基于PLC的遠程監(jiān)控系統(tǒng)在空氣壓縮機自動控制的應(yīng)用

1引言

隨著國家節(jié)能減排政策的提出和工業(yè)自動化水平的提高，以及越來越多的廠家要求盡量降低設(shè)備的損耗，進而適當(dāng)減少設(shè)備維護費用，如何合理的使用、維護設(shè)備已成為關(guān)鍵，而單純的采用人工方式記錄設(shè)備故障、設(shè)備使用時間，以及人工切換設(shè)備已經(jīng)不能滿足上述要求。本文以某煤礦空氣壓縮機遠程監(jiān)控系統(tǒng)項目為例，采用西門子s7-300系列plc作為數(shù)據(jù)采集和控制單元，上位機用西門子wincc進行畫面及參數(shù)顯示，從plc到中控室工控機采用ethernet協(xié)議進行通訊，現(xiàn)場使用觸摸屏顯示控制畫面及參數(shù)，操作人員可在中控室或者現(xiàn)場觸摸屏上發(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，推動氣動設(shè)備的運行，要求管道內(nèi)的壓力維持在一定的范圍內(nèi)，最好不好過壓或者欠壓，以免造成能源的浪費或者現(xiàn)場設(shè)備無法使用。由plc采集空氣壓縮機的參數(shù)，比如溫度、壓力、運行時間、故障等，上傳到中控室上位機和現(xiàn)場觸摸屏，并接受操作員發(fā)出的控制命令，再將相應(yīng)的命令傳給空壓機，以實現(xiàn)控制功能，并做出相應(yīng)的報警指示。

3系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

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



圖1 系統(tǒng)組成整體架構(gòu)

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(jié)構(gòu)簡單、體積小、沒有易損件、工作可靠、壽命長、維修簡單等優(yōu)點。由于其針對維護專門的設(shè)計，使得停機時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(tǒng)，控制菜單簡便易用，并配有支持網(wǎng)絡(luò)通信的485接口，供外部控制系統(tǒng)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(tǒng)的控制命令，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)以及啟停空壓機。

3.2i/o模塊

本系統(tǒng)中需要控制空壓機電源的接通與關(guān)斷等，故需用到數(shù)字量輸入模塊，數(shù)字量輸出模塊，由于本系統(tǒng)采用西門子s7 300系列plc，所以也需訂購相應(yīng)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(zhuǎn)換開關(guān)，可以選擇在本地或者遠程控制該電源的接通與否，該轉(zhuǎn)換開關(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子s7-300系列plc即可完成空壓機參數(shù)的實時掃描和運算，并傳送信息到中控室上位機以及現(xiàn)場觸摸屏，另外結(jié)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行控制。s7-300系列plc采用模塊化設(shè)計，具有模塊擴展和功能配置簡單等特點，可以根據(jù)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(xiàn)場plc到中控室工控機距離很遠，此處采用ethernet協(xié)議進行網(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，通過光纖鏈路模塊經(jīng)過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plc cpu上的profibus dp接口，連接到profibus轉(zhuǎn)modbus協(xié)議轉(zhuǎn)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(jiān)測儀表的modbus接口，來讀取空氣壓縮機的運行參數(shù)和多功能電表的電流電壓功率等電力狀態(tài)數(shù)據(jù)，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com口，其中一個是rs232口，另一個即可當(dāng)做rs232，又可以用作 rs485來通訊。同時還帶有兩個usb口，一個10m/100m自適應(yīng)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，四線電阻式觸摸屏，同時還預(yù)裝微軟嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)wince和免費捆綁hmibuilder嵌入版組態(tài)軟件無線點。