基于VB和PLC的液压支架试验台监控系统

第3期
2010年3月
工矿自动化
Industry and Mine Automation
No.3
Mar. 2010
文章编号:1671 -251X(2010)03 -0016 -04
基于VB和PLC的液压支架试验台监控系统
李志峰, 赵志诚, 张井岗
(太原科技大学电子信息工程学院,山西太原 030024)
摘要:介绍了一种基于VB6.0和S7 -200 PLC的液压支架试验台监控系统的组成、通信原理与实现及
关键部分的设计等。该系统采用IPC-610 -H工控机和S7 -200 PLC组成上、下位机控制系统,上位机开
发平台选用VB6.0,利用其中的MSComm控件实现了上、下位机的通信;采用ODBC数据库访问技术增强
了面向用户的数据管理功能,实现了试验数据的存储与查询;下位机实现了液压支架试验的过程控制和数据
采集功能。试验结果及实际应用表明,该系统可实现液压支架试验台的自动控制,保证液压支架的各项试验
可靠进行,准确地完成液压支架内循环加载过程的实时监控任务。
关键词:液压支架;试验台;监控系统;工控机; VB6.0; PLC
中图分类号:TD355.4 文献标识码:B
Monitoring System of Hydraulic Support Test-bed Based on VB and PLC
LI Zhi-feng, ZHAO Zhi-cheng, ZHANG Jing-gang
(School of Electronics and Information Engineering of Taiyuan University of Science and Technology,
Taiyuan 030024, China)
Abstract:The paper introduced composition,communication principle and implementation and design of
key parts of a monitoring system of hydraulic support test-bed based on VB and PLC. The system uses
IPC-610-H industrial computer and S7-200 PLC to build up control systems of upper computer and lower
computer. The development platform of the upper computer selects VB6.0 which MSComn control is used
to realize communication between the upper computer and the lower computer. ODBC database access
technology is used to enhance user-oriented data management function and realize storage and query of
experiment data. The lower computer realizes functions of process control and data collection of hydraulic
support test. The test result and actual application showed that the system can realize automatic control of
hydraulic support test-bed and ensure each test for hydraulic support to be finished reliably, and can
complete real-time monitoring for loading process of internal circulation of hydraulic support.
Key words:hydraulic support, test-bed, monitoring system, industrial computer, VB6.0, PLC
收稿日期:2009 -10 -26
基金项目:山西省太原市大学生创新创业专项(09122011)
作者简介:李志峰(1983 -),男,内蒙古四子王旗人,现为太原科
技大学电子信息工程学院在读硕士研究生,研究方向为智能控制。
E-mail:lizhifeng2010@
0 引言
液压支架作为煤矿综合机械化采煤工作面的主
要支护设备,在煤炭的安全生产中具有非常重要的
地位[1]。在液压支架出厂前或检修后,必须根据国
家标准5液压

支架通用技术条件MT312)20006对
该产品进行各种性能的检测以及各种工况下的试
验,以确保产品质量合格[2]。
笔者设计了一种基于VB和PLC的液压支架
试验台监控系统。该系统采用研华IPC -610 -H
工控机和西门子的S7 -200 PLC组成上、下位机控
制系统,上位机开发平台选用VB 6.0,利用其中的
MSComm控件实现了上、下位机的通信,采用
ODBC数据库访问技术增强了面向用户的数据管理
功能、实现了试验数据的存储与查询。该系统可实
现液压支架试验台的自动控制,保证液压支架的
各项试验可靠进行,直观准确地完成液压支架内循环加载过程的实时监控任务。
1 系统组成
基于VB和PLC的液压支架试验台监控系统
结构如图1所示,主要由上位机监控系统和下位机
控制系统组成。
图1 基于VB和PLC的液压支架试验台监控系统结构
上位机监控系统包括工控机及其外部设备,主
要负责下位机设备运行状态和试验数据的显示,试
验项目、试验次数及参数的设置,试验数据的存储,
试验报告的查询打印以及用户管理。下位机控制系
统由S7 -200 PLC、数字量输出模块、模拟量输入模
块、继电器组、电磁阀组以及压力传感器组成,主要
负责数据的采集和发送以及接收上位机发送的试验
参数和动作指令,按试验的逻辑顺序控制电液换向
阀动作,依次实现初撑、增压、保压和卸荷,循环加载
直至满足试验次数要求。循环加载过程如图2所示。
图2 循环加载过程
2 工控机和PLC的串行通信
工控机和PLC的正常通信是该系统设计的重
要部分。VB6. 0提供了串行端口通信控件
MSComm,该控件封装了通信过程的底层操作,用
户只需设置MSComm控件的属性和对相应的事件
进行编程,即可完成串行通信功能[3]。S7 -200
PLC支持多种通信协议,如PPI接口协议、MPI协
议、Profibus协议、自由口通信协议等。其中自由口
通信是S7 -200 PLC的一个很有特色的功能,它使
S7 -200 PLC可以与任何具有串行接口和通信协议
公开的智能设备(如变频器、单片机和Modem等)
通信,使通信范围扩大、控制系统配置更加灵活[4]。
2.1 工控机和PLC的通信原理
计算机与PLC通信时,为了避免通信中各方争
用通信线,一般采用主从方式,即计算机为主机,
PLC为从机,只有主机才有权发送请求报文,从机
收到后返回相应报文。
本系统中,首先工控机向PLC发送请求报文,
传送试验初始参数和控制指令,具体报文格式如
表1所示。PLC接收到工控机发送的报文,启动接
收完成中断子程序,并对接收到的报文进行校验,校
验正确,则处理接收到的报文数据,并将试验初始参
数、控制指令存入相应存储区。然后启动状态信息
回送程序,将状态信息数据存

入发送缓冲区,其数据
格式如表2所示。通过发送指令将状态信息回送
后,PLC启动发送完成中断、清空发送缓冲区、启动
接收指令,做好接收准备。如校验不正确,则抛弃接
收到的报文,重新启动接收。工控机接收到响应报
文,同样也进行数据校验,如校验正确,则对报文进
行数据处理,并以数字或曲线的形式进行显示;如校
验不正确,则转到错误处理。
表1 工控机发送报文格式
起始字符数据字节数试验初始参数控制指令校验码结束字符
表2 PLC回送报文格式
发送字节数起始字符数据字节数数据区校验码结束字符
2.2 工控机和PLC的通信实现
MSComm控件提供了事件驱动和查询2种处
理通信的方法,其中事件驱动方法通过设置
CommEvent、Rthreshold等属性实现对MSComm
控件的OnComm事件驱动;查询方法则通常通过
OutPut属性直接写输出缓冲区,且通过InPut属性
直接读输入缓冲区实现。因为事件驱动方法程序响
应及时、可靠性高[5],所以本系统采用事件驱动方法
实现工控机与PLC之间的串行通信。工控机通信
流程如图3所示。要使工控机和PLC准确无误地
传输数据,不仅要求工控机和PLC的波特率和数据
格式一致,而且在PLC程序中还需考虑电缆的切换
时间,即S7 -200 PLC接收到工控机的请求报文
后,其发送响应报文的延迟时间必须大于等于电缆
的切换时间[6]。另外,为防止结束字符与数据字符
混淆,选择结束字符为FF。在自由口通信模式下,
PLC可以使用发送完成中断、接收完成中断、发送
指令(XMT)和接收指令(RCV)来控制通信过程。
PLC通信流程如图4所示。
3 系统设计
3.1 系统人机界面的设计
以顶梁中部集中载荷监控为例,其界面如图5
#17#2010年第3期李志峰等:基于VB和PLC的液压支架试验台监控系统 图3 工控机通信流程图
图4 PLC通信流程
所示。在试验前需要填入额定工作压力、压力倍数、
试验总次数,点开始按钮即可,试验中的各项数据如
试验压力、泵站压力、试验次数可实时显示,并可绘
制出试验压力的变化曲线,从而更直观准确地描述
了实验压力的变化。
图5 顶梁中部集中载荷监控界面
3.2 数据库系统开发
该系统采用的数据库是Access数据库。数据
库系统的功能:(1)存储、管理液压支架试验过程的
数据信息;(2)以报表的形式生成并输出支架试验
报告;(3)用户权限的管理,不同角色的用户拥有不
同的权限,保证了操作的安全性。
设计的Access数据库采用ODBC数据源技
术,实现了监控软件与数据库的连接,采用SQL语
言实现了对数据库的访问和操作。为了获得支架试
验检测报告,选用了功能强大的Crystal Report 9.0
报表设计工具,且能与VB6.0实现无缝集成,可以
方便地打印

试验数据信息。依据RBAC (Role
Based Access Control)授权模型的原理,笔者还设
计了用户-权限组-权限的授权管理模型,用户在
登录该系统时,系统会根据用户的ID号赋予用户相
应的操作权限,从而保证了系统的安全性。
3.3 PLC控制程序设计
PLC控制程序需要按照试验的逻辑顺序控制
继电器,进而控制本安电磁阀回路从而实现被测液
压支架的加载、卸载,完成测试功能。PLC控制程
序分为自动控制程序和手动控制程序。在手动模式
下,操作员可通过点击相应的动作命令按钮完成加
载动作;在自动模式下,工控机将试验参数发送给
PLC,PLC按照试验的逻辑顺序,控制继电器的通
断,从而控制电磁阀的开关,顺序执行初撑、增压、保
压、卸荷的循环加载过程,直到完成试验次数。PLC
自动控制程序工作流程如图6所示。
图6 PLC自动控制程序工作流程
4 试验分析
基于VB和PLC的液压支架试验台监控系统
可完成液压支架的强度试验、耐久性试验、急停闭
锁、故障声光报警等功能,本文以顶梁两端集中载荷
试验为例进行说明。在试验进行前,首先选择自动
控制方式,然后进行试验参数设置:额定工作压力为
33 MPa、压力倍数为1.2倍、试验总次数为3次。
设置完毕,点击/开始0。顶梁两端集中载荷强度试
验特性曲线如图7所示,其中采样周期为100 ms、
采样点数为600点。从图7可看出,压力曲线平滑
连续,保压过程中压力值达到试验压力要求且稳定
无变化,初撑、增压以及卸荷迅速。满足试验要求。
#18#工矿自动化2010年3月 收稿日期:2009 -11 -09
基金项目:煤炭科学研究总院太原研究院科研项目(G0702)
作者简介:李小军(1975 -),男,山西汾阳人,工程师,毕业于
中国矿业大学工业电气自动化专业,现任煤炭科学研究总院太原
研究院液压公司研究所副所长,主要从事矿用电器、监控、传感器等
方面的设计工作。E-mail:lwwl1225@
图7 顶梁两端集中载荷强度试验特性曲线
5 结语
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、实现了液压
支架的自动测试。该系统在确保系统安全性、准确
性、稳定性的同时降低了系统的开发成本。目前该
系统已成功应用于国内最大的矿用支架试验台
(20 000 kN),取得了良好的效果。另外,该系统对
工业过程控制监控系统的设计有较大的参考意义。
参考文献:
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西门子S7 -200 PLC [M].北京

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[6] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,
2005.
第3期
2010年3月
工矿自动化
Industry and Mine Automation
No.3
Mar. 2010
文章编号:1671 -251X(2010)03 -0019 -03
DXH-13.2 5/便携式本质安全型电源
李小军
(煤炭科学研究总院太原研究院,山西太原 030006)
摘要:根据神华集团神东矿区的需求,设计了DXH-13.2/5便携式本质安全型电源,详细介绍了该电
源的技术指标、结构组成及选型设计。实际应用表明,该电源可为煤矿井下便携式无源仪器仪表提供5 V本
安电源,具有容量大、体积小、安全性高等特点。
关键词:矿井;电源;本质安全型;便携式
中图分类号:TD684 文献标识码:B
DXH-13.2/5 Intrinsically Safe Type Portable Power Supply
LI Xiao-jun
(Taiyuan Institute of CCRI., Taiyuan 030006, China)
Abstract:According to demands of Shendong mining area of Shenhua Group, DXH-13.2/5 intrinsically
safe type power supply was designed and technical indexes, structure composition and selection design
were introduced in details. The actual application showed that the power supply can provide 5 V
intrinsically safe power supply for portable passive instruments of coal mine underground and has features
of large capacity, small volume and high safety.