设置为1,当故障位为1时就执行。如图示:

 

图3  报警设置

      实现声音的报警:在运行策略中建立报警策略,在属性设置中对应的报警数据对象设置为故障位,当故障位为1时出发声音报警。如图所示:

 

图4 声音报警设置

      3.4  总体监控

      在总体监控中,将画面中通道值通过组态与监控器进行互联,在画面中可以看到每一台电机的所有数据,最大化的为监控人员提供便利。当电机发生故障,可以直接在监控画面中操作控制,真正的实现远程监控,避免故障发生时的延时处理。监控画面如图示:

 

图5 总体监控图

4   总结

      本文通过MCGS对电机进行监控,使电厂辅机电机群监控系统进一步完善,数字化矿井安全监控系统进一步提升。采用联合的监控方法,RS485总线覆盖整个电厂辅机电机群实现了不同设备之间的联网和通信。把故障诊断与维修技术相结合,降低了机电设备群的事故停机率。系统的运行和应用,能在最短的时间内将辨识出异常点及状态,按每年可因减少停电次数,影响生产3小时,可创造效益70万元。对因设备群而减少影响排水或通风的安全效益更是可观。

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