鄧旭

摘 要 本文介紹了一種上位機組態(tài)軟件采用Win CC（Windows Control Center）V6，下位機采用西門子S7-300系列PLC的空壓機氣源測控系統(tǒng)，分析了該測制系統(tǒng)的系統(tǒng)功能結構、軟硬件配置等要點，探討了該氣源測控系統(tǒng)上位機與PLC的通訊方式。

關鍵詞 PLC；組態(tài)軟件；測控系統(tǒng)；空壓機

中圖分類號 TP39 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）163-0213-02

本文介紹了某單位一次空壓機氣源測控系統(tǒng)改造項目，該項目基于PLC、組態(tài)軟件Win？CC和PROFIBUS通信協(xié)議的遠程測控系統(tǒng)。該氣源測控系統(tǒng)主要用于對氣源系統(tǒng)中6臺空壓機機組的運行狀態(tài)、壓力、溫度、振動量、故障報警等信號實施集中監(jiān)控，并可實現(xiàn)對設備進行遠程控制?，F(xiàn)場投運幾個月來運行狀況良好，達到預期的要求。

1 系統(tǒng)功能

1.1 數(shù)據(jù)的采集及趨勢分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)的采集及趨勢分析系統(tǒng)主要對設備的溫度、壓力、流量、振動量和位移量等工藝參數(shù)進行檢測、記錄和分析。通過安裝在現(xiàn)場的傳感器將采集到的模擬量信號送入PLC模擬量輸入模塊，傳至空壓機氣源總測控系統(tǒng)，可實現(xiàn)實時在線監(jiān)控。溫度信號采用電阻信號，其溫度傳感器選用PT100？A級鉑電阻，鉑熱電阻傳感器的主要特點是：測量精度高，性能穩(wěn)定。壓力信號采用4-20mA的標準信號，壓力傳感器選用壓力檢測和信號變送于一體的電容式壓力傳感變送器，選用電容式壓力傳感器是基于其具有靈敏度好，測量精度高，穩(wěn)定性好，工作溫度范圍寬、使用方便且適用于全天候的特點。振動量和位移量測量采用電渦流傳傳感器，通過變送器后，可變?yōu)?-20mA的標準信號，可更加準確的監(jiān)測設備的運行狀態(tài)。

1.2 報警及聯(lián)鎖保護系統(tǒng)

為了保護空壓機在運行時安全可靠，報警及聯(lián)鎖保護系統(tǒng)對機組各項運行參數(shù)（如壓力、溫度、流量等）都設有報警值，對涉及到機組安全的參數(shù)（軸承溫度、軸承振動等）設有聯(lián)鎖保護停機值。通過對機組的設備狀態(tài)及機組各項參數(shù)的行實時監(jiān)控，當設備出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)發(fā)出低限或高限報警后，監(jiān)控面板報警燈亮，相應參數(shù)儀表顯示變?yōu)榧t色并閃爍，提醒現(xiàn)場運行人員注意；當涉及到機組安全的參數(shù)達到聯(lián)鎖保護停機值當時，系統(tǒng)將打開防喘閥，保護停機。為加強系統(tǒng)的安全性，防止系統(tǒng)參數(shù)被隨意修改，本系統(tǒng)設置了登錄密碼和報警域修改權限。

1.3 遠程控制功能

氣源系統(tǒng)各機組的啟動/停機、加載/卸載控制信號通過控制繼電器對設備進行操作，以儲氣罐壓力為依據(jù)，根據(jù)控制程序中設定總管壓力閥值調(diào)節(jié)電磁閥，進行氣量調(diào)節(jié)；根據(jù)用氣流量的不同，可隨機選擇機組運行。以1號空壓機組為例，在開機啟動前，潤滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)滿足開機啟動條件后，方可進行啟動機組，在此采用聯(lián)鎖控制，條件不滿足時，機組無法開啟。當壓縮機空載啟動進入正常運行狀態(tài)后，按下加載按鈕，壓縮機進入到負荷運行狀態(tài)。壓縮機根據(jù)儲氣罐壓力自動調(diào)節(jié)電磁閥1、2加載狀態(tài)，使儲氣罐壓力穩(wěn)定在0.7MPa左右，具體控制如下：當儲氣罐壓力值低于0.68MPa時，壓縮機處于100%加載狀態(tài)，電磁閥1、2處于加載狀態(tài)；當儲氣罐壓力值在0.72MPa到0.74MPa之間時，壓縮機處于50%加載狀態(tài)，電磁閥1處于加載狀態(tài)，電磁閥2處于卸載狀態(tài)；當儲氣罐壓力大于0.74MPa時，壓縮機處于0%加載狀態(tài)，電磁閥1、2處于卸載狀態(tài)。

1.4 顯示功能

該系統(tǒng)采用PC機作為上位機，主要包含主操作界面、輔操作界面、測點清單界面、實時趨勢界面、歷史趨勢界面、報警界面、數(shù)據(jù)報表界面、參數(shù)設置界面、電動閥控制界面。

1.5 報表打印功能

本系統(tǒng)可從歷史數(shù)據(jù)庫中提取完整的歷史趨勢圖，并可以以報表的形式打印出來，以便記錄和保存。

2 系統(tǒng)構成

本系統(tǒng)是基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)是以工業(yè)級計算機為核心，集成單元組合儀器及微處理器的優(yōu)點，可充分利用計算機技術、控制技術、通信技術及圖像處理技術的應用成果來完成所要求的控制系統(tǒng)設計，其特點是：集中管理、分散控制。控制系統(tǒng)總體可分為：檢測與執(zhí)行級、下位控制級、上位管理監(jiān)控級，測控系統(tǒng)架構圖。

2.1 檢測與執(zhí)行級

檢測與執(zhí)行級：指現(xiàn)場信號測量單元與設備執(zhí)行單元。主要包括溫度、壓力、流量、震動、轉(zhuǎn)速等參數(shù)測量和電磁調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥等設備的控制。傳感器模塊采用標準線性電源供電，并通過標準電流信號進行傳輸，采用屏蔽電纜將變送器的模擬信號傳輸?shù)絇LC的模擬量輸入模塊。調(diào)節(jié)閥的到位信號、設備的運行狀態(tài)等數(shù)字量信號傳輸?shù)絇LC的數(shù)字量輸入模塊。

2.2 下位控制級

下位控制級和檢測與執(zhí)行級，不僅可直接顯示現(xiàn)場設備的實時測量值，還負責控制現(xiàn)場各執(zhí)行機構的運行。本系統(tǒng)采用SIEMENS的S7-300系列模塊，S7-300是西門子模塊化機架結構中型PLC，該模塊具有安裝密度高，擴展靈活，運行速度快，無槽位限制，可通過Windows？STEP7編程軟件進行編程。考慮到該測控系統(tǒng)輸入輸出的點數(shù)較多，因此本系統(tǒng)采用具有可擴展導軌的313C-2DP，具體硬件配置如下：

1）電源：PS307？10A？DC24V，型號為6ES7？ 307-1KA01-0AA0。

2）CPU模塊：313C-2DP，型號為6ES7？313-6CF03-0AB0。

3）1個DI模塊：DI16×DC24V，型號為6ES7？ 321-1BH02-0AA0。

4）1個DO模塊：DO16×DC24V/0.5A，型號為6ES7？ 322-1BH01-0AA0。

5）3個AI模塊，其中1臺為AI8×12Bit，型號為6ES7？331-7KF02-0AB0。

6）2臺為AI8×RTD，型號為6ES7？331-7PF01-0AB0。

7）1個AO模塊：AO4×12Bit，型號為6ES7？ 332-5HD00-0AB0；8）存儲卡（MCC）：128KB，型號為6ES7？953-8LG11-0AA0。

PLC的編程軟件采用SIEMENS？SIMATIC？STEP7？ V5.2，該編程軟件為結構化編程。由于該系統(tǒng)功能較多，程序量大，為程序調(diào)試方便，本程序采用OB1統(tǒng)一調(diào)用幾個FC子程序。CPU啟動完成后，操作系統(tǒng)循環(huán)執(zhí)行OB1，OB1執(zhí)行完成后，操作系統(tǒng)再次啟動OB1，其他子程序可由OB1調(diào)用。子程序有數(shù)據(jù)采集處理、報警參數(shù)及保護停機值設定、故障報警輸出等。

2.3 上位管理監(jiān)控級

本系統(tǒng)監(jiān)控層采用Win？CC組態(tài)軟件，它承擔數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)采集及報警、歷史數(shù)據(jù)記錄、中文報表及報表打印等工作，在中央監(jiān)控室設有操作員工作站，操作員通過操作終端詳細了解現(xiàn)場設備運行情況，并可下達操作控制指令，指揮現(xiàn)場設備運行，實現(xiàn)空壓機氣源系統(tǒng)在線監(jiān)測。

3 Win CC與PLC的通訊

根據(jù)需要，本空壓機氣源測控系統(tǒng)上位機與PLC的通信方式選用PROFIBUS協(xié)議，硬件選用SIEMENS？ CP5611通訊卡。具體實現(xiàn)步驟如下：

1）SIEMENS？CP5611通訊卡的安裝和設置。首先將SIEMENS？CP5611通訊卡插入計算機上并固定好，重啟計算機，在PC？機的控制面板中擊“設置？PG/PC？接口”圖表，彈出窗口中就會顯示已安裝的通訊卡。

2）添加通訊協(xié)議驅(qū)動。通訊卡安裝完成后，打開Win？CC軟件，在Win？CC變量管理中添加新的驅(qū)動程序“SIAMTIC？S7？protocol？suite.chn”，將SIAMTIC的S7通訊協(xié)議集添加到“變量管理”項下。SIAMTIC的S7通訊協(xié)議集包括在不同網(wǎng)絡上應用的S7協(xié)議，如工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議、PROFIBUS協(xié)議，MPI協(xié)議，以及TCP/IP協(xié)議等。

3）通訊連接參數(shù)設置。選擇PROFIBUS通訊驅(qū)動并按右鍵選“系統(tǒng)參數(shù)”進入系統(tǒng)參數(shù)設置界面。

4）建立通訊連接及連接設置。在PROFIBUS通訊協(xié)議并按右鍵選擇“新驅(qū)動程序的連接”建立一個連接。本測控系統(tǒng)連接共有3個CPU，每個CPU都需與Win？CC建立一個連接。在建立通訊連接后，需要修改每個連接的屬性。在連接設置中，站地址是PLC的地址，機架號是CPU所處的機架號，插槽號是CPU的槽位號，連接S7-300？CPU時槽號都是2。當完成這些設置工作之后，PLC與Win？CC的通訊連接就建立起來。

5）通訊故障診斷。當通訊連接出現(xiàn)問題時，可利用PROFIBUS總線排查軟件ProfiTrace偵聽總線上的通訊報文，發(fā)現(xiàn)主站與從站通信是否正常，周期數(shù)據(jù)交換是否正常；并對通訊硬件設備進行排查，檢查網(wǎng)卡安裝是否正確，通訊電纜是否破損，現(xiàn)場總線是否存在電磁干擾以及終端電阻接入是否存在異常。

4 結論

基于PLC和和Win？CC組態(tài)軟件的空壓機氣源測控系統(tǒng)，可以根據(jù)總管壓力的情況，實現(xiàn)機組的自動加載和卸荷，并可實現(xiàn)遠程控控，實時監(jiān)測空壓機組運行狀態(tài)。該系統(tǒng)自在某單位空壓站運行以來，系統(tǒng)穩(wěn)定，自動調(diào)壓正常。

參考文獻

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