胡國祥

（江西銅業(yè)集團公司 東同礦業(yè)，江西撫州 344000）

基于Modbus的后臺控制在空壓機站的應用

胡國祥

（江西銅業(yè)集團公司 東同礦業(yè)，江西撫州 344000）

modbus是一種簡單的標準化協(xié)議，系統(tǒng)一次性投入成本低，其平臺搭建簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定性高和容錯性好等特點較其他系統(tǒng)凸顯優(yōu)勢。某公司新空壓機站基于modbus建立后臺控制系統(tǒng)，對站點設備進行數(shù)據(jù)交換和上傳網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

modbus；工業(yè)以太網(wǎng)；后臺控制；遙測；數(shù)據(jù)庫

引言

某公司新空壓機站是車間重要生產(chǎn)設備之一，不間斷為井下鑿巖機、噴錨機、風鎬等用風設備提供風壓為0.8 MPa的壓縮空氣。站內(nèi)含3臺額定出氣量為100 m3/min的螺桿式空壓機（兩用一備），電動機采用容量560 kW、電壓6 kV的高壓電機，系統(tǒng)控制流程較復雜、檢測點位較多，空壓機站自身擁有一套完善的故障報警、操作、運行等為一體的自我操作流程，為建立后臺控制提供基礎，本空壓機站后臺控制系統(tǒng)讓采樣數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡。

1 Modbus協(xié)議簡介

Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器和其他設備可以通信?？刂破饔袃煞N傳輸模式（ASCII或RTU），見表 1。

表1 ASCII模式和RTU模式報文格式

2 空壓機站后臺控制簡介

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

本系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)為傳輸網(wǎng)絡，對報文包進行透明傳輸。處理機和工控機IP地址在網(wǎng)段192.168.127.X內(nèi)，通訊協(xié)議為IEC60870，CP端口為2404，響應時間100ms。系統(tǒng)包括工控機、網(wǎng)絡交換機、管理機、站點設備等。

2.2 Modbus與站的接口

Modbus是公開、簡單、具備行業(yè)標準的傳輸協(xié)議，大部分智能設備都會設置一個自由口，支持modbus通訊協(xié)議。本站主要站點監(jiān)控、控制設備為微機綜保裝置和可編程控制器，系統(tǒng)分別以RS485和RS232作為物理傳輸接口，采用半雙工模式。站點與處理機連接用一根4芯的礦用屏蔽電纜，同一個端口不同設備采用并聯(lián)連接。RS485接線方式：連接A、B端子；RS232連接方式：連接R、T，G端子。

2.3 管理機

管理機是直接與現(xiàn)場設備進行信息交換的核心設備，本系統(tǒng)管理機采用的是深圳康必達控制技術有限公司的KBD 3116A（16串口2網(wǎng)口），P1~P16為串口（RS-232/422/485可軟件配置），Eth0，Eth1為以太網(wǎng)口10/100M。本系統(tǒng)使用P1~P3作為modbus通信口，Eth0連接上位機。

通訊管理機配置軟件PCS3000用于創(chuàng)建管理機和站點的網(wǎng)絡架構，具有報文查看、設備調(diào)試和網(wǎng)絡通信狀態(tài)監(jiān)測功能。通過PCS3000可添加設備、添加站點信息（包括遙測量、遙控量和遙信量）、配置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及全局參數(shù)設定等等。

3 站設備數(shù)據(jù)遙測、遙信、遙控及遙脈

本系統(tǒng)控制對象是3臺空壓機、3臺高壓控制柜、1臺直流屏，分別取端口P1、端口P2、端口P3，各分站和采樣點用設備ID和點ID標識。

設備地址分配如表2。

表2 站設備地址參數(shù)

遙測量包括進線的電流、電壓、頻率等；空壓機的排氣壓力，排氣溫度及軸承溫度等；直流屏的控母電壓、電池組電壓和充電電流等。點ID號由1~116、設備ID由1~10，合計116個監(jiān)控采樣數(shù)據(jù)。報文時間戳間隔為200 ms和100 ms，后臺數(shù)據(jù)庫對采樣得到的數(shù)據(jù)以時間‘1 s’為儲存單位。空壓機加載時電流在58 A左右，減載時電流在25 A左右。其中電流歷史檢測曲線如圖1（記錄時間：2016年8月4日）。

遙信量包括高壓柜的過壓繼電器、過流繼電器、零序過電流繼電器等綜保保護信號，空壓機的設備加載運行、電機過載、壓力超高等繼電器信號，直流屏的電池組異常、控母電壓低、通信異常等信號。點ID號由117~282、設備ID有1~10，合計166個監(jiān)控點。以下在空壓機端口P1部分實測RTU報文：功能碼03讀取保持繼電器，在一個或多個保持繼電器讀取狀態(tài)。

1發(fā)送時間：上午09:45:53.883

01 03 00 D6 00 01 65 F

接收時間：上午09:45:53.914

01 03 02 00 00 B8 44

2發(fā)送時間：上午09:45:54.24

01 03 00 D0 00 04 45 F0

接收時間：上午09:45:54.102

01 03 08 07 29 01 45 01 54 0F FF A5 71

3發(fā)送時間：上午09:45:54.196

01 03 00 D5 00 01 95 F2

接收時間：上午09:45:54.258

01 03 02 00 00 B8 44

4發(fā)送時間：上午09:45:54.336

01 03 00 D4 00 01 C4 32

接收時間：上午09:45:54.383

01 03 02 00 00 B8 44

解釋：施耐德TWIDO以不同寄存器位存儲空壓機各個參數(shù)狀態(tài)，處理機發(fā)送4條讀取繼電器狀態(tài)報文來分別讀取起始地址為00 D6、00 D0、00 D4和00 D5連續(xù)2個字節(jié)的寄存器位狀態(tài)，返回結果都是00；從而確定空壓機處于停機狀態(tài)、冷卻水溫正常、壓力正常、相序正確等等。

遙控量包括空壓機的啟動/停止、加載，進線的柜合/分閘、保護復歸等等，共計16個遙控點。遙脈量包括正有功電量、反有功電量正無功電量及反無功電量，合計20個電量檢測位。后臺操作員進行開停等操作時，向目標站點發(fā)送寫或預置寄存器相關報文。

4 后臺系統(tǒng)控制、故障報警

4.1 后臺與站通訊、控制過程

后臺監(jiān)控軟件是人機交互的基礎，本系統(tǒng)后臺監(jiān)控軟件采用的是深圳康必達控制技術有限公司的一款PowerScada3000軟件，該軟件自帶SQL Server2008、CAD、OPC等多個組件；以服務器/工作站的工作方式，工作站向管理機發(fā)送數(shù)據(jù)請求，從而讀取數(shù)據(jù)。后臺圖形編輯可添加圖元并編輯圖元屬性，繪制報警信號燈、開停按鈕、電流顯示框等等圖元，定義用戶口令和權限，防止誤操作。

控制過程（1）打開設計好的PowerScada3000畫面，系統(tǒng)會自動向處理機發(fā)送工業(yè)以太網(wǎng)詢問類數(shù)據(jù)包，處理機在接收到包后會返回應答類數(shù)據(jù)包。（2）當接收到的包經(jīng)校驗無誤，會反饋到畫面指示燈亮并與處理機建立連接。（3）建立通訊后，處理機在接收到控制操作人員發(fā)送開/停機、加載指令后，會拆解接收到的封裝包頭，提取報文數(shù)據(jù)，并向各個站發(fā)送該modbus報文，各個分站根據(jù)報文地址提取自己的包，作出相應的操作并回饋應答報文。最終實現(xiàn)遠程開機、加載和停機等操作。

4.2 故障報警

上位機可通過讀取位狀態(tài)來得到設備具體的狀態(tài)、故障和預警信息。

本系統(tǒng)部分報警代碼見表3所示。

通過接收應答報文，當刷新周期內(nèi)讀取到某個報警位寄存器位由0變1，后臺警報燈亮向值班人員告警，同時彈出報警畫面并記錄故障時間、當時設備狀態(tài)等信息，此信息可做為維護人員維修依據(jù)。

表3 狀態(tài)、故障、預警部分信息代碼表

5 結語

基于modbus的后臺控制系統(tǒng)替代了以往人工采集數(shù)據(jù)方式，實現(xiàn)了基站無人值守?？蛻舳瞬僮骱唵危覀儫o需掌握原理即可調(diào)用歷史采集數(shù)據(jù)、實時監(jiān)控空壓機電流等各站內(nèi)部監(jiān)控數(shù)據(jù)并可隨時開/?？諌簷C。

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App lication of Modbus-Based Background Control in Air Com pressor Station

Hu Guoxiang
(Jiangxi Copper Corp east mining company,Jiangxi,Fuzhou 344000)

As a simple standardized protocol,Modbus has clear advantages over other systems with low one-time investment cost,easy platform establishment,high system stability and good fault-tolerance.The new air compressor station of a company built its background control system based on Modbus for data exchange and network upload of site equipment,which realized remote monitoring.

Modbus;industrial Ethernet;background control;telemetry;database

TP27

B

1006-6764(2018)01-0059-03

2017-08-23

胡國祥（1986-）男，江西南豐縣人，大學本科學歷，助理工程師，現(xiàn)從事礦山電氣設備維護管理技術工作。