基于组态王与PLC的空压机监控系统设计，任子晖，李建刚，本设计主要是要研究恒压供气控制系统的硬件电路、恒压变频供气的控制方法、开发基于组态王的监控界面。整个系统是用PLC进行控制，
国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 75温度传感器时,作者结合各检测点的特点,温度变化范围的大小,温度变化的速度,以及结 合髙性价比,给排气温度,选用热电偶温度传感器 (3)压力变送器 压力变送器一个型号:DG1300-Bz-A-2-2,量程:0~IMpa,输出4-20mA的模拟信号。精 确度0.5%FS。厂家:广州森纳士压力仪器有限公司。 该智能型压力变送器选用国际著名公司压力传感器组件,经过高可靠性的微控制器及高 精度温度补偿,将被测介质的绝压或表压的压力信号转换成4~20mADC标准信号叠加 HART数字信号,实现远程操控,支持现场总线基于现场控制的技术升级。高质量的传感器、 凊淇的封装技术以及完善的装配工艺确保了该产品的优异质量和最佳性能,该产蕌能最大限 度的满足客户的需要,适用于与各种测量控制设各配套使用 空压机硬件系统设计 电艰 PLC 变频器4 空压机4 空压机 压机4 图2系统硬件接线图 Fig 2 Wiring diagram of the system hardware 控制系统由以下部分组成:变频器、可编程控制器、电抗器、压力变送器、接触器、空 气开关、电流表、电压表、按钮、互感器等。基于PIC的控制系统原理图如图2所示, PLC由电源、CPU、模拟量输入、输岀模块、开关量输入、输岀模块等组成。其用来实 现电气部分的控制。包括五部分:起动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断。 起动:三台电机M1,M2,M3如图4-1所示,可以通过转换开关选择变频/频启动。 运行:正常情况,电机M1处于变频调速状态,电动机M2、M3处于停机状态。现场 瓜力变送器检汎管网出∏压力,并与给定值比较,经PID指令运算,得到频率信号,调节 变频器的输出频率,以调节电动机的转速,达到所需压力的目的。 停止:按下停止按钮,PLC控制所有的接触器断开,变频器停止工作, 切换:实现M1,M2,M3工频、变频相互切换。 报警及故障自诊断:空压机内部一般有四个需要监测的量:冷却水压力监测、润滑沖监 测、体温度监测、储气罐压力监测 由于本次设计是采用6台空气压缩机为研究对象,当所需要的压力不是很人,其中一天 空压机能满足的时候就米用上述方法。当一台空压机不能满足需要就由PLC调节,在启动 第2台空压机,在不能满足在启动第3台,以此类推。相反的,当开启多台空压机是压力太 105大,按上述方法调节其中一台时,调到最小还不能达到所需要的压力,就关闭其中一台空压 机,在用上述方法调节其中台,还不能满足在关闭其中·台,直到达到需要的压力 控制系统软件设计 整个控制过程如下 国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 用气需求↑——管路气压L——压力设定值与反馈值的差值↑——PD输出↑——变 110频器输出频率↑——空压机电机转速↑——供气流量↑——管路气压趋于稳定 开始 变频器启动 Y 转化为工频运行并把 变频器切换到下一台 频率上限是 空压机 否达到 当前空压机停机并Y 扣变频器复位 频率下限是合 达到 报警延时 监测参数是 合正常 是否有停机 信号 停机 图3控制系统工作流程如图 Fig 3 Work flow of control system 115 控制系统工作流程如图3所示。启动前,将变频器的机组开关冒于欲工作的机组,工作 方式选择置于变频位冒,将PC的控制开关置于运行状态,按下启动按钮,机组运行。1 空压杋变频启动,转速从岺开始上升,若达到侦改的频率上限值50Hz时,延时一段时间后 风包出口处的压力仍不能达到预设的压力值(0.55~0.65MPa),则由PLC通过控制中间继 电器的通断将1空压机切换到工频运行,同时将2空气压缩机切换到变频状态,变频启动 1202空压机。若2空压机达到频率上限时,延时一段时间后仍不能满足要求,再自动将2 空压机切换到工频运行,变频启动3空压机。当用风量减小,若3台空压机同时运行时, ;空压机变频运行而此时变频器的频率降到频率的下限值20Hz时,则自动停止1*压机, 若还不能满足要求,则自动停止2*空压机的运行。当空压机在运行的过程中出现机体温度 4 国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 过高,润滑油温度过高,风包温度过高,分包压力过高及润滑油压力过高,断水等故障时, 125系统会发出声光报警信号,提示有关的工作人员及时地排除故障 变频调速系统将管网压力作为控制对象,装在储气管出气口的压力变送器将储气罐的压 力转变为电信号送给PIC内部PI调节器,与压力给定值进行比较,并根据差值的大小按 既定的PI控制模式进行运算,产生控制信号去控制变频器的输出电压和逆变频率。当压 力小于设定值时,频率升为50HZ,延时30s后,若测量值仍小于设定值,则变频器切换为 130工频运行,同时变频器启动下一台空压机,依次启动各台空压机。当压力大于设定值时,通 过PID调节降低频率,当频率降为20HZ,延时30s后,若测量值仍大于设定值,则变频器 切换到下一正在运行的空压机进行调速,同时关闭当前机。依次关闭各台空压机。从而使实 际压力始终维持在给定压力。另外,采用该方案后,空气压缩机电动机从静止到稳定转速口 由变频器实现软启动,避免了启动时的大电流和启动给空气压缩机带来的机械冲击。止常情 135況下,空气压缩机在变频器调速控制方式下工作。变频器一旦岀现故障,煤炭生产不允许空 气压缩机停机,因此,系统设置了工频与变频切换功能,这样当变频器出现故障时,可由工 频电源通过接触器直接供电,使空气压缩机照常工作的。 组态界面的设计 设计了如图4的主监控界面,由于主要功能的实现组态土运行环境是独立的运行系统, 140按照组态环境中用户指定的方式进行各种处理,完成用户组态设计的目标和功能。 (1)该监控系统根据操作人员不同,设定不同的使用杈限,有效地保证了系统操作的 安全性。 (2)系统参数实时监测及显示本系统通过组态软件实现了对空压机运行所有参数的实 时监控,使得冬空压机当前的流量、供电参数、监控温度、监控压力等直观动态的显示在同 145画面卜,便于监控牛产,实现了生产过程的实时管理和系统的可视化可 登 煤矿压机自勃化监控系统 北点亚控科线发展有限公用 整体结构图 世■ 于/白功状卷 运行状态 故际报 空压站 号空站 adaI 正气王 三号空压站 元冷却铝 (四号空压 气温度 油组耍器 D五号空压站 号空压站 井上空压 房 实时报表 水 图4监控主界面 Fig. 4 the main interface of monitoring 150 (3)参量超限报警及故障诊断本⊥程对空压机系统的供电主电流、励磁电流、·级缸 国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 排气温度、二缴缸排气温度、油温、风包温度、冷却水温、级缸压力、二级缸压力、油 压、断水等参量都设置了超限报警,运行过程中一旦参量值超限,组态软件可实现分类语音 报警和动态画面提示。针对每个设置有报警属性的参量,在组态时都给出了报警原因分析, 因此,利用报警信息数据库可以生成故障专家诊断信息,以供现场人员检修时参考 155 (4)存盘数据处理利用组态软件设置的历史报表、历史曲线以图表或曲线形式给出空 压机关键参数在历史任意时刻的运行状态及变化趋势,以备现场操控人员查询、分析之用。 由存盘数据提取和 Excel报表输出构件制作的班报表、日报表、月报表,可定期打印上报, 克服了以前人工记录数据的繁琐与随意性。 (5)远程控制空压杋的启停及状态监控由下位杋PC编程实现,通过现场控制柜上 160转换廾关的切换,空压机可工作于单台手动和自动编组运行控制两种方式。通过设各构件的 组态,可方便地在上位机实现空压机组的远程手动与自动编组运行控制。 结论 本设计主要用到PLC来控制空气压缩机的启动和停止,变频器控制空气压缩机的功率, 以使控制空气压缩札气压输出的大小,这样来控制系统的气压,以使得到用户需求的压力 165木设计具体工作总结为以下儿个方面: (1)对空压机启动、自动运行、故障报警等系统控制做了较详细的分析和阐述,对空压 机的智能变频切换控制过程也做了分析说明。同时给岀了整个控制系统的硬件设计和软件设 计 (2)因廾下风动工具使用的时段性,故风压幅值变化较大,本系统总管压力采用了PTD 170调节控制,维持总管压力基本恒定,所以用风负荷稳定,供风质量好,生产效率得以提高, 能耗人人降低。 (3)对PLC进行了简单的介绍,并完成了整个搾制系统的控制流稈图。 (4)详细介绍了系统的使件选型。通过此实验系统工作时对馊件的要求结合电气、自动 化和杋械的相关原理,木系统变频器选择了∫西门子公司的M40,PLC选择了西门子公司的 175S7-300. 组态软件主要是用了读取各个空气压缩机的压力和储藏罐的压力,并且观测系统的运行 状况,以便用户随时了解系统信息。整个系统自动化水平比较高采用PLC控制和组态监控 大大减少了人力物力,而且对于压力的变化能很快的做出反应,调节压力。该系统结构简单、 成本、性能稳定,而且功能齐全,非常适合应用和推 参考文献 l]虞帮义.MGS组态软件及其在大运河工程模型试验中的应用J.泥沙研究,2001 [2]吉永成.用PLC对数台室气压缩机的控制[M].机槭工业出版社,2002 [3]何克忠,李伟.计算机控制系统过程控制[M.北京:清华大学出版社,198,243-265 185[4]余先涛.基于PLC监控的空压机变频恒压控制M],2005 [5]李宁,贾培刚.工业锅炉的微机控訇[J.新技术新工艺,2000 [6]张燕宾.SPWM变频调速应用技术M.北京:机械工业出版社,1999 [7]覃贵礼等.组念软作制技术M北京:北京理工大学出版社,2007