基于S7-200和MCGS的液压支架试验台监控系统的设计.doc

基于S7-200和MCGS的液压支架试验台监控系统
作者：马锐刚
摘要：20000KN液压支架试验台电控系统采用西门子S7-200系列PLC和MCGS组态软件技术，组建液压支架试验台监控系统。实现了液压支架整架性能测试的自动和手动控制，以及试验参数的在线监控及故障报警功能。
关键字：液压支架试验台 PLC MCGS
0引言
液压支架是煤炭开采作业的重要组成设备之一。在液压支架出厂时，需进行整架性能测试。测试项目包括：耐久性试验、强度试验及水平加载试验。
笔者应用西门子S7-200系列PLC和昆仑通态MCGS组态软件，组建了液压支架试验台监控系统。实现过程控制、在线监控、数据保存查询、故障报警等功能。
1 20000KN液压支架试验台的测试原理
20000KN液压支架试验台主要由机体、液压系统、电气监控系统组成。测试分为内加载和外加载两种型式试验。
外加载型式试验时，通过控制分布在机体四个角的调高液压缸和四个插销液压缸来实现液压支架活动顶梁的升降、锁紧。其控制方式为手动控制。
内加载型式试验分为强度试验和耐久性试验。内加载试验时，通过电磁阀的通断，向液压支架立柱内注入相应压力的乳化液，以检测整架的承载能力。单次试验步骤分为四个步骤：初撑、增压、保压、卸荷。连续试验时，设定试验总次数，按照初撑、增压、保压、卸荷顺序循环执行。
在每个试验项目结束或每500次加载循环结束时，检查结构件有无裂缝和永久变形，打印测试报告。
2 液压支架试验台监控系统组成
液压支架试验台监控系统采用上、下位机控制模式，系统如下图。整个监控系统由上位机PC、下位机S7-200系列PLC、压力传感器及执行机构组成。

上位机是一台PC机，是操作人员与监控系统的交互窗口。PC机采用北京昆仑通态MCGS6.2通用版组态软件进行编程，开发人机界面，实现过程的可视化。操作人员通过人机界面可以方便得设定试验参数、控制试验过程，监视压力变化。上位机还具有数据保存、查询，报表打印，故障报警等功能。
下位机是监控系统的控制核心，完成试验数据的采集、运算，根据设定的试验参数控制各执行元件按照试验要求相应动作。本设计方案中，选用西门子S7-200系列PLC作为下位机。S7-200系列PLC编程灵活，体积小，运算速度快，足以满足试验台控制要求。PLC具体选型为S7-200 226CN型CPU，并配置EM235扩展模块。
上位机与下位机之间采用PPI通讯电缆连接。采用PPI通讯电缆，不需要编写专门的通讯程序，只需在MCGS中添加西门子S7_200PPI设备并对连接参数进行简单设置即可。
本设计方案中，采用两个压力传感器监测泵站工作压力和试验工作压力。泵站工作压力传感器量程为0～35MPa，试验工作压力传感器量程为0～100MPa。两个压力传感器将压力信号转化为4～20mA的电流信号。
执行机构为电磁阀，控制各液压系统管道的导通与截止。
3 液压支架试验台监控系统工作原理
0～35MPa压力传感器接在泵站压力管道上，0～100MPa压力传感器接在工作液压管道上。压力传感器将压力信号转换为标准的4～20mA电流信号，送入EM235扩展模块。
EM235扩展模块将压力传感器发送来的4～20mA电流信号转化为相应压力值的数字量，送给S7-200 226CN CPU。
S7-200 226CN CPU是监控系统的控制核心。根据上位机设定的试验参数及检测到的压力值，按照内部程序控制各电磁阀的通断。
试验时，根据不同的架型及试验项目，操作人员通过人机界面设置相应的试验参数。上位机PC通过PPI通讯电缆将参数值送给PLC。操作人员按下人机界面上的相应控制按钮，控制试验台的启停。上位机PC实时读取PLC中的压力值，绘制压力曲线图，并将压力数据存储在PC机中。当有压力超高或通讯故障时，及时显示报警。人机界面如下图所示。

4 结束语
本文设计的液压支架试验台监控系统采用上下位机控制模式，结构紧凑、性能可靠，实现液压支架试验台数据采集和试验过程的自动化。试验台投入运行后运行良好，取得了良好的效果。