基于组态软件的空压机集群监控系统

    压缩空气源是工业生产中不可或缺的重要动力源。空气压缩机是产生压缩空气的设备。无论是哪种品牌的压缩机，其工作时都会有若干运行参数在不断地变化着。压缩机工作时噪音很大，并且在主机控制器上可查看的参数相对有限，技术人员在现场很难长时间监控多台空气压缩机的运行状况。因此，需要有一套集中的远程监控系统，使技术人员坐在监控室里就能实时了解每台空气压缩机的运行情况，并根据需要控制其运行参数。

    本文应用组态软件针对Sullair和复盛空气压缩机组成的空压机群建立集群监控系统，设计思想、技术要点和实现方法也适用于其它品牌的压缩机。

1 系统技术方案

    1.1 系统技术要求

    根据压缩机的监控要求，系统不仅要实现监视各个空压机的运行状态、运行延续时间、各个温度点的温度值、各个压力点的压力值，还要实现远程控制每台空压机运转及其停止的功能。对于各个温度点的温度值、各个压力点的压力值要求记录历史数据，分析各个点的温度值和压力值，实现报警功能，而且加以保存以便观察每台空压机的历史状态，确定维护时间。本系统采用三维力控监控组态软件。

    1.2 系统拓扑结构

    本系统结构图如图1所示，其中远程接口是专用的协议转换器，它把压缩机控制器专用的通信协议转换为RS一485网络上的MODBUS协议。

2 应用力控设计空气压缩机群系统监控主机

    2.1 设计思想

    本系统为一个基于Windows 2000多任务操作平台，操作方便，使用简单的监控系统。用户通过上位机，能对压机进行远程控制，并自动显示、记录各设备的运行状态、报警状态及运行参数。工作人员不必到每台空压机前记录数据，减轻了工作人员的负担，改善了工作条件。通过上位机控制信号与下位机智能仪表的联络，自动完成空压机的运行于停止。

    2.2 技术要点

    力控组态软件中主要由开发系统(Draw)、界面运行系统(View)、实时数据库(DB)以及I／O驱动程序(I／O SERVER)等组成。“开发系统”是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动力控其它程序组件等。界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面，脚本、动画连接等工程，操作人员通过它来完成监控。实时数据库是力控软件系统的数据处理核心，构建分布式应用系统的基础。它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理。报警处理、数据服务请求处理等。I／O驱动程序负责力控与控制设备的通信。它将I／O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的数据库，然后在界面运行系统的画面上动态显示。系统通过对信
号的检测，可实现对空气压缩机的控制与管理，具体应具有下述功能：①操作权限设定控制功能，防止越权操作和误操作；②根据操作人员提供的启停信号控制现场设备的运行或停机；③检测并显示各空压机的工作状态，并对其进行控制；④检测各个空压机各点的压力和温度值，并实时显示；⑤自动保存各点数据，自动绘制出历史曲线，并能打印压力和温度的报表。⑥能方便的查阅及实时显示、记录运行参数，现场设备的故障信息等。

    下面对开发的关键步骤介绍如下：

    (1)定义I／0设备

    由于力控组态软件提供了寿力空压机的I／O驱动，所以可以直接在驱动列表中寻找到它的驱动模块，并进行相应的设置，具体做法如下图所示。在I／O驱动中做些相应的设置，设备地址需要与机器上的地址相匹配。根据空压机提供的控制器参数设置通讯端口的配置(波特率、奇偶校验等)、超时时间等参数，如图2所示。

    (2)创建底层数据库

    点表(即空压机每点的温度和压力或其他参数组成的表)是力控组态软件的重要参数表，是下位机通信的关键部分，它决定了该通信变量的基本类型，本系统根据厂商需求，每个寿力空压机设定25个点。分别有：压力监测点(4个)，温度监测点(6个)，状态监测点，参数读写点，控制启停，加卸载，紧急停机等。在每个压力和温度的监测点的历史参数里都设立了变化保存功能，以便进行实时数据分析。图3为根据现场需求绘制的监控系统主界面。

    (3)远程控制功能的实现

    寿力空压机的顺序控制模式可分为挂起、遥控、从机、顺序时间、通讯编号。顺序时间和通讯编号采用广播方式通讯，即监控器将定时发送状态信息。“挂起”模式是在单机工作状态下运行的；“遥控”模式不响应计算机发送的命令，所以选用“从机”模式下对空压机组的监视和控制。

    依据“寿力顺序控制及通讯协议手册”，由主机发送给从机的信息如下所示：

    由于本系统是把现有的6台寿力空压机连接在几个485串口上，每台空压机的地址可以相应的设定为01，02....06，同时主机发送给从机的信息也有相应的变化，如地址为02的空压机S．停机的格式为02S4B。查看了力控组态软件中寿力驱动的报文可以发现，报文与上述协议格式完全一致，但只能实现对寿力空压机的紧急停机控制，其他控制都无响应，这与寿力公司的技术保护有一定的关系。

    为了实现计算机远程控制，系统中采用了研华I／O驱动模块控制继电器，再经过空压机的I／O口来实现空压机的启停控制。这种控制方式只能运行在遥控模式下。控制部分的电路简图如图5所示。

    2.3 干扰的抑制

    I／O通道的电路一般都放在控制现场，即使不是放在现场，也会通过较长的导线与现场的设备相连接。而在控制现场，特别是工业控制现场，通常都存在大量的干扰源。由于控制现场往往在地域上分布比较广，从而使I／O通道的距离也比较长，所以有很多干扰，空压机群主要存在的干扰来自于：空压机电机的启停，高压(6kV)柜的电磁辐射，通信设备发出的电磁波以及传输电缆的共模干扰等。这样就造成空压机中传感器信号源的地与I／O转换装置的地之间有一个电位差，由这个电位差引起的干扰就是所谓的共模干扰。因此需要一些措施以降低干扰的危害：

    (1)采用双绞线

    通过采用双绞线可以降低电缆的分布电容、分布电感以及波阻抗，有利于改善传输波形的质量。

    (2)终端阻抗匹配

    在信号传输线的终端加接一个电阻值50～200Q的电阻R，用于吸收反射波，接法如图6所示：

    (3)屏蔽

    由于相当大的一部分干扰来自高压柜的电磁辐射，因此通过屏蔽可以达到比较好的效果。所以传输线选择带屏蔽的双绞线，并确保屏蔽层接地良好。由于现场的高压线和本系统的信号传输线埋在同一个通道里，所以为了保险起见在屏蔽电缆外层再套上一层带地线的钢管，以增加屏蔽效果并保证人生安全。

3 运行情况

    按照系统监控主界面的要求，设计好每一个监控子界面及相应的程序，并对界面进行组态，配置好相应的通信参数，在力控的开发环境下，既可以设计运行监控系统。本系统在运行时，通过系统登陆，对用户的身份进行识别后，用户即可以时实地对现场设备进行控制(系统会自动保存此用户账号，并记录此用户最近进行的所有操作)。系统可以显示和记录每台空压机的运行情况，并自动绘制每个压力和温度点的历史趋势曲线，也可以打印报表，用户可以通过点击每个空压机的图标查看每台机器相应的内容并对其做相应的操作。设备如有故障报警，系统会自动跳出一个对话框，同时伴有报警铃声，点击对话框中的确认报警，报警会被确认，在确认报警后报警铃声消除。

4 结论

    本系统应用力控软件设计了空压机群的监控系统，该系统已在上海电机厂实践运行，运行结果表明，该系统稳定可靠，完全能够满足厂家的工作要求。通过监控主机和现场智能仪表(空压机自带)的通信，实现了对空压机群的远程控制和管理。界面简单、实用、操作方便、系统扩展性好。大大提高了厂房的管理水平，提高了空气压缩机的可靠性与工作效率。同时，改善了员工的工作环境，带来了很好的社会效益和经济效益。相信今后一定会得到更多的推广应用。