PLC与组态软件在空压机气源测控系统中的应用

邓旭

摘 要 本文介绍了一种上位机组态软件采用Win CC（Windows Control Center）V6，下位机采用西门子S7-300系列PLC的空压机气源测控系统，分析了该测制系统的系统功能结构、软硬件配置等要点，探讨了该气源测控系统上位机与PLC的通讯方式。

关键词 PLC；组态软件；测控系统；空压机

中图分类号 TP39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）163-0213-02

本文介绍了某单位一次空压机气源测控系统改造项目，该项目基于PLC、组态软件Win？CC和PROFIBUS通信协议的远程测控系统。该气源测控系统主要用于对气源系统中6台空压机机组的运行状态、压力、温度、振动量、故障报警等信号实施集中监控，并可实现对设备进行远程控制。现场投运几个月来运行状况良好，达到预期的要求。

1 系统功能

1.1 数据的采集及趋势分析系统

数据的采集及趋势分析系统主要对设备的温度、压力、流量、振动量和位移量等工艺参数进行检测、记录和分析。通过安装在现场的传感器将采集到的模拟量信号送入PLC模拟量输入模块，传至空压机气源总测控系统，可实现实时在线监控。温度信号采用电阻信号，其温度传感器选用PT100？A级铂电阻，铂热电阻传感器的主要特点是：测量精度高，性能稳定。压力信号采用4-20mA的标准信号，压力传感器选用压力检测和信号变送于一体的电容式压力传感变送器，选用电容式压力传感器是基于其具有灵敏度好，测量精度高，稳定性好，工作温度范围宽、使用方便且适用于全天候的特点。振动量和位移量测量采用电涡流传传感器，通过变送器后，可变为4-20mA的标准信号，可更加准确的监测设备的运行状态。

1.2 报警及联锁保护系统

为了保护空压机在运行时安全可靠，报警及联锁保护系统对机组各项运行参数（如压力、温度、流量等）都设有报警值，对涉及到机组安全的参数（轴承温度、轴承振动等）设有联锁保护停机值。通过对机组的设备状态及机组各项参数的行实时监控，当设备出现异常时，系统发出低限或高限报警后，监控面板报警灯亮，相应参数仪表显示变为红色并闪烁，提醒现场运行人员注意；当涉及到机组安全的参数达到联锁保护停机值当时，系统将打开防喘阀，保护停机。为加强系统的安全性，防止系统参数被随意修改，本系统设置了登录密码和报警域修改权限。

1.3 远程控制功能

气源系统各机组的启动/停机、加载/卸载控制信号通过控制继电器对设备进行操作，以储气罐压力为依据，根据控制程序中设定总管压力阀值调节电磁阀，进行气量调节；根据用气流量的不同，可随机选择机组运行。以1号空压机组为例，在开机启动前，润滑油系统、冷却水系统满足开机启动条件后，方可进行启动机组，在此采用联锁控制，条件不满足时，机组无法开启。当压缩机空载启动进入正常运行状态后，按下加载按钮，压缩机进入到负荷运行状态。压缩机根据储气罐压力自动调节电磁阀1、2加载状态，使储气罐压力稳定在0.7MPa左右，具体控制如下：当储气罐压力值低于0.68MPa时，压缩机处于100%加载状态，电磁阀1、2处于加载状态；当储气罐压力值在0.72MPa到0.74MPa之间时，压缩机处于50%加载状态，电磁阀1处于加载状态，电磁阀2处于卸载状态；当储气罐压力大于0.74MPa时，压缩机处于0%加载状态，电磁阀1、2处于卸载状态。

1.4 显示功能

该系统采用PC机作为上位机，主要包含主操作界面、辅操作界面、测点清单界面、实时趋势界面、历史趋势界面、报警界面、数据报表界面、参数设置界面、电动阀控制界面。

1.5 报表打印功能

本系统可从历史数据库中提取完整的历史趋势图，并可以以报表的形式打印出来，以便记录和保存。

2 系统构成

本系统是基于PROFIBUS-DP现场总线的分布式控制系统。分布式控制系统是以工业级计算机为核心，集成单元组合仪器及微处理器的优点，可充分利用计算机技术、控制技术、通信技术及图像处理技术的应用成果来完成所要求的控制系统设计，其特点是：集中管理、分散控制。控制系统总体可分为：检测与执行级、下位控制级、上位管理监控级，测控系统架构图。

2.1 检测与执行级

检测与执行级：指现场信号测量单元与设备执行单元。主要包括温度、压力、流量、震动、转速等参数测量和电磁调节阀、气动调节阀等设备的控制。传感器模块采用标准线性电源供电，并通过标准电流信号进行传输，采用屏蔽电缆将变送器的模拟信号传输到PLC的模拟量输入模块。调节阀的到位信号、设备的运行状态等数字量信号传输到PLC的数字量输入模块。

2.2 下位控制级

下位控制级和检测与执行级，不仅可直接显示现场设备的实时测量值，还负责控制现场各执行机构的运行。本系统采用SIEMENS的S7-300系列模块，S7-300是西门子模块化机架结构中型PLC，该模块具有安装密度高，扩展灵活，运行速度快，无槽位限制，可通过Windows？STEP7编程软件进行编程。考虑到该测控系统输入输出的点数较多，因此本系统采用具有可扩展导轨的313C-2DP，具体硬件配置如下：

1）电源：PS307？10A？DC24V，型号为6ES7？ 307-1KA01-0AA0。

2）CPU模块：313C-2DP，型号为6ES7？313-6CF03-0AB0。

3）1个DI模块：DI16×DC24V，型号为6ES7？ 321-1BH02-0AA0。

4）1个DO模块：DO16×DC24V/0.5A，型号为6ES7？ 322-1BH01-0AA0。

5）3个AI模块，其中1台为AI8×12Bit，型号为6ES7？331-7KF02-0AB0。

6）2台为AI8×RTD，型号为6ES7？331-7PF01-0AB0。

7）1个AO模块：AO4×12Bit，型号为6ES7？ 332-5HD00-0AB0；8）存储卡（MCC）：128KB，型号为6ES7？953-8LG11-0AA0。

PLC的编程软件采用SIEMENS？SIMATIC？STEP7？ V5.2，该编程软件为结构化编程。由于该系统功能较多，程序量大，为程序调试方便，本程序采用OB1统一调用几个FC子程序。CPU启动完成后，操作系统循环执行OB1，OB1执行完成后，操作系统再次启动OB1，其他子程序可由OB1调用。子程序有数据采集处理、报警参数及保护停机值设定、故障报警输出等。

2.3 上位管理监控级

本系统监控层采用Win？CC组态软件，它承担数据管理、数据采集及报警、历史数据记录、中文报表及报表打印等工作，在中央监控室设有操作员工作站，操作员通过操作终端详细了解现场设备运行情况，并可下达操作控制指令，指挥现场设备运行，实现空压机气源系统在线监测。

3 Win CC与PLC的通讯

根据需要，本空压机气源测控系统上位机与PLC的通信方式选用PROFIBUS协议，硬件选用SIEMENS？ CP5611通讯卡。具体实现步骤如下：

1）SIEMENS？CP5611通讯卡的安装和设置。首先将SIEMENS？CP5611通讯卡插入计算机上并固定好，重启计算机，在PC？机的控制面板中击“设置？PG/PC？接口”图表，弹出窗口中就会显示已安装的通讯卡。

2）添加通讯协议驱动。通讯卡安装完成后，打开Win？CC软件，在Win？CC变量管理中添加新的驱动程序“SIAMTIC？S7？protocol？suite.chn”，将SIAMTIC的S7通讯协议集添加到“变量管理”项下。SIAMTIC的S7通讯协议集包括在不同网络上应用的S7协议，如工业以太网协议、PROFIBUS协议，MPI协议，以及TCP/IP协议等。

3）通讯连接参数设置。选择PROFIBUS通讯驱动并按右键选“系统参数”进入系统参数设置界面。

4）建立通讯连接及连接设置。在PROFIBUS通讯协议并按右键选择“新驱动程序的连接”建立一个连接。本测控系统连接共有3个CPU，每个CPU都需与Win？CC建立一个连接。在建立通讯连接后，需要修改每个连接的属性。在连接设置中，站地址是PLC的地址，机架号是CPU所处的机架号，插槽号是CPU的槽位号，连接S7-300？CPU时槽号都是2。当完成这些设置工作之后，PLC与Win？CC的通讯连接就建立起来。

5）通讯故障诊断。当通讯连接出现问题时，可利用PROFIBUS总线排查软件ProfiTrace侦听总线上的通讯报文，发现主站与从站通信是否正常，周期数据交换是否正常；并对通讯硬件设备进行排查，检查网卡安装是否正确，通讯电缆是否破损，现场总线是否存在电磁干扰以及终端电阻接入是否存在异常。

4 结论

基于PLC和和Win？CC组态软件的空压机气源测控系统，可以根据总管压力的情况，实现机组的自动加载和卸荷，并可实现远程控控，实时监测空压机组运行状态。该系统自在某单位空压站运行以来，系统稳定，自动调压正常。

参考文献

[1]肖玲.DCS安装调试规范[J].自动化应用，2012（2）：53-56.

[2]深入浅出西门子Win CC V6[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[3]西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.SIMATIC Win CC通讯手册.