壓縮空氣源是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要?jiǎng)恿υ础？諝鈮嚎s機(jī)是產(chǎn)生壓縮空氣的設(shè)備。無論是哪種品牌的壓縮機(jī)，其工作時(shí)都會(huì)有若干運(yùn)行參數(shù)在不斷地變化著。壓縮機(jī)工作時(shí)噪音很大，并且在主機(jī)控制器上可查看的參數(shù)相對(duì)有限，技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)很難長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控多臺(tái)空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況。因此，需要有一套集中的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，使技術(shù)人員坐在監(jiān)控室里就能實(shí)時(shí)了解每臺(tái)空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行情況，并根據(jù)需要控制其運(yùn)行參數(shù)。

本文應(yīng)用組態(tài)軟件針對(duì)Sullair和復(fù)盛空氣壓縮機(jī)組成的空壓機(jī)群建立集群監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)思想、技術(shù)要點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方法也適用于其它品牌的壓縮機(jī)。

1 系統(tǒng)技術(shù)方案

1.1 系統(tǒng)技術(shù)要求

根據(jù)壓縮機(jī)的監(jiān)控要求，系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)監(jiān)視各個(gè)空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行延續(xù)時(shí)間、各個(gè)溫度點(diǎn)的溫度值、各個(gè)壓力點(diǎn)的壓力值，還要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制每臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)及其停止的功能。對(duì)于各個(gè)溫度點(diǎn)的溫度值、各個(gè)壓力點(diǎn)的壓力值要求記錄歷史數(shù)據(jù)，分析各個(gè)點(diǎn)的溫度值和壓力值，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，而且加以保存以便觀察每臺(tái)空壓機(jī)的歷史狀態(tài)，確定維護(hù)時(shí)間。本系統(tǒng)采用三維力控監(jiān)控組態(tài)軟件。

1.2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其中遠(yuǎn)程接口是專用的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，它把壓縮機(jī)控制器專用的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為RS一485網(wǎng)絡(luò)上的MODBUS協(xié)議。

2 應(yīng)用力控設(shè)計(jì)空氣壓縮機(jī)群系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)

2.1 設(shè)計(jì)思想

本系統(tǒng)為一個(gè)基于Windows 2000多任務(wù)操作平臺(tái)，操作方便，使用簡(jiǎn)單的監(jiān)控系統(tǒng)。用戶通過上位機(jī)，能對(duì)壓機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并自動(dòng)顯示、記錄各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)。工作人員不必到每臺(tái)空壓機(jī)前記錄數(shù)據(jù)，減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)，改善了工作條件。通過上位機(jī)控制信號(hào)與下位機(jī)智能儀表的聯(lián)絡(luò)，自動(dòng)完成空壓機(jī)的運(yùn)行于停止。

2.2 技術(shù)要點(diǎn)

力控組態(tài)軟件中主要由開發(fā)系統(tǒng)(Draw)、界面運(yùn)行系統(tǒng)(View)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)(DB)以及I／O驅(qū)動(dòng)程序(I／O SERVER)等組成。“開發(fā)系統(tǒng)”是一個(gè)集成環(huán)境，可以創(chuàng)建工程畫面，配置各種系統(tǒng)參數(shù)，啟動(dòng)力控其它程序組件等。界面運(yùn)行系統(tǒng)用來運(yùn)行由開發(fā)系統(tǒng)Draw創(chuàng)建的畫面，腳本、動(dòng)畫連接等工程，操作人員通過它來完成監(jiān)控。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是力控軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理核心，構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理。報(bào)警處理、數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求處理等。I／O驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)力控與控制設(shè)備的通信。它將I／O設(shè)備寄存器中的數(shù)據(jù)讀出后，傳送到力控的數(shù)據(jù)庫(kù)，然后在界面運(yùn)行系統(tǒng)的畫面上動(dòng)態(tài)顯示。系統(tǒng)通過對(duì)信
號(hào)的檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣壓縮機(jī)的控制與管理，具體應(yīng)具有下述功能：①操作權(quán)限設(shè)定控制功能，防止越權(quán)操作和誤操作；②根據(jù)操作人員提供的啟停信號(hào)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行或停機(jī)；③檢測(cè)并顯示各空壓機(jī)的工作狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行控制；④檢測(cè)各個(gè)空壓機(jī)各點(diǎn)的壓力和溫度值，并實(shí)時(shí)顯示；⑤自動(dòng)保存各點(diǎn)數(shù)據(jù)，自動(dòng)繪制出歷史曲線，并能打印壓力和溫度的報(bào)表。⑥能方便的查閱及實(shí)時(shí)顯示、記錄運(yùn)行參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障信息等。

下面對(duì)開發(fā)的關(guān)鍵步驟介紹如下：

(1)定義I／0設(shè)備

由于力控組態(tài)軟件提供了壽力空壓機(jī)的I／O驅(qū)動(dòng)，所以可以直接在驅(qū)動(dòng)列表中尋找到它的驅(qū)動(dòng)模塊，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，具體做法如下圖所示。在I／O驅(qū)動(dòng)中做些相應(yīng)的設(shè)置，設(shè)備地址需要與機(jī)器上的地址相匹配。根據(jù)空壓機(jī)提供的控制器參數(shù)設(shè)置通訊端口的配置(波特率、奇偶校驗(yàn)等)、超時(shí)時(shí)間等參數(shù)，如圖2所示。

(2)創(chuàng)建底層數(shù)據(jù)庫(kù)

點(diǎn)表(即空壓機(jī)每點(diǎn)的溫度和壓力或其他參數(shù)組成的表)是力控組態(tài)軟件的重要參數(shù)表，是下位機(jī)通信的關(guān)鍵部分，它決定了該通信變量的基本類型，本系統(tǒng)根據(jù)廠商需求，每個(gè)壽力空壓機(jī)設(shè)定25個(gè)點(diǎn)。分別有：壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)(4個(gè))，溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)(6個(gè))，狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，參數(shù)讀寫點(diǎn)，控制啟停，加卸載，緊急停機(jī)等。在每個(gè)壓力和溫度的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史參數(shù)里都設(shè)立了變化保存功能，以便進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析。圖3為根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求繪制的監(jiān)控系統(tǒng)主界面。

(3)遠(yuǎn)程控制功能的實(shí)現(xiàn)

壽力空壓機(jī)的順序控制模式可分為掛起、遙控、從機(jī)、順序時(shí)間、通訊編號(hào)。順序時(shí)間和通訊編號(hào)采用廣播方式通訊，即監(jiān)控器將定時(shí)發(fā)送狀態(tài)信息。“掛起”模式是在單機(jī)工作狀態(tài)下運(yùn)行的；“遙控”模式不響應(yīng)計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令，所以選用“從機(jī)”模式下對(duì)空壓機(jī)組的監(jiān)視和控制。

依據(jù)“壽力順序控制及通訊協(xié)議手冊(cè)”，由主機(jī)發(fā)送給從機(jī)的信息如下所示：

由于本系統(tǒng)是把現(xiàn)有的6臺(tái)壽力空壓機(jī)連接在幾個(gè)485串口上，每臺(tái)空壓機(jī)的地址可以相應(yīng)的設(shè)定為01，02....06，同時(shí)主機(jī)發(fā)送給從機(jī)的信息也有相應(yīng)的變化，如地址為02的空壓機(jī)S．停機(jī)的格式為02S4B。查看了力控組態(tài)軟件中壽力驅(qū)動(dòng)的報(bào)文可以發(fā)現(xiàn)，報(bào)文與上述協(xié)議格式完全一致，但只能實(shí)現(xiàn)對(duì)壽力空壓機(jī)的緊急停機(jī)控制，其他控制都無響應(yīng)，這與壽力公司的技術(shù)保護(hù)有一定的關(guān)系。

為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)中采用了研華I／O驅(qū)動(dòng)模塊控制繼電器，再經(jīng)過空壓機(jī)的I／O口來實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的啟停控制。這種控制方式只能運(yùn)行在遙控模式下。控制部分的電路簡(jiǎn)圖如圖5所示。

2.3 干擾的抑制

I／O通道的電路一般都放在控制現(xiàn)場(chǎng)，即使不是放在現(xiàn)場(chǎng)，也會(huì)通過較長(zhǎng)的導(dǎo)線與現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備相連接。而在控制現(xiàn)場(chǎng)，特別是工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，通常都存在大量的干擾源。由于控制現(xiàn)場(chǎng)往往在地域上分布比較廣，從而使I／O通道的距離也比較長(zhǎng)，所以有很多干擾，空壓機(jī)群主要存在的干擾來自于：空壓機(jī)電機(jī)的啟停，高壓(6kV)柜的電磁輻射，通信設(shè)備發(fā)出的電磁波以及傳輸電纜的共模干擾等。這樣就造成空壓機(jī)中傳感器信號(hào)源的地與I／O轉(zhuǎn)換裝置的地之間有一個(gè)電位差，由這個(gè)電位差引起的干擾就是所謂的共模干擾。因此需要一些措施以降低干擾的危害：

(1)采用雙絞線

通過采用雙絞線可以降低電纜的分布電容、分布電感以及波阻抗，有利于改善傳輸波形的質(zhì)量。

(2)終端阻抗匹配

在信號(hào)傳輸線的終端加接一個(gè)電阻值50～200Q的電阻R，用于吸收反射波，接法如圖6所示：

(3)屏蔽

由于相當(dāng)大的一部分干擾來自高壓柜的電磁輻射，因此通過屏蔽可以達(dá)到比較好的效果。所以傳輸線選擇帶屏蔽的雙絞線，并確保屏蔽層接地良好。由于現(xiàn)場(chǎng)的高壓線和本系統(tǒng)的信號(hào)傳輸線埋在同一個(gè)通道里，所以為了保險(xiǎn)起見在屏蔽電纜外層再套上一層帶地線的鋼管，以增加屏蔽效果并保證人生安全。

3 運(yùn)行情況

按照系統(tǒng)監(jiān)控主界面的要求，設(shè)計(jì)好每一個(gè)監(jiān)控子界面及相應(yīng)的程序，并對(duì)界面進(jìn)行組態(tài)，配置好相應(yīng)的通信參數(shù)，在力控的開發(fā)環(huán)境下，既可以設(shè)計(jì)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，通過系統(tǒng)登陸，對(duì)用戶的身份進(jìn)行識(shí)別后，用戶即可以時(shí)實(shí)地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制(系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存此用戶賬號(hào)，并記錄此用戶最近進(jìn)行的所有操作)。系統(tǒng)可以顯示和記錄每臺(tái)空壓機(jī)的運(yùn)行情況，并自動(dòng)繪制每個(gè)壓力和溫度點(diǎn)的歷史趨勢(shì)曲線，也可以打印報(bào)表，用戶可以通過點(diǎn)擊每個(gè)空壓機(jī)的圖標(biāo)查看每臺(tái)機(jī)器相應(yīng)的內(nèi)容并對(duì)其做相應(yīng)的操作。設(shè)備如有故障報(bào)警，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳出一個(gè)對(duì)話框，同時(shí)伴有報(bào)警鈴聲，點(diǎn)擊對(duì)話框中的確認(rèn)報(bào)警，報(bào)警會(huì)被確認(rèn)，在確認(rèn)報(bào)警后報(bào)警鈴聲消除。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)應(yīng)用力控軟件設(shè)計(jì)了空壓機(jī)群的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)已在上海電機(jī)廠實(shí)踐運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，完全能夠滿足廠家的工作要求。通過監(jiān)控主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表(空壓機(jī)自帶)的通信，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空壓機(jī)群的遠(yuǎn)程控制和管理。界面簡(jiǎn)單、實(shí)用、操作方便、系統(tǒng)擴(kuò)展性好。大大提高了廠房的管理水平，提高了空氣壓縮機(jī)的可靠性與工作效率。同時(shí)，改善了員工的工作環(huán)境，帶來了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。相信今后一定會(huì)得到更多的推廣應(yīng)用。

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