鄧旭

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

關(guān)鍵詞 PLC；組態(tài)軟件；測(cè)控系統(tǒng)；空壓機(jī)

中圖分類號(hào) TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）163-0213-02

本文介紹了某單位一次空壓機(jī)氣源測(cè)控系統(tǒng)改造項(xiàng)目，該項(xiàng)目基于PLC、組態(tài)軟件Win？CC和PROFIBUS通信協(xié)議的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。該氣源測(cè)控系統(tǒng)主要用于對(duì)氣源系統(tǒng)中6臺(tái)空壓機(jī)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、壓力、溫度、振動(dòng)量、故障報(bào)警等信號(hào)實(shí)施集中監(jiān)控，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制?，F(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)幾個(gè)月來運(yùn)行狀況良好，達(dá)到預(yù)期的要求。

1 系統(tǒng)功能

1.1 數(shù)據(jù)的采集及趨勢(shì)分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)的采集及趨勢(shì)分析系統(tǒng)主要對(duì)設(shè)備的溫度、壓力、流量、振動(dòng)量和位移量等工藝參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、記錄和分析。通過安裝在現(xiàn)場(chǎng)的傳感器將采集到的模擬量信號(hào)送入PLC模擬量輸入模塊，傳至空壓機(jī)氣源總測(cè)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。溫度信號(hào)采用電阻信號(hào)，其溫度傳感器選用PT100？A級(jí)鉑電阻，鉑熱電阻傳感器的主要特點(diǎn)是：測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。壓力信號(hào)采用4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，壓力傳感器選用壓力檢測(cè)和信號(hào)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(cè)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(diǎn)。振動(dòng)量和位移量測(cè)量采用電渦流傳傳感器，通過變送器后，可變?yōu)?-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，可更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)

為了保護(hù)空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)安全可靠，報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)對(duì)機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)（如壓力、溫度、流量等）都設(shè)有報(bào)警值，對(duì)涉及到機(jī)組安全的參數(shù)（軸承溫度、軸承振動(dòng)等）設(shè)有聯(lián)鎖保護(hù)停機(jī)值。通過對(duì)機(jī)組的設(shè)備狀態(tài)及機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)的行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出低限或高限報(bào)警后，監(jiān)控面板報(bào)警燈亮，相應(yīng)參數(shù)儀表顯示變?yōu)榧t色并閃爍，提醒現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員注意；當(dāng)涉及到機(jī)組安全的參數(shù)達(dá)到聯(lián)鎖保護(hù)停機(jī)值當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)將打開防喘閥，保護(hù)停機(jī)。為加強(qiáng)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(shè)置了登錄密碼和報(bào)警域修改權(quán)限。

1.3 遠(yuǎn)程控制功能

氣源系統(tǒng)各機(jī)組的啟動(dòng)/停機(jī)、加載/卸載控制信號(hào)通過控制繼電器對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，以儲(chǔ)氣罐壓力為依據(jù)，根據(jù)控制程序中設(shè)定總管壓力閥值調(diào)節(jié)電磁閥，進(jìn)行氣量調(diào)節(jié)；根據(jù)用氣流量的不同，可隨機(jī)選擇機(jī)組運(yùn)行。以1號(hào)空壓機(jī)組為例，在開機(jī)啟動(dòng)前，潤(rùn)滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)滿足開機(jī)啟動(dòng)條件后，方可進(jìn)行啟動(dòng)機(jī)組，在此采用聯(lián)鎖控制，條件不滿足時(shí)，機(jī)組無法開啟。當(dāng)壓縮機(jī)空載啟動(dòng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)后，按下加載按鈕，壓縮機(jī)進(jìn)入到負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。壓縮機(jī)根據(jù)儲(chǔ)氣罐壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)電磁閥1、2加載狀態(tài)，使儲(chǔ)氣罐壓力穩(wěn)定在0.7MPa左右，具體控制如下：當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力值低于0.68MPa時(shí)，壓縮機(jī)處于100%加載狀態(tài)，電磁閥1、2處于加載狀態(tài)；當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力值在0.72MPa到0.74MPa之間時(shí)，壓縮機(jī)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(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力大于0.74MPa時(shí)，壓縮機(jī)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(jī)作為上位機(jī)，主要包含主操作界面、輔操作界面、測(cè)點(diǎn)清單界面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)界面、歷史趨勢(shì)界面、報(bào)警界面、數(shù)據(jù)報(bào)表界面、參數(shù)設(shè)置界面、電動(dòng)閥控制界面。

1.5 報(bào)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(shì)圖，并可以以報(bào)表的形式打印出來，以便記錄和保存。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)是基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)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(jí)計(jì)算機(jī)為核心，集成單元組合儀器及微處理器的優(yōu)點(diǎn)，可充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)及圖像處理技術(shù)的應(yīng)用成果來完成所要求的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是：集中管理、分散控制?？刂葡到y(tǒng)總體可分為：檢測(cè)與執(zhí)行級(jí)、下位控制級(jí)、上位管理監(jiān)控級(jí)，測(cè)控系統(tǒng)架構(gòu)圖。

2.1 檢測(cè)與執(zhí)行級(jí)

檢測(cè)與執(zhí)行級(jí)：指現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)測(cè)量單元與設(shè)備執(zhí)行單元。主要包括溫度、壓力、流量、震動(dòng)、轉(zhuǎn)速等參數(shù)測(cè)量和電磁調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥等設(shè)備的控制。傳感器模塊采用標(biāo)準(zhǔn)線性電源供電，并通過標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)進(jìn)行傳輸，采用屏蔽電纜將變送器的模擬信號(hào)傳輸?shù)絇LC的模擬量輸入模塊。調(diào)節(jié)閥的到位信號(hào)、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)字量信號(hào)傳輸?shù)絇LC的數(shù)字量輸入模塊。

2.2 下位控制級(jí)

下位控制級(jí)和檢測(cè)與執(zhí)行級(jí)，不僅可直接顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)測(cè)量值，還負(fù)責(zé)控制現(xiàn)場(chǎng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(jī)架結(jié)構(gòu)中型PLC，該模塊具有安裝密度高，擴(kuò)展靈活，運(yùn)行速度快，無槽位限制，可通過Windows？STEP7編程軟件進(jìn)行編程?？紤]到該測(cè)控系統(tǒng)輸入輸出的點(diǎn)數(shù)較多，因此本系統(tǒng)采用具有可擴(kuò)展導(dǎo)軌的313C-2DP，具體硬件配置如下：

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

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

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

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

5）3個(gè)AI模塊，其中1臺(tái)為AI8×12Bit，型號(hào)為6ES7？331-7KF02-0AB0。

6）2臺(tái)為AI8×RTD，型號(hào)為6ES7？331-7PF01-0AB0。

7）1個(gè)AO模塊：AO4×12Bit，型號(hào)為6ES7？ 332-5HD00-0AB0；8）存儲(chǔ)卡（MCC）：128KB，型號(hào)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(jié)構(gòu)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(gè)FC子程序。CPU啟動(dòng)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(dòng)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(bào)警參數(shù)及保護(hù)停機(jī)值設(shè)定、故障報(bào)警輸出等。

2.3 上位管理監(jiān)控級(jí)

本系統(tǒng)監(jiān)控層采用Win？CC組態(tài)軟件，它承擔(dān)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)采集及報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄、中文報(bào)表及報(bào)表打印等工作，在中央監(jiān)控室設(shè)有操作員工作站，操作員通過操作終端詳細(xì)了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況，并可下達(dá)操作控制指令，指揮現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)氣源系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)。

3 Win CC與PLC的通訊

根據(jù)需要，本空壓機(jī)氣源測(cè)控系統(tǒng)上位機(jī)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(shí)現(xiàn)步驟如下：

1）SIEMENS？CP5611通訊卡的安裝和設(shè)置。首先將SIEMENS？CP5611通訊卡插入計(jì)算機(jī)上并固定好，重啟計(jì)算機(jī)，在PC？機(jī)的控制面板中擊“設(shè)置？PG/PC？接口”圖表，彈出窗口中就會(huì)顯示已安裝的通訊卡。

2）添加通訊協(xié)議驅(qū)動(dòng)。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(dòng)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(xiàng)下。SIAMTIC的S7通訊協(xié)議集包括在不同網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)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(shè)置。選擇PROFIBUS通訊驅(qū)動(dòng)并按右鍵選“系統(tǒng)參數(shù)”進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面。

4）建立通訊連接及連接設(shè)置。在PROFIBUS通訊協(xié)議并按右鍵選擇“新驅(qū)動(dòng)程序的連接”建立一個(gè)連接。本測(cè)控系統(tǒng)連接共有3個(gè)CPU，每個(gè)CPU都需與Win？CC建立一個(gè)連接。在建立通訊連接后，需要修改每個(gè)連接的屬性。在連接設(shè)置中，站地址是PLC的地址，機(jī)架號(hào)是CPU所處的機(jī)架號(hào)，插槽號(hào)是CPU的槽位號(hào)，連接S7-300？CPU時(shí)槽號(hào)都是2。當(dāng)完成這些設(shè)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(dāng)通訊連接出現(xiàn)問題時(shí)，可利用PROFIBUS總線排查軟件ProfiTrace偵聽總線上的通訊報(bào)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(duì)通訊硬件設(shè)備進(jìn)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(chǎng)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(jié)論

基于PLC和和Win？CC組態(tài)軟件的空壓機(jī)氣源測(cè)控系統(tǒng)，可以根據(jù)總管壓力的情況，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自動(dòng)加載和卸荷，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空壓機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)自在某單位空壓站運(yùn)行以來，系統(tǒng)穩(wěn)定，自動(dòng)調(diào)壓正常。

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