摘要：本文介紹了基於PLC控製技術的空壓機遠程（chéng）監（jiān）控係統，結（jié）合實際應用項目，對PLC網絡通訊、係統可靠性（xìng）、程序設計等進行了詳細（xì）論述，提供了一種（zhǒng）空（kōng）壓機遠程控製實際（jì）應用的解決方法，降低係統維護成本，並提高係統效率和可靠性。

      關鍵詞（cí）：PLC 空壓（yā）機（jī） 遠（yuǎn）程監控

       1 、序言

      空壓機主要用於為生產提供氣源（yuán），其對工業生產的正常運行有著舉足輕重的地（dì）位。隨著國家節能（néng）減排和綠色（sè）生產政策的提（tí）出，以及（jí）降低設備的（de）損耗、減少設備維護費用等要求，如何合理地（dì）使用、維護設備已成為關鍵，而采用人工操作方式進（jìn）行設備的巡檢、故（gù）障的記錄、設備狀態的切換等工（gōng）作方式已嚴重影響工業生產的效率和運行可靠性。本文以某化工廠空壓機遠程監控項（xiàng）目為參考，采（cǎi）用西門子S7-300係列PLC作（zuò）為控製係統，實現空壓機係統的自動運行和遠程監控（kòng）。

       2 、係統概述

      該化工廠中，控製閥的動作、氣動設備的運行、某些區（qū）域的清潔等都需要用到壓縮空氣，因此氣源（yuán）管道內的壓（yā）力需維持在一定的範圍內（nèi），以保證相關設（shè）備的（de）正常工（gōng）作，同時，也要避免過高的（de）壓力造成能源的（de）浪費。為實現上述要求，采用（yòng）PLC控製係統來實現空壓（yā）機各類參數的采集，如溫度、壓力、工作狀態（tài）、運行時間、故障狀態等，同時控製空壓機的啟停以及運行（háng）狀態的（de）指示（shì）。操作人（rén）員可以通過中控室的中央控製計算機讀取空壓機的工作狀態、發送控製指令等（děng）操作，也可以通過現（xiàn）場操作（zuò）部（bù）件（觸摸屏（píng））進行上述控製指令的操作。

       3 、空壓機控製係統結構

      空壓機控製係統主要由控製對象（空壓機）、中央（yāng）控製計算機、PLC控製係（xì）統、傳感變送單元、現（xiàn）場觸摸屏等部分（fèn）組成，控製係統結構如圖1所示。圖中， PS（Power Supply）為（wéi）電源模塊，CPU為處理單元模塊，CP為以太網通訊模（mó）塊， AI/AO為模擬量輸入輸出模塊，DI/DO為數字量輸入輸出模塊。
 
     

                                圖1 控製係統結構（gòu）框圖

       本（běn）係統中，空壓機的控製有兩種模式：本地控製和遠程控製，可以通過一個本地/遠程切換開關進行兩（liǎng）種控製模式的切換。空壓機的運行狀（zhuàng）態和溫度、壓力等參數，分別傳送給PLC和中央控製計算機（jī）用於狀態顯示（shì），當選擇某種控製模式時，相應的控製單元對獲得的狀態參數（shù）進（jìn）行分析和邏輯判斷處理（lǐ），並控製（zhì）空壓機的啟動和停止，亦即，當選用本地模式時，PLC執行上述操作，當選用遠（yuǎn）程模式時，中（zhōng）央（yāng）控製計算機執行（háng）上述操作。在遠程模式下，中央控製計算機發出的指令需要通過（guò）PLC來控製空壓機的啟動和停止。

     3.1 PLC網絡通（tōng）訊

      由於空壓機係統（tǒng）需要實現遠（yuǎn）程和本地兩種控製模（mó）式的切換運行（háng），PLC需要與中央控製計算機和現場觸摸屏之間進行實時的通訊和數據（jù）傳（chuán）輸。在本係（xì）統（tǒng）中，PLC與中央控製計算機之間采用工業以太網的通訊方式（shì），而與現場觸摸屏（píng）之間采用MPI網絡通訊（xùn）方式。

      1） 工業以太網通訊

      由於空壓機的安裝現場與中央控製室之間（jiān）的距離很遠，故PLC與（yǔ）中央控製計算機之間（jiān）的采用工（gōng）業以太網協議進行網絡通信，即PLC通過以（yǐ）太（tài）網通訊模（mó）塊用光纖鏈路與中央控製計算機相連接。以太網通訊模塊（CP343-1）具有RJ-45接口，采用模塊化設計，功能配置簡單，便於模塊的擴（kuò）展，可以根據不同（tóng）的需要靈活組合和擴展。

      2） MPI網絡通訊

      PLC與現場觸摸屏都安裝在空壓機附近，二者距離較近，故從PLC到現場觸（chù）摸屏的通訊采用MPI網絡，使用西門子專用的（de）PC Adapter連接電纜，連（lián）接CPU的MPI端口和觸摸屏的RS232口。采用MPI網絡通訊方式接線簡單，易於（yú）維護，同（tóng）時不增加（jiā）額（é）外的（de）模塊，節省成本。現場觸（chù）摸屏采用嵌入式低功耗設計，具有COM接口和USB接口，便於擴展（zhǎn）應（yīng）用。采用高亮度（dù）TFT液晶顯示屏以適於工作現場的（de）應用。

      3.2 人機界麵（HMI）

      
 
                                                   圖2 人機界麵組態圖

      觸摸屏的人（rén）機界麵采用HMIBuilder軟件來編輯實現，在觸摸屏的界麵上也有基本相同的參數信息，也可以從觸摸屏上發出相應的控製命令。

       4、 係統可靠性

      係統的可靠性包括兩個方麵：空壓機的可靠性和PLC控製（zhì）係統的（de）可靠性。對於（yú）空壓機的可靠性前文已有所提及，即采（cǎi）用三個空壓機組，按主、備方式工（gōng）作，以（yǐ）保證空壓係統（tǒng）的整體可靠性。

      在實（shí）際生產過程（chéng）中，空壓機每天24小時連續（xù）運行（háng）而（ér）不能停機，這對PLC的可靠性提出了（le）嚴峻考驗。為提高係統的可靠性，采用冗餘控製技（jì）術是有（yǒu）效方法和主要措施（shī）。CPU冗（rǒng）餘控製使得係統在運行時（shí）不受局部單（dān）一故障的影響, 可實現在線（xiàn）維護，同時, 故障部件離線維修也（yě）不影響係統正常運行, 從而可達到提高係（xì）統可靠性（xìng）和降低失（shī）效率的目的。

      冗餘控製方式包括硬（yìng）件冗餘和（hé）軟件冗餘兩種方式。硬件冗餘需要兩套相同（tóng）的控製係統（tǒng），分別為主（zhǔ）係統和備係統，同時還需專用的熱備模塊實時（shí）檢測主係統的工（gōng）作狀（zhuàng）態，以便及時切換（huàn）控製權。硬件冗餘方式控（kòng）製要求高，成本高。軟件冗餘方式不需要專用的熱備模塊，采（cǎi）用軟（ruǎn）件編程的方式實現控（kòng）製權的切（qiē）換, 多用於控製（zhì）要求不十分嚴格的場合，靈活性強，成本低。本例中，根（gēn）據空壓係統的工作特點，采用軟件冗餘控（kòng）製方式。

      軟件冗餘控製（zhì）係統結構如圖3所示（shì）。中央控製（zhì）計算機通過（guò）以太網交換機與現場PLC通訊，並（bìng）監控其工作狀態。現場PLC配置相應的通訊接口與中央控製計算機（jī）和各I/O模塊器通訊，兩（liǎng）套現場PLC係統相（xiàng）互獨立。中（zhōng）央控製計算機實時監（jiān）控兩套PLC係統，當主係統中的（de）任何一個組件出錯，控製任務會自動切換（huàn）到備（bèi）用（yòng）係統中（zhōng）執行，係（xì）統控製器切換時將進行整體切換，包（bāo）括（kuò）電源（yuán）、CPU、接口模塊等。

      
 
                                           圖3 軟件冗餘控製係統結構

        5 、程（chéng）序設（shè）計

      本例中，空壓（yā）機控製係統的程序設計包（bāo）括三個方麵（miàn）：遠程監控程序的設計（jì）、PLC控製程序設計、冗餘（yú）控製程序設計。

      1） 遠程監控程序設計

      遠程監控程序在中央（yāng）控製計算機中運（yùn）行，其功能是讀（dú）取空壓機工作狀態參數，發送空壓機的控製（zhì）指令，實現空壓機係（xì）統工作狀態參數的（de）實時讀取和遠程控製空壓機的啟停等。

      2） PLC控（kòng）製程序設計

      PLC控製程序的編製采用西門子專用的編程工具（jù）STEP7，通過STEP7用戶可以進行係統配置和程序的編寫、調試、在線診斷PLC硬（yìng）件配（pèi）置狀態。

      根據生產要求，PLC需要完成對空壓機的本地和遠程（chéng）控製，通過切（qiē）換開關可以實現空壓機的本地（dì）控製和遠程控製（zhì）。對（duì）於三組空壓機，為合理利用設備，避免因長時間使用同（tóng）一組空壓機（jī），程序設計中可實現定時切換不同空（kōng）壓機（jī），即一個（gè）運行周期結束後自（zì）動切換三組空壓機（jī）的主從關係。當檢測到管道內壓力值低於一定水平時，同時開啟（qǐ）三台（tái）壓縮機，當（dāng）壓力值高（gāo）於一定水平時，關閉輔助（zhù）的空壓機，主空壓機連續工作以維持（chí）管道壓力。當空壓機有故（gù）障報（bào）警時，自動關閉當前主空壓機，同時啟動（dòng）備空壓機，並（bìng）在（zài）觸摸屏及中央控（kòng）製計算機上顯示報警信息。

      3） 冗餘控製（zhì）程序設計

      冗（rǒng）餘控（kòng）製程序（xù）包括（kuò）中央（yāng）控製計算機的冗餘控製監控程序以及PLC冗餘控製程序。冗餘控製監控程序實時監控主（zhǔ）、備PLC係統的工作狀態，以便及時切換係統控製權。PLC冗餘控（kòng）製程序可以分為冗餘部分（fèn）和非冗餘部分。冗（rǒng）餘部（bù）分具體指需要數（shù）據同步的（de）程序段, 以及所使用的（de）數（shù）據塊,冗餘信息主要是指輸入輸出端口的數據信息。非冗餘部分主要指輔助性（xìng）模（mó）塊, 它包括初始化模塊、診斷模塊（kuài）、冗餘功能模塊等，非冗餘（yú）信息主要指各機的狀態信息。主係統PLC 執行全部的控製程序，備係統PLC 隻執行非冗餘部分控製程序段，而跳過（guò）冗餘程序段。

      6 、結束語

       空壓機遠程監控係統提高了工（gōng）廠內空壓設（shè）備運行的自動化程度，降低（dī）了（le）設備的維護成本，同時，采用冗餘控製方式提高了係（xì）統的（de）可靠性，當PLC係統出現故（gù）障時，係統通（tōng）過主備切換，可以（yǐ）保持係（xì）統繼續工作, 避免（miǎn）係統停機影響生產。