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艾默生EC20系列PLC在空壓機聯(lián)控中的應(yīng)用

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艾默生EC20系列PLC在空壓機聯(lián)控中的應(yīng)用

發(fā)布時間: 2008/2/28 文章出處: 　

一系統(tǒng)介紹：
　　確保合格的供氣品質(zhì)，滿足穩(wěn)定的氣源壓力，自動調(diào)節(jié)供氣流量等是空壓站自動控制的基本任務(wù)�？諌簷C設(shè)備自帶的單片機控制器已經(jīng)能很好的控制單臺空壓機，但不具備對空壓系統(tǒng)的整體調(diào)控能力。在空壓系統(tǒng)中，相對單臺空壓機的調(diào)整，系統(tǒng)的整體聯(lián)控具有更重要的意義。
　　聯(lián)控系統(tǒng)最主要的功能是可以實現(xiàn)空壓機機組（包括每臺空壓機的后處理設(shè)備）的聯(lián)鎖控制，能根據(jù)總管壓力和空壓機的運行狀態(tài)智能地加卸載對應(yīng)的空壓機等以保證管網(wǎng)的供氣穩(wěn)定。
　　聯(lián)控有兩種模式：時間順序模式、固定順序模式。兩者的聯(lián)控原理是一致的。只是時間順序模式中各臺空壓機每隔一個輪換時間就按順序時間判斷一次，具體工作模式參考《順序控制與通訊協(xié)議手冊》，而固定模式的啟動順序是保持不變的。
空壓機聯(lián)控系統(tǒng)圖：

　　工控機選用研華工控機，監(jiān)控軟件為組態(tài)王。對現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)及系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行實時顯示，為系統(tǒng)報警和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控提供一個數(shù)據(jù)信息交互平臺；對機組各類運行控制要求進(jìn)行命令觸發(fā)，為介入系統(tǒng)實時改變系統(tǒng)運行狀態(tài)提供一個控制命令操作平臺。
　　1#EC20PLC和2#EC20 PLC分別為兩個空壓機站的控制中心完成組態(tài)與單片機的數(shù)據(jù)交換和存儲以及工控機各類控制信號處理。主要的自動控制任務(wù)都由PLC自行完成，組態(tài)只能選擇具體的機組運行方式，以及特定狀態(tài)下對單臺機組的單一運行方式改變。各臺空壓機的信號通過RS485總線連接至PLC；
　　由于空壓機自帶的單片機控制器提供了RS485通訊接口，所有的數(shù)據(jù)采集和控制功能都通過通訊接口來實現(xiàn)，在原有的控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加2臺PLC，改進(jìn)和增加控制軟件即可實現(xiàn)空壓系統(tǒng)的整體控制與連網(wǎng)監(jiān)控。
二設(shè)備工藝
　　PLC控制部分是系統(tǒng)的核心部分：而供氣壓力是系統(tǒng)各種運行狀態(tài)改變與保持的唯一指標(biāo)。簡言之：壓力小于供氣壓力要求下限就要更多的供氣機組運行以增加供氣量，壓力大于供氣壓力要求上限就要把當(dāng)前運行供氣機組減少以減少供氣量。而處于上下限之間的壓力值時就保持當(dāng)前機組的運行狀態(tài)不變。
　　就單臺空壓機而言，其可以自行進(jìn)行供氣量大小的調(diào)節(jié)。當(dāng)一臺機器運行時，它的供氣量是一個從零到最大氣量之間浮動的值而不是一個額定輸出的定值。所以在整個供氣方案中我們用改變運行機組臺數(shù)的方法來改變對管網(wǎng)的供氣。每臺機組有加載、滿載、卸載、和停機四種狀態(tài)。加載到滿載之間，供氣量的值是0到最大值的過程；卸載是停止供氣的狀態(tài)但機組仍在運行；而停機是機組不供氣也不運行。
一個正常的供氣流程如下：

　　把確定在網(wǎng)機組數(shù)與機組中間運行狀態(tài)結(jié)合起來就構(gòu)成了控制思路的最基本環(huán)節(jié)。即通過壓力報警確定機組數(shù)目需要增加或減少，如果已經(jīng)在中間狀態(tài)了加載、滿載、卸載任意一個，就按增氣或減氣的方向移動中間狀態(tài)直到運行到邊界狀態(tài)；當(dāng)?shù)竭_(dá)邊界狀態(tài)時按增氣或減氣的方向移動到下一臺。當(dāng)然如要穩(wěn)定下來必須是在中間狀態(tài)，邊界狀態(tài)是不能穩(wěn)定的。
三控制程序
　　空壓機聯(lián)控系統(tǒng)主要是PLC與單片機交換數(shù)據(jù)并確定每臺空壓機的運行方式。
　　程序的編寫主體上分兩大部分：讀數(shù)據(jù)部分和寫數(shù)據(jù)部分，流程圖如下，

（一）讀取單片機的信息
　　根據(jù)空壓機控制器內(nèi)單片機的相關(guān)Modbus通訊協(xié)議，編寫通訊“讀信息指令”的數(shù)據(jù)幀，以PLC中的Modbus通訊指令發(fā)給控制器內(nèi)的單片機，單片機響應(yīng)后返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。通過返回幀的相應(yīng)字符串判斷與控制器相連的空壓機的各種故障狀態(tài)工作狀態(tài)以及空壓機的各種壓力溫度數(shù)據(jù)，并將返回的各類數(shù)據(jù)存放在相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器。
　　在該子程序的開始部分，執(zhí)行站地址加1的操作，即每進(jìn)入讀數(shù)據(jù)子程序就會讀取上次讀過的程序的下一臺；靠站地址的不斷變化我們實現(xiàn)了讀取數(shù)據(jù)通訊的輪詢操作。

　　Modbus指令只需要一次上升沿作為發(fā)送使能，第一周期sm124沒有開合的狀態(tài)變化即沒有上升沿，所以第一周期過后靠sm1的常閉上升沿作為Modbus指令的發(fā)送使能。每次發(fā)送的同時靠發(fā)送使能的上升沿把sm135、sm136清位。sm135、sm136與通訊程序沒有任何直接關(guān)系，只是貫穿程序所必須的標(biāo)志位。
（二）向單片機中寫入相關(guān)信息
　　整個寫信息部分分下面三塊：
　　a.邏輯判斷運算部分
　　供氣壓力是系統(tǒng)各種運行狀態(tài)改變與保持的唯一指標(biāo)。壓力小于供氣壓力要求下限就要更多的供氣機組運行以增加供氣量，壓力大于供氣壓力要求上限就要把當(dāng)前運行供氣機組減少以減少供氣量。而處于上下限之間的壓力值時就保持當(dāng)前機組的運行狀態(tài)不變。
　　按照工藝控制邏輯來構(gòu)成邏輯判斷運算部分，并且機組按照先開后停的原則順序啟動（1、2、3←→3、2、1）。
　　為保證數(shù)據(jù)的正確性，需要判斷讀信息子程序的站地址與寫信息程序?qū)?zhí)行控制操作的站地址是否一致，然后需要判斷相應(yīng)的故障信息寄存器是否為0，為0證明無故障或輕故障，不為0則不向該站發(fā)任何控制指令并馬上對下一臺操作。
　　由于我們對故障進(jìn)行了分類，所以可以根據(jù)不同類別的故障進(jìn)行不同的控制操作：
　　1類故障不讀不寫（相應(yīng)的故障信息寄存器為1）
　　2類故障只讀不寫（相應(yīng)的故障信息寄存器為2）
　　沒有故障紀(jì)錄（相應(yīng)的故障信息寄存器默認(rèn)值為0）
　　對故障分類的控制策略是很有價值的，在以后的控制過程根據(jù)故障類別或者可以作為運行態(tài)的類別，進(jìn)行有所區(qū)分的控制。不管是通訊控制方式還是數(shù)字I/O控制方式，相信都可以在某種程度上采用這類簡便有效的方法。
　　b.數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)部分
　　在這個部分里主要是發(fā)送數(shù)據(jù)幀的整體架構(gòu)。
　　c.Modbus通訊指令發(fā)送部分
　　指令發(fā)送部分和讀數(shù)據(jù)子程序類似，就不再多介紹了。
客戶還要求機組順序可以任意打亂，但是順序號關(guān)聯(lián)著整個控制流程又不能搭亂所以只能把機器號放到依照固定順序排列的機器號寄存器里面去，打亂這些機器號寄存器里面存放著的機器號的順序來實現(xiàn)機組順序的任意性。主程序中加入了判斷機組信息的部分，還是判斷故障信息寄存器內(nèi)的值，先根據(jù)這些值判斷出有多少臺機組在網(wǎng)，然后根據(jù)故障信息寄存器內(nèi)的值判斷哪臺機組退網(wǎng)，退網(wǎng)的機組編號放在網(wǎng)內(nèi)最后一臺機組機器號寄存器的后面機器號寄存器里面。進(jìn)網(wǎng)的時候只需改寫故障信息寄存器，相應(yīng)的在網(wǎng)機組臺數(shù)可自行判斷出來。這樣進(jìn)網(wǎng)退網(wǎng)的順序就變成了先退先進(jìn)。
四總結(jié)
　　空壓機系統(tǒng)聯(lián)控可以根據(jù)實際需要自動開機或加載空壓機以保持系統(tǒng)壓力。有效保持了系統(tǒng)內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定。調(diào)整了整體的負(fù)載平衡，減少了排氣放空，節(jié)約了更多的能源，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的全面有效性，真正實現(xiàn)了無人自動化操作。

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