基于DCS的空壓站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姜春紅　袁志剛　周越

【摘 要】結(jié)合目前國內(nèi)外空壓站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀，針對兵器企業(yè)內(nèi)空壓站分散式人工操作，設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行及監(jiān)控能力薄弱等問題，構(gòu)建了基于DCS和PLC技術(shù)的實(shí)時(shí)控制、檢測、診斷和報(bào)警的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)研究了綜合PC和PLC、組態(tài)軟件等為基礎(chǔ)的空壓站集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)采用MODBUS通訊協(xié)議，MPI通訊方式，結(jié)合兩種總線技術(shù)，解決了控制滯后和過程監(jiān)控失效等問題，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。

【Abstract】Combined with the development trend and status of air compressor station monitoring system at home and abroad， according to the problems of the distributed artificial operation， independent operation and weak monitoring ability of the equipment， a real-time control， detection， diagnosis and alarm design scheme is constructed based on DCS and PLC technology. The design of air compressor station centralized monitoring system based on integrated PC and PLC， configuration software is studied. The system uses MODBUS communication protocol， MPI communication， combined with two bussing technologies， solves the problems of control lag and process monitoring failure， and improves the stability and reliability of the monitoring system.

【關(guān)鍵詞】空壓站；DCS；PLC；MODBUS

【Keywords】air compressor station； DCS； PLC； MODBUS

【中圖分類號(hào)】TL362 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）05-0128-02

1 系統(tǒng)的總體方案及設(shè)備組成

1.1 系統(tǒng)總體方案

為了便于操作人員集中對設(shè)備的監(jiān)控，系統(tǒng)采用PLC機(jī)作為上位機(jī)運(yùn)程監(jiān)控站，以運(yùn)行速度高、可靠性強(qiáng)的工業(yè)計(jì)算機(jī)作為核心處理單元，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)采用組態(tài)軟件系統(tǒng)，能夠同時(shí)對冷卻水系統(tǒng)，5臺(tái)空壓機(jī)、3臺(tái)離心機(jī)、7臺(tái)冷干機(jī)及其現(xiàn)場溫度傳感器、壓力傳感器等進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)檢測和處理，實(shí)現(xiàn)了高度的自動(dòng)化。結(jié)構(gòu)原理圖如圖一所示。

1.2 系統(tǒng)的設(shè)備組成

空壓站內(nèi)的機(jī)組設(shè)備包括：冷卻循環(huán)水系統(tǒng)PLC、冷干機(jī)組、空氣壓縮機(jī)組、溫度傳感器、壓力傳感器等。空壓機(jī)1至5采用美國壽力公司的固定螺旋桿空氣壓縮機(jī)，空壓機(jī)6至8采用美國阿特拉斯·科普柯公司固定式離心空壓機(jī)。冷干機(jī)采用阿特拉斯·科普柯冷干機(jī)。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)硬件包括工控機(jī)（PC）、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)PLC、控制柜內(nèi)PLC，空氣壓縮機(jī)以及各種通訊模塊組成。其中工業(yè)計(jì)算機(jī)通過安裝在工控機(jī)中的組態(tài)軟件可以在遠(yuǎn)程監(jiān)控室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的各種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和控制，并負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制命令的發(fā)送以及數(shù)據(jù)的接收與管理。現(xiàn)場各種儀表等設(shè)備及其冷干機(jī)組的檢測由該系統(tǒng)的核心控制柜PLC負(fù)責(zé)。冷卻循環(huán)水系統(tǒng)PLC及其控制柜內(nèi)PLC與工控機(jī)PC之間采用MPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互操作并通過專用的通訊模塊實(shí)現(xiàn)。多路巡檢儀負(fù)責(zé)空氣壓縮機(jī)及溫度傳感器等設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。操作人員通過系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場所有設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，便于管理人員實(shí)現(xiàn)操作和管理。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)管理功能

為了保證生產(chǎn)過程的安全可靠，系統(tǒng)提供了完備的安全保障機(jī)制。同時(shí)為了有效地避免生產(chǎn)過程中的誤操作，并根據(jù)級別限制當(dāng)前用戶的行為，系統(tǒng)將用戶的行為分為管理員、工程師、操作員等多個(gè)級別。

3.2 運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)顯示功能

利用監(jiān)控系統(tǒng)可對現(xiàn)場的各臺(tái)設(shè)備完成動(dòng)態(tài)的顯示，例如當(dāng)前的工況和運(yùn)行狀態(tài)，包括設(shè)備的當(dāng)前流量、供電參數(shù)、溫度、壓力、振動(dòng)、氣路、油路、水路等，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)管理和系統(tǒng)的可視化，使運(yùn)行管理人員能及時(shí)了解各設(shè)備的運(yùn)行情況，便于監(jiān)控生產(chǎn)，提高了工作效率。

3.3 實(shí)時(shí)報(bào)警功能

為了實(shí)現(xiàn)指示燈閃爍報(bào)警和聲音報(bào)警，系統(tǒng)提供報(bào)警記錄并進(jìn)行故障分析，監(jiān)控系統(tǒng)對所有設(shè)備和機(jī)組以及各個(gè)傳感器的油溫、油壓、溫度、氣路、水路等一系列參數(shù)設(shè)置報(bào)警極限值[1]。這樣系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)畫面提示和分類語音報(bào)警功能，并將語音報(bào)警等信息存入信息報(bào)警數(shù)據(jù)庫，為事后統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)。系統(tǒng)針對設(shè)置的報(bào)警屬性參量，在組態(tài)時(shí)都給出了相應(yīng)的報(bào)警分析原因。因此，現(xiàn)場工作人員在檢修時(shí)可以參考利用報(bào)警信息生成的故障診斷信息。

3.4 數(shù)據(jù)庫功能

數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)請求服務(wù)等。系統(tǒng)設(shè)置歷史報(bào)表、歷史曲線。為了便于現(xiàn)場操控人員查詢，分析數(shù)據(jù)，歷史曲線會(huì)以圖表或曲線形式給出設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)在任意歷史時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)及變化趨勢。可以定期打印上報(bào)根據(jù)存盤提供數(shù)據(jù)制作的日報(bào)表、月報(bào)表等，克服了人工記錄數(shù)據(jù)的隨意性與煩瑣性，減少了人工記錄誤差并提高了工作效率。

在整體硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，上位機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，已經(jīng)對空壓站監(jiān)控系統(tǒng)的主界面完成了相應(yīng)的設(shè)計(jì)。

3.5 設(shè)備遠(yuǎn)程操作與管理功能

用戶可通過監(jiān)控系統(tǒng)對各個(gè)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止、加載、卸載等控制及其參數(shù)的設(shè)置，數(shù)據(jù)庫記錄設(shè)備的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，使長期運(yùn)行的設(shè)備交替運(yùn)行，避免某臺(tái)設(shè)備長期運(yùn)行，從而提高設(shè)備使用壽命。

4 問題及解決方法

4.1 數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠技術(shù)

由于空壓站的設(shè)備較多，功率較多，頻繁啟動(dòng)，電磁干擾較強(qiáng)，且設(shè)備與監(jiān)控室距離較遠(yuǎn)，造成數(shù)據(jù)傳輸過程失真，或無法正常實(shí)現(xiàn)獲取運(yùn)行參數(shù)和控制功能，利用軟件和硬件的抗干擾技術(shù)，解決了數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定的技術(shù)難題。

4.2 多總線通訊協(xié)同技術(shù)

該系統(tǒng)是一個(gè)由包括MODBUS、MPI、以太網(wǎng)等多個(gè)設(shè)備的多種通訊協(xié)議共存的復(fù)雜系統(tǒng)，不同設(shè)備的協(xié)議有所不同，突破各個(gè)協(xié)議的相關(guān)技術(shù)，并將多總線技術(shù)進(jìn)行融合。

5 結(jié)論

該項(xiàng)目采用PLC控制系統(tǒng)，以工業(yè)計(jì)算機(jī)為核心，利用組態(tài)軟件對工廠的廠房內(nèi)多臺(tái)機(jī)組設(shè)備組建集中式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。機(jī)組設(shè)備包括：空氣壓縮機(jī)、冷干機(jī)、離心機(jī)、冷卻水系統(tǒng)和現(xiàn)場的各種溫度壓力傳感器等。可以實(shí)現(xiàn)操作人員利用組成的以太網(wǎng)絡(luò)在操縱室內(nèi)就可以通過監(jiān)控系統(tǒng)對現(xiàn)場的多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行全面的有效集中監(jiān)控[2]，這樣操作人員不需要去現(xiàn)場就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行安全、方便的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，從而提高了工作效率，并降低了生產(chǎn)成本。

【參考文獻(xiàn)】

【1】龔曉燕，薛河，時(shí)磊，等.PLC及組態(tài)王的掘進(jìn)通風(fēng)監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32（1）：82-85.

【2】王發(fā)達(dá)，劉篤鴻.礦井通風(fēng)瓦斯智能監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2005，5（1）：27-29.