CN1959573A - 压缩机、鼓风机智能群控 - Google Patents

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CN1959573A CNA2005100476220A CN200510047622A CN1959573A CN 1959573 A CN1959573 A CN 1959573A CN A2005100476220 A CNA2005100476220 A CN A2005100476220A CN 200510047622 A CN200510047622 A CN 200510047622A CN 1959573 A CN1959573 A CN 1959573A
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Abstract

本发明属压缩机、鼓风机控制领域，特别涉及压缩机、鼓风机智能群控系统，包括：下位机、控制部分、上位机；所述上位机含有：工业控制用主机、网卡作为做为图形化监视控制终端；所述下位机由工业控制ModBus网络协议组成本地控制网，通过交换机软件以太网与所述上位机相连，对整个系统运行状况进行监视、谐调、控制；所述控制部分包括空压机主控制器、空压机控制器、亚当模块，通过CAN Bus接口连接成一个完整的通讯网络，实时传输各运行参数、控制命令。

Description

压缩机、鼓风机智能群控
技术领域
本发明属压缩机、鼓风机控制领域，特别涉及压缩机、鼓风机智能群控系统。
背景技术
压缩空气作为一种有效的能源广泛地应用于各个行业，它安全、功率强大、可靠，在不同生产工艺中有着非常重要的作用。但是，压缩空气中存在着水、灰尘、磨屑，以及变质的润滑油，所有这些混合在一起会形成有害的油泥。这些油泥常呈酸性，严重地腐蚀着气动机械、堵塞阀门和节流元件，造成昂贵的空气泄漏。它还会腐蚀管道系统，影响生产工艺，甚至要付出停工的代价。
两台/多台鼓风机/压缩机在同时使用过程中存在以下现象：1)现场为多开一备或多开两备；2)机组的开车/停车顺序是依次进行；3)无任何优化控制；4)所有机组全速满载运行，无节能措施。
因以上现象的经常存在并且当现场工况、工艺参数发生变化后，系统完全由人工操作，既造成能源浪费又缩短机组的使用寿命，创思达公司长期致力于该行业和领域的开发工作，研制出该控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动化程度高，运行成本低的压缩机、鼓风机群控机组。
本发明的技术解决方案可依如下方式实现：
以信息技术为基础的群控机组，因多台空压机共用一套先进的工控、电控系统，具有自动化程度高，运行成本低的优点，代表着空压机发展方向。
近年来出现的利用PLC网络技术来实现分布式采样已成为一种共识，即在被控点附近设置采样单元一套，就近完成被控点的状态采样和控制输出，各采样单元间通过工业控制网络相连构成监控系统的下位机系统。该网络可根据用户需求构成冗余网络，在技术上充分满足了现场采样的需求。在监控系统的上位机，采用图形化的监控终端来完成受控设备的集中控制、数据分析、统一调度和管理。在上位机与下位机之间的通讯，可选择工业控制网以构成当地监控系统，或选择电话通讯线路等以构成远程监控系统。而PLC在网络技术及系统控制领域中也具有相当的优势，就国外各大公司而言，Schneider、AB、GE、SIEMENS公司等已把PLC联网动手术应用于许多大型的工程项目中，做最底层的控制、联锁、通讯。
压缩机、鼓风机智能群控系统，它包括：下位机、控制部分、上位机；所述上位机含有：工业控制用主机、网卡作为做为图形化监视控制终端；所述下位机由工业控制ModBus网络协议组成本地控制网，通过交换机软件以太网与所述上位机相连，对整个系统运行状况进行监视、谐调、控制；所述控制部分包括空压机主控制器、空压机控制器、亚当模块，通过CAN Bus接口连接成一个完整的通讯网络，实时传输各运行参数、控制命令。
本发明所述下位机PLC控制器配有一个RJ45以太网口、一个USB串口，一个MODBUS网络通讯模块；所述MODBUS网络通讯模块带有两个串口，一个用于与整个空压机组的本地空压机相连，一个用于与上位机相连；所述USB串口可用于下位机程序的编制下载、调试和系统维护。
本发明所述控制部分采用物理层、数据链路层和应用层；CAN通讯的实现，均由集成在SJA1000通讯控制器中的电路实现；CPU把待发的数据发给SJA1000通讯控制器，再由SJA1000通讯控制器发到总线上；当SJA1000通讯控制器从总线接收到数据后，CPU再把数据取走。首先，应对SJA1000中的有关控制寄存器写入控制字，进行初始化；接着CPU即可通过SJA1000接收/发送缓存区向物理总线接收和发送数据。
本发明是利用PLC工业控制技术和网络通讯技术，以实现空压机监控系统的综合控制系统，其自动化程度高，运行成本低的压缩机、鼓风机群控机组。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为电梯群控系统CAN网络拓朴结构；
图2为程序流程图。
具体实施方式
压缩机、鼓风机智能群控系统，包括：下位机、控制部分、上位机；所述上位机含有：工业控制用主机、网卡作为做为图形化监视控制终端；所述下位机由工业控制ModBus网络协议组成本地控制网，通过交换机软件以太网与所述上位机相连，对整个系统运行状况进行监视、谐调、控制；所述控制部分包括空压机主控制器、空压机控制器、亚当模块，通过CAN Bus接口连接成一个完整的通讯网络，实时传输各运行参数、控制命令。所述下位机PLC控制器配有一个RJ45以太网口、一个USB串口，一个MODBUS网络通讯模块；所述MODBUS网络通讯模块带有两个串口，一个用于与整个空压机组的本地空压机相连，一个用于与上位机相连；所述USB串口可用于下位机程序的编制下载、调试和系统维护。所述控制部分采用物理层、数据链路层和应用层；CAN通讯的实现，均由集成在SJA1000通讯控制器中的电路实现；CPU把待发的数据发给SJA1000通讯控制器，再由SJA1000通讯控制器发到总线上；当SJA1000通讯控制器从总线接收到数据后，CPU再把数据取走。首先，应对SJA1000中的有关控制寄存器写入控制字，进行初始化；接着CPU即可通过SJA1000接收/发送缓存区向物理总线接收和发送数据。
下面以通化钢铁公司的空压机群控技术为例：
本系统分为下位机与上位机两个部分，其中：下位机采用Schneider公司的Premium系列的PLC产品，并采用该公司的Pro v4.3下位机编程组态软件进行系统开发，该软件支持梯形图、功能块图，结构化文本语言等多编程语言进行系统开发。而上位机则配备工业控制用主机、网卡等相关设备，做为图形化监视控制终端，在WINDOWS 2000做软件环境下，采用IFix编程软件，自行开发监控软件，用于实现空压机所有设备的统一监控。下位机PLC本地测控终端系统由工业控制ModBus网络协议组成本地控制网，通过交换机软件以太网与中心监控系统(上位机)相连，监控系统通过控制计算机的操作系统，对整个空压机组的运行状况及各种设备进行全面的监视、谐调、控制。
监控系统下位机PLC控制器自带有一个RJ45以太网口，用于联接工控机操作界面，另外带有一个USB串口，可用于下位机程序的编制下载、调试和系统维护；一个MODBUS网络通讯模块，带有两个串口，一个用于与整个空压机组的本地空压机相连，一个用于与上位机(工控机)相连。操作员可在上位机图形监控终端对整个空压机组的运行设备等进行监控与控制管理。
1.系统组成及通讯接口电路设计
基于CAN总线的空压机群控系统的控制部分由空压机主控制器、空压机控制器(多套)、亚当模块等组成，通过CAN Bus接口连接成一个完整的通讯网络，实时传输各运行参数、控制命令。空压机控制系统CAN网络拓朴结构如图1所示。
2.通讯软件设计
CAN设计的三层结构模型为：物理层、数据链路层和应用层。网络物理层和数据链路层的功能由CAN接口器件完成，包括硬件电路和通讯协议两部分。CAN通讯协议规定了四种不同用处的网络通讯帧，即数据帧、远程帧、错误指示帧和超频帧。CAN通讯协议的实现，包括各种通讯帧的组织和发送，均是由集成在SJA1000通讯控制器中的电路实现的，因此系统的开发主要在应用层软件的设计上。应用层软件的核心部分是CPU与SJA1000通讯控制器之间的数据接收和发送程序，即CPU把待发的数据发给SJA1000通讯控制器，再由SJA1000通讯控制器发到总线上；当SJA1000通讯控制器从总线接收到数据后，CPU再把数据以走。首先，应对SJA1000中的有关控制寄存器写入控制字，进行初始化。接着，CPU即可通过SJA1000接收/发送缓存区向物理总线接收和发送数据。本系统采用中断方式实现CAN的通讯过程，其程序流程图如图2。我们选定了Schneider公司的Premium系列PLC产品来构成系统的下位机。该PLC的特点是：以性能可靠、稳定而著称的专为基础设计生产的PLC系列。作为同行业中在价格和性能方面的佼佼者，该系列PLC具有简单、结实的特点；特别适应于室外、隧道内等恶劣环境下的自动化控制；同时又针对行业的发展趋势增加了很新的特点。该系列PLC具有兼容性好，处理速度快，具有可擦写的存储器，完整的I/O选项，具有远程I/O能力；具有无与伦比的网络连接能力，特别是应用于MODBUSPLUS网络的站间通讯(Peer Cop)技术，其快速、准确、可靠的性能充分满足群控功能要求。同时其具有强大的编程功能，PLC组态软件Pro v4.3支持梯形图(LD)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)等多PLC编程语言，保证了系统的各类控制功能的需求。
在通钢监控系统中，我们所需监控的数据包括以下三类，离散量输入(DI)，包括开关的位置状态，操动机构状态，故障状态等；离散量输出(DO)，如开关的分、合闸控制；模拟量输入(AI)。以通钢空压机群控系统为例，其内所需的采样点容量大致如下：
  序号   类型   PLC测控终端采样点数
  1   AI   28
  2   DI   42
  3   DO   27
在模块构成上，我们所选用的各模块规格及技术指标如下：在系统的上位机，即中央监控系统，我们选用工业控制机和WINDOWS 2000做为基础的硬件平台和软件平台，以构成图形化的监控终端，该终端通过网卡或远程通信线路与下位机进行数据传输，同时用IFix编程软件进行系统开发，在系统内部设置了动态实时数据库、历史记录数据库、监控对象数据库等多种关系型数据库。
3.系统功能
(1)信息采集
该功能主要由下位机来完成，各PLC采样单元通过扫描来采集交通控制柜内各AI、DI点所连接的设备当前所处的状态和各类报警信息，其采样扫描周期小于10ms。
(2)编码传输
  序号   型号   说明
  1   TSXP572623M   CPU(含以太网口)
  2   TSXPSY2600M   电源模块
  3   TSXDEY32D2K   32点开关量输入模块
  4   TSXDSY32T2K   32点开关量输出模块
  5   TSXCDP301   20线预制电缆
  6   TSXAEY1600   16路模拟量输入模块
  7   TSXAEY414   4路模拟量输入模块
  8   TSXCAP030   连接电缆
  9   ABE7CPA03   TELEFAST
  10   TSXRKY12   主机板
  10   TSXBLY01   端子块
  11   TSXAEY800   8路模拟量输入模块
  12   TSXPCX3030-C   编程电缆
用于将下位机系统所采集到各类信息进行编码并经通讯网络传至上位机操作系统，以供进一步处理。
(3)设备控制
该功能是上位机系统根据空压机的运行状况而对空压机各设备进行远程谐调控制，经网络传送到下位机；由下位机系统负责执行各种操作命令并采集命令执行期间的操作信息返回给上位机系统。其控制方式有单个对象控制和模式控制两种，采用选择、确认、执行三步来操作，当操作被禁止时，系统将给出提示信息提醒操作员注意。
(4)状态监视
在上位机系统的显示器上开窗口以图形化的显示出空压机所有控制设备的状态画面。以实时监视空压机各控制设备的当前状态。
(5)故障报警
在系统检测到故障信息后立即弹出故障窗口，以闪烁的方式显示出相应的故障信息、故障点和故障时间；同时，自动将该故障信息存入故障信息数据库。
(6)文档生成
该功能用于对系统内各项信息进行归纳、分析和整理，并生成所需的各项报表，如操作记录，报警记录，是报、月报和年报等。
(7)数据统计与分析
该功能用于将系统内测量的模拟信息记录到模拟量历史数据库中，同时可根据用户的需要，将记录在数据库中的数据信息进行统计与分析，以生成实时趋势图和历史趋势图。
4.技术特征
利用PLC实现空压机监控系统的主要特征如下：
·分布式的采样单元实现数据的就近采样。
·信息的自动采集和逻辑编程控制输出，可实现系统的动态实时监控。
·网络间的数据传输用于实现设备的联动联锁控制，极大的简化了上位机的控制操作，方便本地操作。
·PLC测控终端模块化，体积小，重量轻，工作安全可靠，并具有在线自检和程序掉电保护功能。高可靠性、模块化设计、网络式结构、自检功能、软件编程及自动化程度高、版本易升级等优点。
·施耐德公司的可编程控制器Premium系列，具有高可靠性、稳定性及无与伦比的网络连接能力，特别适应于室外、隧道内等恶劣环境下的自动化控制。
·图形监控终端用于实现图形化、数字化的集中监控，并可根据用户需求自动生成各类报表。
·内置的SUB通讯口和RJ45通讯口可用于现场的编程、调试和维护。
5.主要技术指标
·远程命令传送时间≤2.5秒
·远程信息变位传关时间≤2.5秒
·远程控制正确率≥99.9％(不允许误动)
·远程信息响应正确率≥99.9％
·防护等级：IP55
·工作温度：0～60℃
·存储温度：-40～+85℃(IEC68-2-14)
·相对湿度：0％～95％   不凝露
·海拔高度：0～4500

Claims (3)

1、一种压缩机、鼓风机智能群控系统，其特征在于，包括：下位机、控制部分、上位机；所述上位机含有：工业控制用主机、网卡作为做为图形化监视控制终端；所述下位机由工业控制ModBus网络协议组成本地控制网，通过交换机软件以太网与所述上位机相连，对整个系统运行状况进行监视、谐调、控制；所述控制部分包括空压机主控制器、空压机控制器、亚当模块，通过CAN Bus接口连接成一个完整的通讯网络，实时传输各运行参数、控制命令。
2、根据权利要求1所述的压缩机、鼓风机智能群控系统，其特征在于：所述下位机PLC控制器配有一个RJ45以太网口、一个USB串口，一个MODBUS网络通讯模块；所述MODBUS网络通讯模块带有两个串口，一个用于与整个空压机组的本地空压机相连，一个用于与上位机相连；所述USB串口可用于下位机程序的编制下载、调试和系统维护。
3、根据权利要求1或2所述的压缩机、鼓风机智能群控系统，其特征在于：所述控制部分采用物理层、数据链路层和应用层；CAN通讯的实现，均由集成在SJA1000通讯控制器中的电路实现；CPU把待发的数据发给SJA1000通讯控制器，再由SJA1000通讯控制器发到总线上；当SJA1000通讯控制器从总线接收到数据后，CPU再把数据取走。首先，应对SJA1000中的有关控制寄存器写入控制字，进行初始化；接着CPU即可通过SJA1000接收/发送缓存区向物理总线接收和发送数据。
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