空气压缩站集中控制系统设计

[摘 要]本文介绍了将单机运行空压机进行改造，通过可编程控制器实现与空压机通讯，在上位机画面对设备的运行状态进行监控及控制，大大减轻了操作人员的点检强度，同时避免了因设备故障导致管网压力不足延误生产现象发生。

[关键词]空压机 modbus 通讯 远程控制

中图分类号：U283.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0027-01

[Abstract]This paper introduces the single operation of the air compressor for transformation， the programmable controller and the air compressor in communication， computer picture to the monitoring and control of the running state of the equipment， greatly reduces the maintenance intensity of operators， and avoids the equipment failure caused the pipe network pressure is insufficient production delay phenomenon.

我炼钢一厂有三台空压机，采用单机运行、人工现场启停方式，为方便生产操作，决定采用空压机站集中监控，实现集节能、增效、管理等多项功能于一身，不仅实现了企业用气的安全稳定，同时在节能方面表现尤为突出，真正实现空压机站的“无人值守，全自动运行”。

一、系统简介：

本系统由中控室的上位操作员站（工控机及组态软件系统）、现场PLC 控制柜（可带触摸屏）、现场传感器（压力、温度等）、各空压机的电脑控制器等构成。

1、上位工控机通过工业以太网与主控PLC 连接，PLC 通过其自带通讯端口与空压机的电脑控制器相连接，空压机的所有运行控制是通过其电脑控制器自动完成的，通过modbus 总线，PLC可以采集空压机运行的所有参数，且PLC 自带以太网接口，可以直接连接以太网系统。可以通过以太网交换机方便地与其他系统接口。上位工控机采用西门子系列工控机。通过以太网接口，上位机将整个系统三台空压机的全部信息收集到一起，可以通过以太网交换机等设备将空压机的运行数据打包上传到以太网，实现远程监控。

WINCC6.0通过OPC与200plc进行通讯，全中文界面的组态画面可以将系统内的所有信息，分类整理、存储、显示，对于系统的运行参数以及报警值均可以进行在线设置。

2、主控PLC采用西门子公司生产的s7-200系列产品，这是一款高性能的小型PLC，其主要特点是：投入成本低、运算速度快、存储容量大、扩展能力强、具有灵活方便的可设置I/O，并且CPU 具有modbus通讯端口，特别适合于空压机系统的集中监控。

本系统的CPU 需要2个通讯口，分别与：上位工控机（扩展以太网模块）、螺杆空压机以不同协议进行通讯。主控PLC 通过modbus 总线可以监视空压机的运行，每台空压机单元由其自身的电脑控制器完成启停、稳压、保护等功能；另外作为整个系统补偿，其运行也可以由PLC 通过分析管路压力及各空压机运行状态进行整体控制，使得投入运行的设备数量最少，以实现节约能源的目的。

二、功能简介：

集中控制系统通过modbus 总线可以监控每台空压机的运行，控制其运行时间及轮换次序，每台空压机单元由其自身的控制系统完成启停、稳压、保护等功能，这样不仅降低了整个控制系统的总线负担，而且提高了系统的可靠性。由于空压机的所有运行控制是通过其电脑控制器自动完成的，通过与电脑控制器通讯端口相连的modbus 总线，PLC可以采集空压机运行的所有参数，通过工控机的组态软件系统可以实现对所有参数的监控。为了保证系统的可靠性，空压机的启动、停止和加载、卸载是同时通过I/O 点来控制的，避免了紧急状况时系统失控发生危险。控制系统监控吸干机的启动与停止，并采集报警信息。压缩空气管道、储气罐、分气缸、等的压力信号、温度等信号由PLC 的模拟量模块直接采集，并通过系统设置的报警参数判断报警条件。系统可以存储并记录所有运行状态及报警的实时及历史记录，并向系统发出控制指令以及设置各运行参数等。

三、系统运行及控制方式：

（一）组态画面的操作

1.远程手动：切换至此状态后，设备的“控制方式”标签栏显示“远程手动”，“工作状态”标签栏显示“停止”；这时，按“启动”按钮，设备启动，“工作状态”标签栏显示“运行”，同时“启动”按钮变为“停止”按钮。

2.远程自动：当设备的“工作状态”标签栏显示“停止”时，按“远程自动”按钮，设备的“控制方式”标签栏显示“远程自动”，按“启动”按钮，设备进入远程自动工作状态，同时“启动”按钮变为“停止”按钮，“工作状态”标签栏的显示由当前设备的运行与否有关。远程自动方式下设备自动运行条件由设备的工况及工艺的要求决定。

3.当设备处于远程手动或远程自动的已启动状态（在远程自动状态时可能设备并未运行），不能进行控制方式的切换，当现场的转换开关打到“远程”时，设备默认的控制方式是远程手动方式。

4.远程手动或远程自动的报警条件及处理方式一致。

（二）状态显示

在组态画面中应当设置设备的状态显示对话框或标签，每台设备的当前状态由设在各子站的PLC 采集，并按照故障、急停、运行、停止的优先级显示其运行状态，各运行参数如温度、压力、电压、电流等在设备画面及列表中均要显示。

组态系统中加入系统设置对话框，用来设置声音类型、音量、报警时间、停电关机时间等与系统操作有关的内容。

（三）通讯及报警

系统通讯故障报警在PLC 中以输出点指示，通讯中断后各设备应继续保持原运行状态，并且各设备会通过I/O 接口进行紧急监控，以保证系统运行安全，在工控机中以声音、图像报警。报警分为两种：

1、工艺报警，一般的工艺参数报警，不影响系统正常运行，级别较低，一般不需要处理；

2、故障报警，设备或系统发生较大故障，对系统运行将会产生较为严重的不良影响；

经分析论证，空压机集中控制系统在空压机站使用后，不仅可以提高设备的管理水平，更重要的是：由于采用变频器以及更优化的运行控制方案使的各空压机的设定排气压力均可以大大降低（只要略高于临界值即可），其节能效果是不言而喻的（例如：排气压力在0.65MPa 左右时，排气压力每降低0.1MPa 大约可节约能源3%），更由于优化控制算法带来的空载运行时间缩短，使得节能效果更佳，同时由于合理搭配的设备运行顺序也使得设备运行次序更为合理，提高了设备运行可靠性和降低了点检劳动强度。

参考文献

[1] 《空气压缩机的比较》 来源 中国空压机网2008年1月9日.

[2] 王振辉，赵志广.《根据电动机功率确定压缩机结构参数的新方法》.河北工业科技，1999 （3）：61～ 63.

[3] 廖常初《可编程序控制器的编程方法与工程应用》重庆大学出版社 2001-2-1.