梁騰 華慶

【摘 要】在煤礦生產(chǎn)中，隨著風動機械的廣泛應用，空氣壓縮機作為動力源，其可靠、安全性對礦井的安全和效益造成直接影響。目前空壓機組控制方式原始、操作繁雜。且空壓機組能耗大，長時間空載或輕載運行，致使浪費電能、磨損機器、增高運行成本。而FX2N系列 PLC具有較高的性價比，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠安全，操作簡便的特點，如將其應用于煤礦的空壓機組監(jiān)控，就能提升空壓機組的運行效率，并實現(xiàn)自動化監(jiān)控和管理。

【關鍵詞】PLC 觸摸屏 空壓機

1 引言

在煤礦生產(chǎn)中，隨著風動機械的廣泛應用，空氣壓縮機作為動力源，其可靠、安全性對礦井的安全和效益造成直接影響。目前空壓機組控制方式原始、操作繁雜。且空壓機組能耗大，長時間空載或輕載運行，致使浪費電能、磨損機器、增高運行成本。因此，急需一款操作簡便、功能完備的集控系統(tǒng)，對空壓機組進行監(jiān)控，提升空壓機組的效率，降低損耗，延長壽命，具有重要的現(xiàn)實意義。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的構成

空壓機房有三臺OGFD-22.2/8型單螺桿空壓機，主電機功率132千瓦，電壓380伏， 轉(zhuǎn)速1485轉(zhuǎn)/分，排氣量22.2立方米/分、排氣壓力0.7兆帕?？諌簷C均配有主控器、交流接觸器及繼電器和操作顯示面板，通過面板，可以進行單臺空壓機的啟停、查詢運行狀態(tài)及設置運行參數(shù)等近控操作。另外，主控器配有一個RS-485通訊接口并支持自由協(xié)議，為實現(xiàn)空壓機組的集控提供了必要前提條件。

2.1 PLC配置設計

系統(tǒng)選用三菱FX2N系列PLC實現(xiàn)集控。硬件配置如下：（1）FX2N：運算和處理的核心，內(nèi)置8K容量的RAM存儲器?？蛇B接輸入輸出擴展及特殊功能模塊。1個編程接口與觸摸屏通訊，1個通訊接口通過485BD與主控器通訊。（2）FX2N-2AD：模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將2點模擬輸入轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字值，輸入到PLC中。根據(jù)接線，可在電壓或電流輸入中選擇。兩個通道均可接受0-10V、0-20MA或4-20MA信號。使用FROM/TO指令與PLC進行數(shù)據(jù)傳輸。（3）FX2N-485BD： 通訊模塊，符合RS-485、RS-422規(guī)格，支持用戶協(xié)議。

2.2 觸摸屏配置設計

系統(tǒng)采用普洛菲斯觸摸屏作為車間集控站。它具有強大的數(shù)據(jù)采集和管理功能并可通過圖形和菜單的界面查詢空壓機的實時數(shù)據(jù)、狀態(tài)，設置空壓機的時間及壓力等參數(shù)，查閱歷史數(shù)據(jù)及報警信息，并設定空壓機是否遠控。

2.3 上位機配置設計

系統(tǒng)采用工控機作為上位機遠程監(jiān)控站。利用光線環(huán)網(wǎng)實時監(jiān)控空壓機狀態(tài)，查詢壓力、溫度、運行時間、電機電壓、電流及功率等數(shù)據(jù)，記錄及存儲歷史數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)查詢和打印。并在設備有動作或出現(xiàn)故障時彈出消息、記錄存儲；遠控方式下，還可對空壓機遠程控制。

3 通訊系統(tǒng)的構成

3.1 現(xiàn)場設備通訊

PLC和主控器之間采用RS-485通訊。通過一根屏蔽雙絞線RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收方式傳輸，具有顯著的共模干擾抑制能力。

PLC設為的主站，3個主控器設為的從站，從站都分配唯一的地址，主站和從站的波特率統(tǒng)一設置為96kbps。通訊時，主站先呼叫從機地址，喚醒從機后，主、從站之間進行數(shù)據(jù)交換。而未被呼叫的從站則繼續(xù)其工作。完整的通訊分為3個階段：主站詢問、從站應答和鏈路釋放。主機詢問階段，主、站通過幀的形式將從站地址碼、命令、數(shù)據(jù)和校驗碼傳送到指定從站；從站應答階段，從站解釋接收的命令碼，并組織相應幀信息回送到主站；鏈路釋放階段，從站清除接收緩沖區(qū)及相關變量，準備與主站下次通信。任何完整的通訊均由主站發(fā)出，從站在被主站尋址前均處于偵聽狀態(tài)，從站在接收到地址碼的第2個字節(jié)后，立即判斷是否尋址本站，如果是.繼續(xù)接收其余的數(shù)據(jù)，否則不與理睬。系統(tǒng)中用到的RS指令，讀取主控器的寄存器。PLC發(fā)出RS命令幀，地址匹配的主控器就會做出響應，將存儲在寄存器中的空壓機運行信息組成應答幀發(fā)送至PLC。重復上述過程，PLC即可循環(huán)采集空壓機組的運行信息。

控制信號由PLC通過485BD發(fā)出，經(jīng)過RS485總線傳輸?shù)街骺仄?，再由主控器控制空壓機的控制繼電器。

3.2 觸摸屏通訊

PLC和觸摸屏之間的通訊通過編程電纜連接PLC的編程口和觸摸屏的RS-485通信口.組態(tài)時對相關通訊參數(shù)如所要連接PLC地址等進行定義，將波特率設置為96kbps進行簡單的組態(tài)操作即可實現(xiàn)通訊。

3.3 上位機通訊

觸摸屏與上位機的通訊，觸摸屏采用以太網(wǎng)模塊接入光線環(huán)網(wǎng)，上位機通過環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。接口為工業(yè)Ethernet，通信速率為100Mbps，設置觸摸屏和上位機的IP地址。

4 軟件設計

系統(tǒng)的控制要求如下：遠、近控方式選擇為近控的空壓機，僅受主控器控制，為現(xiàn)場檢修和維護提供方便，此時PLC僅采集主控器數(shù)據(jù)，不控制空壓機；遠、近控方式選擇為遠控而未設中控時，由PLC集中監(jiān)控機組，PLC根據(jù)風壓的變化來確定運行的臺數(shù)，穩(wěn)定風壓，以滿足井下用風需要，并依據(jù)運行時間輪換壓風機運行；當觸摸屏的中控設置無效時，上位機只能監(jiān)測到空壓機狀態(tài)而無控制權限，當中控有效且遠、近控方式選擇為遠控時，空壓機將只受上位機遠控。

4.1 PLC監(jiān)控程序設計

開發(fā)環(huán)境為GX Developer編程軟件。

PLC控制程序主要具有以下功能：（1）自動輪換運行。PLC根據(jù)rs485采集的信號判斷，發(fā)出啟停、加載、卸荷、報警等控制信號，監(jiān)控空壓機組自動運行，確?？偣軌毫S持在設定的壓力上、下限值之間。若風壓高于壓力上限值則減少運行的臺數(shù)，若風壓低于壓力下限值就增加運行的臺數(shù)，達到既降耗節(jié)能、又滿足井下需風量的目的?？諌簷C連續(xù)運行后，為了保證機器完好需要停機散熱。因此，需要空壓機多機輪換，保證其安全運行，延長壽命。PLC根據(jù)運行時間將空壓機進行排序，建立開、停機序列，當需要減少臺數(shù)時，PLC讓此次運行時間最長的空壓機停止；當需增加臺數(shù)時，PLC讓運行時間最短的空壓機啟動。（2）延時停機和延時啟動。PLC雖然具有較強的抗干擾能力，但由于現(xiàn)場各種因素的影響，電機電流、電壓等易受到干擾而產(chǎn)生誤報警；當總管壓力在壓力上、下限值附近發(fā)生擾動，就會出現(xiàn)頻繁啟、?，F(xiàn)象，對設備可靠性和使用壽命造成影響。因此，需對信號適當?shù)难訒r反應，以消除擾動，防止誤動作。（3）智能保護?？諌簷C主電機啟動時，啟動電流為額定值的5至7倍，沖擊電網(wǎng)和設備，并影響空壓機使用壽命，故空壓機不宜頻繁啟動。為了準確判斷用風狀況，并據(jù)此控制空壓機的啟動。井下用風高峰時空壓機啟動頻繁，當兩次啟動間隔小于設定值時，空壓機保持運轉(zhuǎn)，當連續(xù)兩次加載間隔較長時，視為用風高峰已過，空壓機間歇運行。另外，對電機電流、電壓、排氣壓力、空壓差、排氣溫度、油氣分壓差、油壓差等參數(shù)進行實時監(jiān)控，出現(xiàn)異常及時報警并處理。

4.2 觸摸屏人機界面設計

采用與普洛菲斯觸摸屏配套的組態(tài)軟件設計界面。畫面包括：（1）主畫面：顯示空壓機組的運行狀態(tài)及參數(shù)。（2）數(shù)據(jù)報表：實時數(shù)據(jù)顯示匯總。（3）運行設置：遠程控制設置；啟動、停機，加載、卸荷的壓力閾值設置；時間、報警設置等。（4）報警查詢：報警詳情查詢。（5）系統(tǒng)管理。

4.3 上位機監(jiān)控程序設計

上位機監(jiān)控軟件選用InTouch組態(tài)軟件。由監(jiān)控畫面、實時報表、歷史數(shù)據(jù)、報警查詢、遠程控制及系統(tǒng)管理等界面構成。

5 結語

FX2N系列 PLC具有較高的性價比，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠安全，操作簡便，提升了空壓機組的運行效率，實現(xiàn)了自動化監(jiān)控和管理。不僅可應用于煤礦的空壓機組監(jiān)控，也可普及推廣到其他場合。

參考文獻：

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