基于PLC的遠程監控系統在空氣壓縮機自動(dòng)控制的應用

1引言

隨著(zhù)國家節能減排政策的提出和工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，以及越來(lái)越多的廠(chǎng)家要求盡量降低設備的損耗，進(jìn)而適當減少設備維護費用，如何合理的使用、維護設備已成為關(guān)鍵，而單純的采用人工方式記錄設備故障、設備使用時(shí)間，以及人工切換設備已經(jīng)不能滿(mǎn)足上述要求。本文以某煤礦空氣壓縮機遠程監控系統項目為例，采用西門(mén)子s7-300系列plc作為數據采集和控制單元，上位機用西門(mén)子wincc進(jìn)行畫(huà)面及參數顯示，從plc到中控室工控機采用ethernet協(xié)議進(jìn)行通訊，現場(chǎng)使用觸摸屏顯示控制畫(huà)面及參數，操作人員可在中控室或者現場(chǎng)觸摸屏上發(fā)出控制命令。

2原理分析

該項目利用空氣壓縮機給煤礦井下提供氣體壓力，推動(dòng)氣動(dòng)設備的運行，要求管道內的壓力維持在一定的范圍內，最好不好過(guò)壓或者欠壓，以免造成能源的浪費或者現場(chǎng)設備無(wú)法使用。由plc采集空氣壓縮機的參數，比如溫度、壓力、運行時(shí)間、故障等，上傳到中控室上位機和現場(chǎng)觸摸屏，并接受操作員發(fā)出的控制命令，再將相應的命令傳給空壓機，以實(shí)現控制功能，并做出相應的報警指示。

3系統設計及實(shí)現

該系統主要由空氣壓縮機、plc、i/o模塊、現場(chǎng)觸摸屏、上位機人機界面、網(wǎng)絡(luò )通訊等部分組成，系統整體架構如圖1所示。



圖1 系統組成整體架構

3.1空氣壓縮機

采用上海申行健有限公司的螺桿式空壓機,它具有結構簡(jiǎn)單、體積小、沒(méi)有易損件、工作可靠、壽命長(cháng)、維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。由于其針對維護專(zhuān)門(mén)的設計，使得停機時(shí)間和維修費用大大減少。并且此空壓機上裝有智能控制系統，控制菜單簡(jiǎn)便易用，并配有支持網(wǎng)絡(luò )通信的485接口，供外部控制系統與其通信，采集空壓機的溫度、管道壓力、故障信息等，還可以接受外部控制系統的控制命令，設置相應參數以及啟?？諌簷C。

3.2i/o模塊

本系統中需要控制空壓機電源的接通與關(guān)斷等，故需用到數字量輸入模塊，數字量輸出模塊，由于本系統采用西門(mén)子s7 300系列plc，所以也需訂購相應的300系列的di，do模塊，型號分別有di模塊sm321（訂貨號為6es7 321-1bh02-0aa0，di16dc24v），do模塊sm322（訂貨號為6es7 322-1bh01-0aa0，do16dc24v/0.5a）。另外控制柜上安裝有轉換開(kāi)關(guān)，可以選擇在本地或者遠程控制該電源的接通與否，該轉換開(kāi)關(guān)作為輸入信號，接入plc的di模塊。

3.3plc單元與網(wǎng)絡(luò )通訊單元

本文利用中小型的西門(mén)子s7-300系列plc即可完成空壓機參數的實(shí)時(shí)掃描和運算，并傳送信息到中控室上位機以及現場(chǎng)觸摸屏，另外結合操作人員在上位機和觸摸屏發(fā)出的控制命令，對空壓機的啟停等進(jìn)行控制。s7-300系列plc采用模塊化設計，具有模塊擴展和功能配置簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可以根據不同的需要靈活組合和擴展。此處選用315-2dp型號的cpu，此cpu集成有mpi和dp通信接口，有很強的通訊功能。

從現場(chǎng)plc到中控室工控機距離很遠，此處采用ethernet協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通信，所以還訂購了以太網(wǎng)通訊模塊（cp 343-1），其具有rj-45接口，通過(guò)光纖鏈路模塊經(jīng)過(guò)光纖連接到中控室所在的以太網(wǎng)，將plc采集到的信息上傳到上位機，并將上位機發(fā)出的控制命令傳送到plc。

通過(guò)plc cpu上的profibus dp接口，連接到profibus轉modbus協(xié)議轉換模塊（pb-b-mm），再連接到兩臺空氣壓縮機以及控制柜上多功能電力監測儀表的modbus接口，來(lái)讀取空氣壓縮機的運行參數和多功能電表的電流電壓功率等電力狀態(tài)數據，以及向空壓機發(fā)送啟停命令等。

觸摸屏采用縱橫科技的tpc070td觸摸屏，它兩個(gè)com口，其中一個(gè)是rs232口，另一個(gè)即可當做rs232，又可以用作 rs485來(lái)通訊。同時(shí)還帶有兩個(gè)usb口，一個(gè)10m/100m自適應rj 45以太網(wǎng)接口。此縱橫科技的觸摸屏是一套以嵌入式低功耗cpu為核心的高性能嵌入式人機界面，采用7英寸高亮度tft液晶顯示屏，四線(xiàn)電阻式觸摸屏，同時(shí)還預裝微軟嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統wince和免費捆綁hmibuilder嵌入版組態(tài)軟件無(wú)線(xiàn)點(diǎn)。