摘要：针对我国矿山破碎机自动化程度差、工作效率低、安全隐患大等现状，设计了一套基于物联网的破碎机智能远程监控系统。利用PLC作为破碎机控制前端的实时监控系统，通过传感器对设备的实时状态进行检测，实现对变频器的输出；利用无线通信模块传输数据到上位机组态软件InTouch，通过人机界面实时显示设备的状态信息。系统动态实现了对破碎机的信息采集和远程调控，提高了破碎机的可视化操作性能，实现了数据共享，为设备安全运行和企业管理提供完善的数字化解决方案。

关键词：物联网；破碎机；PLC；InTouch；远程监控

DOIDOI：10.11907/rjdk.172591

中图分类号：TP319

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2018）003011403

英文摘要Abstract：In view of the low level of automation， low efficiency and great security risk of the mine crusher in China， the intelligent remote monitoring system for crusher based on Internet of Things is designed. As a realtime monitoring system for crusher， PLC controls the frequency converter through the sensor to detect the realtime status of the device. Using wireless communication module to transfer data to the configuration software InTouch， and display device status information in realtime on Human Machine Interface. The information collection and remote control of crusher are realized， and it improves the visual operation of crusher， makes data sharing， and provides perfect digital solutions for the operation of equipment and enterprise management.

英文关键词Key Words：Internet of Things； crusher； PLC； InTouch； remote monitoring

0引言

破碎机是矿山主要生产设备之一，应用领域涵盖冶金、有色、建材、化工等多种行业。因破碎机具有破碎比大、产量高、能耗少、产品粒度均匀等特点，能够将原矿破碎到磨矿工艺所要求的粒度，为企业后续生产奠定坚实的基础，获得广泛应用[1]。但目前我国的破碎机以老旧设备居多，仅配置一些检测控制仪器，自动化程度差，对于破碎机的控制与操作，多由人工进行，无法实时根据给料粒度及硬度变化调整给料量，且设备多以计划维修或定期保养为主，缺少状态监控和相应的故障诊断系统，很难及时发现机械润滑不良、过载等事故隐患，经常出现设备故障导致破碎作业无法进行，严重影响企业的生产效率[2]。

为了使破碎设备达到预防为主的效果，必须要有一套完整的综合监控系统。该监控系统是建立在工业控制远程监控基础上的一整套物联网系统（IoT），涉及组态软件、无线通讯、自动控制等领域，形成破碎机集中管理、智能监控、统一调控的综合管理信息平台。整個监控系统采用模块化、平台化和网络化结构，分为上位机和下位机两个层面，由监控中心和各设备监测点组成，多个PLC分布在现场或与传感器相接，采集和控制监测点的油位、压力、温度等各种数据，与PLC通过无线模块相连的上位机InTouch设立在监控中心进行远距离监控，建立可视化人机界面，实时显示下位机采集到的信息，并可把故障信息传送至移动端便于管理人员及时排除故障[3]。该系统不仅能够实现自诊断、数据通信等自动化功能，而且能够监控破碎机的润滑系统、液压系统以及破碎机的各个部件，从而保证破碎机的正常运行，减少安全事故的发生[4]。

1系统结构与工作过程设计

如图1所示，破碎机监控系统主要分为应用层、网络层和感知层，数据库服务器连接InTouch组态软件作为应用层，远程实时显示采集到的数据信息和报表显示，并通过移动端接收故障信息，实现采集数据的共享和交互；巨控GRM400无线通信模块作为监控系统连接的桥梁，把PLC和传感器采集到的数据通过GPRS传输出去；温度、压力、振动等传感器和PLC共同组成感知层，采集破碎机设备的数据并进行工业控制[5]。

破碎机的运行主要是电动机通过皮带轮带动偏心轮转动，从而带动破料装置做复摆运动，由PLC控制各个部件的运行，并采集电机的报警信号。传感器负责检测破碎机润滑油油量、液压系统压力、油温温度、主轴温度、传动轴转速等信号，采集到的数据通过无线模块发送出去[6]。本系统采用的无线模块为巨控GRM400，可以直接与PLC通过PPI协议进行通讯，与传感器直接相连，将采集到的机体振动、转动轴转速、主轴压力、回油温度、油流量等模拟信号和系统启停连锁等开关量信号通过GPRS传输给InTouch上位机组态软件监控系统，还可以把故障信息发送到管理人员的手机上，通过手机实时监测各设备运行的数据。整个物联网的工作过程简单可靠，通过一系列采集和通讯，可以实时监控破碎机的工作状态。

2系统硬件设计

系统硬件包括两个部分：监控中心硬件部分和监控站硬件部分。监控中心的硬件主要包括装有InTouch组态软件的PC机和存储数据的服务器。监控站的硬件构造根据完成的功能分为3个模块：设备控制模块、数据采集模块、无线通讯模块。

设备控制模块使用可编程控制器（PLC）。传统的控制模块大多采用单片机，单片机具有体积小、易嵌入、成本低等特点，但通用性差且故障发生时不易维护，尤其在工业环境复杂等领域不适用。PLC是应用单片机构成的比较成熟的控制系统，采用微机技术，由集成电路及微型继电器等构成，结构紧凑且相对封闭，具有很强的抗干扰能力，故障率很低，坚固耐用，不仅有逻辑运算功能，还有数据处理和传输功能，满足过程控制、数据处理和通信等工业控制的具体要求[79]。PLC模块是整个监控系统的核心，为破碎机的安全有效运行提供控制方案。

数据采集模块采用传感器。传感器是一种检测装置，将检测到的信息按一定规律转化为电信号输出，满足信息的传输、处理、存储、记录和控制等要求。该监控系统主要检测的信息有机体振动、排矿口大小、转动轴转速、主轴压力、供油温度、回油温度、油流量等模拟信号和系统启停连锁等开关量信号，另外还可以根据用户要求将料箱料位、给料量、冷却水温、水流量等输入信号作为可选扩展项[1012]。通过压力传感器、温度传感器、液位传感器等不同功能的传感器共同组成数据采集模块，构成监控系统的感知网络。

无线通讯模块采用巨控GRM400。GRM400是专用于PLC远程维护和监控的通讯模块，使用3G作为通讯手段，内置网页发布，为PLC提供多种通信协议支持，可以直接与PLC通过RS485通讯接口相连，将数据采集模块采集到的各种数据通过GPRS传输到监控中心，实现多包并发采集，智能数据压缩等算法具有较高的响应速度，并可随时访问PLC控制系统，监控程序，维护设备，还具有短信报警功能。

3系统软件设计

3.1PLC控制系统设计

PLC主要用于监控系统的自动控制，即控制油泵的运行状态。如图2所示，PLC控制程序由一个主程序和若干子程序组成，主程序是主要的设备控制程序，包括系统初始化程序、运行模式（手动、自动）转换程序、故障检测报警程序等，负责破碎机主要的作业流程。子程序分为手动子程序和自动子程序，分别执行破碎机的手动控制和自动控制[13]。手动控制是操作人员在设备现场通过操作按钮执行各运行机构的工作状态，主要在系统检测和设备维修时使用；正常情况下破碎机处于自动控制状态，自动控制由控制模块的PLC具体实现，通过监控中心组态软件的触摸屏显示实时状态，并在发生故障时通过触摸屏按钮远距离控制油泵的启停等操作。

PLC控制系统主要采用手动运行和自动运行两种模式，正常情况下，系统处于自动运行模式，转动自动运行开关，当检测系统没有故障时，I0.1（自动）输入点接收信号，调用自动运行子程序Auto_1，进入自动模式。自动模式设有油压下限开关（I1.1），当油箱液位低于设定值时，PLC控制程序自动控制电机运行往油箱注油，以恒定油压。

转动手动开关时，I0.0（手动）输入点接收信号，调用手动运行子程序Man_1，进入手动模式，此时通过按钮开关控制油泵的启停。破碎机启动手动和自动程序如图3所示。

3.2组态软件InTouch监控系统设计

组态软件InTouch是一款智能化的人机交互软件，为以工厂和操作人员为中心的工业信息系统提供可视化工具，能够快速建立、测试和部署强大的连接和传递实时信息的自动化应用。InTouch监控系统可视化界面开发主要包括：登录界面、监控界面、控制界面、查询界面4个主要界面，其中监控界面和查询界面下又包含多个次要界面，分别完成对采集数据的显示、故障显示、报表打印、将数据导入数据库、历史数据查询等功能，实时显示轴承温度、油位、各项压力、传动装置转速等参数，其界面结构如图4所示[1415]。其中查询界面具有良好的轴承数据库分析系统和故障诊断分析系统数据库。

安全操作是监控不容忽视的问题，InTouch提供了一个可靠的基于用户等级的安全管理系统，能够根据用户的等级权限准许或禁止对监控系统进行操作。通过对工程设置访问权限，对相关界面设置访问优先权，同时给操作者划分等级和安全区以保证系统的安全运行。安全登录界面如图5所示，点击登录按钮输入操作员和密码，登录成功后会自动显示操作员的等级，系统将根据操作员的等级判断是否准许该操作员进行相应的操作，同时点击配置按钮可以对操作员进行增、删、改、减等操作。部分按钮代码如下所示：

DIM logon AS INTEGER；

Logon=PostLogonDialog（）；

Logon=Logoff（）；

Passwordmodify=0；

DIM logonmodify AS INTEGER；

Logonmodify=ChangePassword（）；

Passwordmodify=logonmodify；

4结语

本文设计的破碎机监控系统是集传感器检测技术、PLC控制技术、无线通信技术、网络技术和组态软件监控技术于一身的物联网系统，利用可视化的InTouch人机界面作为人机交互平台，具有手动、自动操作功能，实时监控和故障报警功能，数据查询和报表打印等功能。利用巨控GRM400模块作为无线传输媒介，实现上位机和下位机的无线通信，并可在移动端接收数据，实现数据共享。通过对破碎机工作信息数据的采集、传输、自动控制等，实现对破碎机的实时监控和优化配置，极大地提高了工作效率，解决了过去人工调控的弊端，提高了破碎机的连续高效运行能力，为安全生产提供了重要保障。

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责任编辑（责任编辑：何丽）