馬 云，晁 陽，李紅旗，劉福剛，楊程華

（中國石油吐哈油田公司物資保障中心，新疆鄯善 838202）

0 引言

空壓站5 臺空壓機和冷干機系統(tǒng)是井下作業(yè)物料干混系統(tǒng)的核心氣源動力系統(tǒng)，干混站和空壓站相距較遠，為實現(xiàn)干混站遠程監(jiān)控5 臺空壓機和5 臺冷干機系統(tǒng)，設(shè)計一套基于PLC 和單片機通信的空壓機無線監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過Modbus RTU通信實時采集10 臺下位機生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，并通過DTU（Data Transfer Unit，數(shù)據(jù)傳輸單元）將數(shù)據(jù)無線傳輸至干混站調(diào)度監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中心，同時運用組態(tài)開發(fā)技術(shù)，設(shè)計出人機互動監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了10 臺設(shè)備的遠程監(jiān)視和控制。監(jiān)控系統(tǒng)通過對比下游干混運行數(shù)據(jù)，合理調(diào)控供氣量，及時控制干混負荷，為干混系統(tǒng)的安全運行提供重要數(shù)據(jù)。

1 方案設(shè)計

1.1 總體設(shè)計

5 臺空氣壓縮機控制系統(tǒng)為復(fù)盛公司專用PLC，PLC 預(yù)留兩路RS 485 串口通信接口，其中一路由空壓機操作面板占用，另一路備用，能夠?qū)C組運行壓力、溫度、運行時間、報警信息等據(jù)采集傳輸至DTU。

空壓機和冷干機控制系統(tǒng)通信端口無光電隔離，且控制柜存在磁場干擾，所有通信信號增加485 隔離系統(tǒng)，以安全保護空壓機和冷干機控制器。

干混站監(jiān)控系統(tǒng)使用亞控Kingview 7.5 工業(yè)監(jiān)控軟件開發(fā)，實時數(shù)據(jù)通過DTU 模塊Modbus RTU 通信連接至數(shù)據(jù)庫詞典，從而實現(xiàn)機組運行參數(shù)的關(guān)聯(lián)和顯示，同時機組實時運行數(shù)據(jù)通過ODBC（Open Database Connectivity，開放數(shù)據(jù)庫連接）連接和SQL 編程，定時存入Sqlserver 數(shù)據(jù)庫中，以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢功能?？諌簷C監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 空壓機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

1.2 設(shè)備地址分配

Modbus RTU 通信運行的物理層是RS 485 接口，在Modbus RTU 數(shù)據(jù)通信中，每臺設(shè)備地址唯一。由于3 臺冷干機通信參數(shù)與其他7 臺設(shè)備不一樣，故Modbus RTU 通信分成兩路參數(shù)通信，信息見表1。

表1 10 臺設(shè)備地址和通信參數(shù)配置

1#和5#冷干機控制系統(tǒng)使用ZX-WR-II 型單片機系統(tǒng)，該系統(tǒng)無通信端口，可將A 塔和B 塔吸附再生、運行停機、報警、遠程控制等狀態(tài)開關(guān)量信息通過增加中間繼電器控制系統(tǒng)（Revision Control System，RCS）和遠程控制終端（Remote Terminal Unit，RTU）的方式實現(xiàn)Modbus RTU 數(shù)據(jù)遠傳通信功能。

2#、3#和4#冷干機控制系統(tǒng)采用ZXK-ZHXL-II 型單片機系統(tǒng)，該系統(tǒng)預(yù)留一路RS 485 通信端口，但由于和其他7 臺設(shè)備不能配置成相同的通信參數(shù)，無法與空壓機、1#和5#冷干機控制系統(tǒng)（1#網(wǎng)絡(luò)）并網(wǎng)傳輸，只能將2#、3#和4#冷干機獨立通信（2#網(wǎng)絡(luò)）。DTU 包含兩個RS 485 接口，A1、B1 口傳輸1#網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，A2、B2 口傳輸2#網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，兩路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過主站DTU 數(shù)據(jù)打包無線傳輸至從站DTU，從站DTU 通過RS 485 轉(zhuǎn)USB（Universal Serial Bus，通用串行總線）實現(xiàn)工控機的連接通信。

1.3 DTU 數(shù)據(jù)處理

10 臺設(shè)備數(shù)據(jù)通過Modbus RTU 功能碼1 和4 讀至DTU。而5 臺空壓機Modbus 功能碼4 的9 號字前四位地址位分別是遠程啟機、遠程停機、遠程卸載、遠程加載位。按照手冊要求功能碼4 的9 號字只寫不讀，因此需編寫邏輯程序?qū)崿F(xiàn)控制功能?？紤]到遠程開機和加載存在安全隱患，本方案未實現(xiàn)遠程啟機和加載功能，DTU 定義了遠程停機、遠程卸載內(nèi)存開關(guān)量變量，實現(xiàn)對卸載和停機的寫功能（圖2）。

圖2 DTU 遠程停機和卸載控制邏輯

每臺空壓機和2#、3#、4#冷干機報警數(shù)據(jù)通信字含有16 個報警信息，在DTU 中定義了報警開關(guān)量。通過邏輯與實現(xiàn)報警信息的讀操作，例如地址40007 第4 位和第5 位分別為排溫高報警和相序錯誤，則排氣溫度高報警和相序錯誤的關(guān)系式為：

排氣溫度高報警=（地址40007&8）==1

相序錯誤報警=（地址40007&16）==1

同理，空壓機和冷干機各閥位的狀態(tài)通過邏輯與實現(xiàn)狀態(tài)判斷。

1.4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)界面按照用戶需求設(shè)計為七大模塊，分別為主界面、冷干機流程界面、實時數(shù)據(jù)曲線界面、歷史曲線界面、歷史報警查詢界面、遠程控制界面、用戶登錄和注銷界面。

通過數(shù)據(jù)一一映射，10 臺設(shè)備的關(guān)鍵數(shù)據(jù)顯示在主界面上，監(jiān)控系統(tǒng)定義了管理員角色，以實現(xiàn)權(quán)限遠程控制功能。

在數(shù)據(jù)存儲過程中，空壓機和冷干機可通過記錄體的方式將實時數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，SQL 語句如下：

SQLInsert(\本站點DeviceID，"運行參數(shù)表"，"n 號設(shè)備")

其中，n=1～5。

機組出現(xiàn)報警或故障時，監(jiān)控系統(tǒng)能自動發(fā)現(xiàn)和彈出實時報警和觸發(fā)報警數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫指令，報警記錄可以從歷史報警查詢界面獲取。

2 小結(jié)

本文提出的設(shè)計方案，充分考慮了復(fù)雜的電磁干擾工業(yè)環(huán)境，項目采用無線通信技術(shù)和Modbus RTU 通信技術(shù)結(jié)合的模式實現(xiàn)了工業(yè)數(shù)據(jù)無線采集與傳輸[1]。投運以來，空壓機監(jiān)控系統(tǒng)運行安全平穩(wěn)可靠，實現(xiàn)了10 臺設(shè)備的無人值守，有效減小了巡檢勞動強度，實現(xiàn)降本增效。該系統(tǒng)具有較高的復(fù)制性，可以應(yīng)用于其他工業(yè)生產(chǎn)。