基于PLC的空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

李慧玲+羅敏+羅春暉

收稿日期：2013-06-19

作者簡介：李慧玲（1974—），女，武漢湖北人，碩士，研究方向：汽車裝備自動化。

通訊聯(lián)系人，E-mail：Ih11115@vip.sina.com

文章編號：1003-6199（2014）03-0055-03

摘 要：隨著技術的發(fā)展，我國的許多設備嚴重老化，即將面臨淘汰。在現(xiàn)代化的企業(yè)中，要求空壓機的控制裝置有較高的自動化水平，采用微機控制是空壓機發(fā)展的必然趨勢。它可以減輕操作人員的勞動強度，對空壓機的可靠安全運行起到保證和促進作用。東風商用車公司總裝配廠有3條整車組裝線和一個檢測車間，車間所需要的壓縮空氣由3對空氣壓縮機和冷干機來提供，分別位于三個空壓機房。本課題主要是要研究開發(fā)基于組態(tài)王軟件的監(jiān)控界面。整個系統(tǒng)是用PLC進行控制，組態(tài)王軟件進行監(jiān)控。PLC主要控制空壓機的啟動和停止，組態(tài)王用于讀取壓力，以便我們隨時了解系統(tǒng)信息，進行調整，確保生產程序的正常運行。

關鍵詞：組態(tài)王；PLC；空壓機；冷干機；監(jiān)控

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A

Design and Implementation of Remote Monitoring

System of Air Compressor Based on PLC

LI Hui-ling，LUO Min，LUO Chun-hui

（School of Electrical & Information Engineering，Hubei University of Automotive Technology， Shiyan，Hubei 442002，China）

Abstract：With the development of technology， Many serious equipment aging of our country and facing out .In the modern enterprise， require air compressor device has higher automation level， Adopt computer control is an inevitable trend in the development of air compressor. It can reduce the labor intensity of operators， to ensure reliable safe operation of the air compressor and promote role .Dongfeng company assembly plant has three vehicle assembly line and a test workshop， Workshop need compressed air for air compressor and person from 3 to provide， Located in three air compressor machine room. this topic is mainly to research and development based on kingview software of the monitoring interface. The whole system is controlled with PLC and configuration king software monitor. PLC main control air compressor start and stop， Kingview is used to read the pressure， So that we can understand the system at any time information， adjust， ensure the normal operation of the production process.

Key words：kingview ；PLC；air compressor；person；monitoring

1 引 言

東風商用車公司總裝配廠有3條整車組裝線和一個檢測車間，車間所需要的壓縮空氣由3對空氣壓縮機和冷干機來提供，分別位于三個空壓機房。本文以東風商用車公司總裝配廠3對空氣壓縮機為研究對象，研究基于組態(tài)王軟件的空氣壓縮機監(jiān)控系統(tǒng)設計。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 PLC選型的探討

PLC的選型主要考慮的是PLC輸入輸出點、存儲容量、控制功能等。對輸入輸出點估算時，應該還要考慮增加10%～20%的擴展余量。存儲容量是可編程控制器本身能提供的硬件存儲單元的大小，用戶使用的應用程序的存儲單元的大小即為程序容量，所以程序容量小于存儲器容量。在估算存儲容量時，通常采用PLC應用程序的存儲容量估計來代替。內存的總字數一般都是按10-15倍的數值量I/O點數，加100倍模擬I/O點數，考慮余量時，根據內存總字數的25%考慮[1，2]。設計選擇OMRON公司的PLC-CP1H系列中的CP1H-X40DR-A。

2.2 模擬量輸入模塊

模擬量輸入模塊即是A/D轉換模塊，在本次設計中，采用了OMRON公司的CJ1W-AD081-V1型號的模擬量輸入模塊。該模塊有八個獨立模擬量輸入通道。每個通道的輸入信號可以是電壓信號，電壓為1～5V。也可以是電流信號，電流為4～20mA。模擬量輸入模塊的功能是將輸入的模擬量信號轉換成十六位二進制信號。按十進制表示，它轉換的數值范圍為0～65535。轉換后將信號送給PLC做進一步處理。

通過設置相應的開關量值，我們可以控制對應的電路。溫度模擬量A/D轉換經PID處理后，還需經D/A轉換將電壓或者電流等模擬信號送與電動調節(jié)閥，調節(jié)閥門開度。我們將在下面詳細介紹各類傳感器A/D值的轉換以及電動閥門開度計算。

假設模擬量的標準電流信號范圍為A0 ～Am如：（4～20mA ），A/D轉換后數值范圍為D0～Dm（6400-32000），假設模擬量的標準電流信號是A，經過A/D轉換后的對應的數值為D，由于是線性關系，函數關系可以表示為A=f（D），其數學方程如式（1）：

A=（D-D0）×（Am-A0）/（Dm-D0）+A0（1）

根據式（1），我們可以方便地根據D值計算出A值。將該方程式進行逆變換，得出函數關系式D=f（A）數學方程如式（2）：

D=（A-A0）×（Dm-D0）/（Am-A0）+D0（2）

模擬量輸入模塊CJ1W-AD081-V1是有8個模擬量輸入口，如圖1。

2.3 PLC接線圖

系統(tǒng)由3個空壓站房組成，三個空壓站分別位于一線外墻、三線外墻和檢測線。分別由3個PLC來進行控制和采集信號。

1號和2號空壓機的PLC接線圖，如圖2所示。

數字量擴展模塊的PLC接線圖，如圖3所示。利用I/O連接電纜將數字量擴展模塊和CJ單元適配器連接起來。

3 軟件設計

在空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計中，PLC主要用來控制空壓機的啟動和停止的[3]。PLC的軟件設計主要是指下位機PLC梯形圖的設計。

3.1 系統(tǒng)控制流程圖

程序控制系統(tǒng)的軟件設計采用梯形圖，并采取了模塊化的設計方式，把整個控制系統(tǒng)所需要完成的功能分成若干模塊，然后分別進行設計，這樣做的優(yōu)點是設計方便，便于修改程序，使得程序條理清晰，用戶比較容易理解和掌握[4，5]。系統(tǒng)控制流程圖如圖4所示。

3.2 人機界面的設計

人機界面的設計主要是用組態(tài)王實現(xiàn)的[1，3，4，6]。在本次空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計中，組態(tài)王是來監(jiān)視空壓機的壓力等，便于了解空壓機的運行狀況。本控制系統(tǒng)的主界面，如圖5所示。

4 結 論

系統(tǒng)采用PLC來控制空氣壓縮機的啟動和停止，并調節(jié)出口的溫度和濕度，應用組態(tài)王軟件來進行遠程監(jiān)控。經過時間證明，系統(tǒng)運行可靠。實現(xiàn)了設計的要求和目的。

參考文獻

[1] 韓曉新. 從基礎到實踐——PLC與組態(tài)王[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2011.

[2] 耿磊. 微機可編程序控制器原理、使用及應用實例[M].北京：電子工業(yè)出版社， 1990.

[3] 周美蘭. PLC電氣控制與組態(tài)設計[M]. 北京： 科學出版社， 2009.

[4] 駱德漢. 可編程控制器與現(xiàn)場總線網絡控制[M]. 北京： 科學出版社， 2005.

[5] 常可南. 可編程序控制器原理、應用及通信基礎[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 1997.

[6] 陽憲惠. 現(xiàn)場總線技術及其應用[M]. 北京： 清華大學出版社， 1999.

通過設置相應的開關量值，我們可以控制對應的電路。溫度模擬量A/D轉換經PID處理后，還需經D/A轉換將電壓或者電流等模擬信號送與電動調節(jié)閥，調節(jié)閥門開度。我們將在下面詳細介紹各類傳感器A/D值的轉換以及電動閥門開度計算。

假設模擬量的標準電流信號范圍為A0 ～Am如：（4～20mA ），A/D轉換后數值范圍為D0～Dm（6400-32000），假設模擬量的標準電流信號是A，經過A/D轉換后的對應的數值為D，由于是線性關系，函數關系可以表示為A=f（D），其數學方程如式（1）：

A=（D-D0）×（Am-A0）/（Dm-D0）+A0（1）

根據式（1），我們可以方便地根據D值計算出A值。將該方程式進行逆變換，得出函數關系式D=f（A）數學方程如式（2）：

D=（A-A0）×（Dm-D0）/（Am-A0）+D0（2）

模擬量輸入模塊CJ1W-AD081-V1是有8個模擬量輸入口，如圖1。

2.3 PLC接線圖

系統(tǒng)由3個空壓站房組成，三個空壓站分別位于一線外墻、三線外墻和檢測線。分別由3個PLC來進行控制和采集信號。

1號和2號空壓機的PLC接線圖，如圖2所示。

數字量擴展模塊的PLC接線圖，如圖3所示。利用I/O連接電纜將數字量擴展模塊和CJ單元適配器連接起來。

3 軟件設計

在空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計中，PLC主要用來控制空壓機的啟動和停止的[3]。PLC的軟件設計主要是指下位機PLC梯形圖的設計。

3.1 系統(tǒng)控制流程圖

程序控制系統(tǒng)的軟件設計采用梯形圖，并采取了模塊化的設計方式，把整個控制系統(tǒng)所需要完成的功能分成若干模塊，然后分別進行設計，這樣做的優(yōu)點是設計方便，便于修改程序，使得程序條理清晰，用戶比較容易理解和掌握[4，5]。系統(tǒng)控制流程圖如圖4所示。

3.2 人機界面的設計

人機界面的設計主要是用組態(tài)王實現(xiàn)的[1，3，4，6]。在本次空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計中，組態(tài)王是來監(jiān)視空壓機的壓力等，便于了解空壓機的運行狀況。本控制系統(tǒng)的主界面，如圖5所示。

4 結 論

系統(tǒng)采用PLC來控制空氣壓縮機的啟動和停止，并調節(jié)出口的溫度和濕度，應用組態(tài)王軟件來進行遠程監(jiān)控。經過時間證明，系統(tǒng)運行可靠。實現(xiàn)了設計的要求和目的。

參考文獻

[1] 韓曉新. 從基礎到實踐——PLC與組態(tài)王[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2011.

[2] 耿磊. 微機可編程序控制器原理、使用及應用實例[M].北京：電子工業(yè)出版社， 1990.

[3] 周美蘭. PLC電氣控制與組態(tài)設計[M]. 北京： 科學出版社， 2009.

[4] 駱德漢. 可編程控制器與現(xiàn)場總線網絡控制[M]. 北京： 科學出版社， 2005.

[5] 常可南. 可編程序控制器原理、應用及通信基礎[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 1997.

[6] 陽憲惠. 現(xiàn)場總線技術及其應用[M]. 北京： 清華大學出版社， 1999.

通過設置相應的開關量值，我們可以控制對應的電路。溫度模擬量A/D轉換經PID處理后，還需經D/A轉換將電壓或者電流等模擬信號送與電動調節(jié)閥，調節(jié)閥門開度。我們將在下面詳細介紹各類傳感器A/D值的轉換以及電動閥門開度計算。

假設模擬量的標準電流信號范圍為A0 ～Am如：（4～20mA ），A/D轉換后數值范圍為D0～Dm（6400-32000），假設模擬量的標準電流信號是A，經過A/D轉換后的對應的數值為D，由于是線性關系，函數關系可以表示為A=f（D），其數學方程如式（1）：

A=（D-D0）×（Am-A0）/（Dm-D0）+A0（1）

根據式（1），我們可以方便地根據D值計算出A值。將該方程式進行逆變換，得出函數關系式D=f（A）數學方程如式（2）：

D=（A-A0）×（Dm-D0）/（Am-A0）+D0（2）

模擬量輸入模塊CJ1W-AD081-V1是有8個模擬量輸入口，如圖1。

2.3 PLC接線圖

系統(tǒng)由3個空壓站房組成，三個空壓站分別位于一線外墻、三線外墻和檢測線。分別由3個PLC來進行控制和采集信號。

1號和2號空壓機的PLC接線圖，如圖2所示。

數字量擴展模塊的PLC接線圖，如圖3所示。利用I/O連接電纜將數字量擴展模塊和CJ單元適配器連接起來。

3 軟件設計

在空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計中，PLC主要用來控制空壓機的啟動和停止的[3]。PLC的軟件設計主要是指下位機PLC梯形圖的設計。

3.1 系統(tǒng)控制流程圖

程序控制系統(tǒng)的軟件設計采用梯形圖，并采取了模塊化的設計方式，把整個控制系統(tǒng)所需要完成的功能分成若干模塊，然后分別進行設計，這樣做的優(yōu)點是設計方便，便于修改程序，使得程序條理清晰，用戶比較容易理解和掌握[4，5]。系統(tǒng)控制流程圖如圖4所示。

3.2 人機界面的設計

人機界面的設計主要是用組態(tài)王實現(xiàn)的[1，3，4，6]。在本次空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計中，組態(tài)王是來監(jiān)視空壓機的壓力等，便于了解空壓機的運行狀況。本控制系統(tǒng)的主界面，如圖5所示。

4 結 論

系統(tǒng)采用PLC來控制空氣壓縮機的啟動和停止，并調節(jié)出口的溫度和濕度，應用組態(tài)王軟件來進行遠程監(jiān)控。經過時間證明，系統(tǒng)運行可靠。實現(xiàn)了設計的要求和目的。

參考文獻

[1] 韓曉新. 從基礎到實踐——PLC與組態(tài)王[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2011.

[2] 耿磊. 微機可編程序控制器原理、使用及應用實例[M].北京：電子工業(yè)出版社， 1990.

[3] 周美蘭. PLC電氣控制與組態(tài)設計[M]. 北京： 科學出版社， 2009.

[4] 駱德漢. 可編程控制器與現(xiàn)場總線網絡控制[M]. 北京： 科學出版社， 2005.

[5] 常可南. 可編程序控制器原理、應用及通信基礎[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 1997.

[6] 陽憲惠. 現(xiàn)場總線技術及其應用[M]. 北京： 清華大學出版社， 1999.