基于组态王与PLC的煤矿空压机监控系统

曹晓光 闫力

【摘 要】文章在三菱Q系列的可编程控制器及上位机监控软件的基础上，根据空压机无人值守和远程监控的要求，提出一种用组态王软件实时监控PLC的方法。

【关键词】空压机;PLC;组态王;自动控制

引言

空气压缩机（简称空压机）是一种利用电动机将空气在压缩腔内进行压缩并使压缩气体具有一定压力的设备。空压机为煤矿井下风动机械提供动力源，其运行状况影响着矿井的生产，是煤矿的重要设备之一。全面及时地掌握空压机的运行情况并根据运行情况对空压机进行控制，对保障安全生产，节约能源，提高生产效率具有重要的现实意义。

PLC以卓越的性能广泛应用于工业控制领域，其作为一种工业控制计算机，具有功能强大，可靠性高，抗干扰能力强，维修方便等特点，能够满足噪音、振动、高温、低温等恶劣环境下的机电设备控制要求。而通过组态软件实现PC和PLC通信的目的是为了向客户端提供动态数据画面显示、报表显示、窗口技术等多种功能，为PLC控制提供了良好的人机界面。

1 系统简介

中煤哈密能源开发有限责任公司大南湖七号煤矿压风制氮车间布置了10台英格索兰MH350型螺杆式空压机，其中4台为制氮机配套使用，另外6台为井下风动设备及压风自救系统供风。控制方式为空压机本机操作或在ACS4000就地控制柜上进行操作，存在运行状态无法远程监控，没有实时及历史数据查看功能，数据不能存储调用分析，故障报警不能上传至集控调度等缺陷。本设计采用采用三菱PLC作为控制器，上位组态软件采用亚控科技的组态王软件对6台空压机进行集中监控。

2 控制系统构成

控制系统是由上位机监控系统、下位机控制系统、通讯系统等组成。

2.1上位机监控系统

2.1.1触摸屏控制系统

现场控制保留原ACS4000控制柜，富士UG330H-VS4型彩色触摸屏与下位机通讯实现空压机控制及实时数据显示。

2.1.2远程计算机控制系统

远程计算机上装有组态王7.5软件，其提供多种通讯接口，可很好的与下位机PLC进行通讯。系统主要由主控系统、温度监控系统、压力监控系统、报警系统、报表系统及数据库存储服务器、WEB服务器等组成。

2.2下位机控制系统

下位机主要控制器件有：中央控制单元采用三菱Q06HCPU，Q61P电源模块为机架上其它模块提供5VDC和24VDC电源;输入模块QX40及输出模块QY40P;模数转换模块Q64AD;串行通讯模块QJ71C24N-R2。

2.3通讯系统

通讯系统信息传输方式：空压机在运行时本机KT-09B-HV控制器采集运行数据，以RS485通讯电缆通过MODBUS RTU通讯协议及CRC校验形式传输至ACS4000控制柜。在控制柜内，数据经RS-485/RS422光电隔离中继器、QJ71C24N-R2 PC串行通讯模块上传至CPU，上位机通过BCNet-Q通讯模块读取CPU信息。

3 控制系统设计

系统主要由主控系统、曲线系统、报表系统、报警系统、数据库系统、Web发布系统和移动客户端系统7个子系统组成

3.1 主控系统

主控系统是空压機的控制界面系统，在该界面下可实时监测空压机启停状态、运行温度、运行累积时长、管路压力及故障状态信息。同时，在主控界面可以通过面板上的转换开关切换自动/手动控制模式。在自动控制模式下，由PLC及组态程序根据管路压力自动、循环投退空压机，管理人员在输入账号口令后可对投退空压机压力值进行设定。在手动控制模式下，空压机不会随压力变化自动启停，控制人员可通过界面控制按钮启停空压机，同时系统会记录操作人员及操作信息，并支持查询功能。系统具备空压机故障状态识别功能，在空压机出现故障时自动停机，同时闭锁故障空压机启动程序，使其无法启动，待故障信息消除后方可启动。

3.2 曲线系统

曲线系统是由曲线形式显示、记录空压机运行时的实时和历史状态，该系统中创建了实时压力和温度曲线界面;历史压力曲线温度曲线界面。在实时曲线界面，6台空压机的压力、温度以不同颜色曲线标识，实时更新。在历史曲线界面中，可以选择查询某一历史时段内空压机历史运行数据曲线。

3.3 报表系统

3.3.1 实时报表

实时报表主要用于显示设备启停记录和设备运行记录。在启停记录中，系统实时记录空压机启、停时间、单次运行时间等信息。在运行记录中，系统每小时采集一次空压机运行参数，并将其填入运行报表中，每日24：00自动将运行报表按照日期名称格式保存在历史服务器中。系统支持实时报表的自动或手动打印功能。

3.3.2 历史报表

在历史报表中可通过下拉式组合框选择调阅查看自动保存的运行记录。

3.4 报警系统

当空压机运行过程中发生压力、温度超限等故障信息或零部件保养周期即将到期时，即会触发相应的报警程序，在强制弹出报警窗口的同时触发报警语音。报警窗口提供报警日期、报警时间、报警设备名称、报警类型、报警值等数据，便于管理人员迅速发现故障、判断故障，缩小故障影响范围，提升故障处理效率。

3.5 数据库系统

系统每小时或发生报警信息时自动将运行数据传输至数据库服务器中。在数据库服务器，通过Windows XP/win7系统数据源开放标准，实现组态与SQL或Acess数据库的数据存储与调用。在本设计中，组态软件通过ODBC接口与Acess数据库建立通讯，实现空压机运行数据的存储、查询、调用等功能。

3.6 WEB发布系统

利用数据库及WEB服务器，可将预先设计好的部分空压机运行画面及相关数据发布至局域网或公网。在登录发布服务器网址，输入预设的账号和密码后，即可查看与其权限对应的数据和画面信息。

3.7 移动客户端

本设计创建一个移动客户端工程，并将工程发布到局域网或公网。用户在组态王手机APP登录账号、密码并输入发布服务器网址后，即可进入APP选择查看发布变量的实时数据、历史数据、数据曲线和报警信息等。

4 结语

实际使用表明本控制系统编程策略优越，软硬件匹配，动画效果直观，功能实用性强，安全可靠性高，确实提高了空压机控制的自动化程度，实现了无人值守，提高了生产效率，为煤矿创造了良好的经济和安全效益。

参考文献：

[1]胡亚非.矿山压气设备[M].徐州：中国矿业大学出版社，1995.

[2]汪晓平.PLC可编程序控制器系统开发实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2002.

[3]组态王命令语言函数手册.北京亚控公司，2001

作者简介：

曹晓光，1973年10月出生，男，汉族，本科，机电工程师职称，中级。

（作者单位：中煤哈密能源开发有限责任公司）