基于DCS的空压站监控系统设计与实现.pdf

I 中小企业管理与科技 J M m e m T e c h n o l o g y o f S ME 基于 D C S的空压站监控系统设计与实现 De s i g n a n d I mpl e me n t a t i o n o f M o n i t o r i n g S y s t e m i n Ai r Co mpr e s s o r S t a t i o n Ba s e d o n DCS 姜春红 l j ， 袁志刚 ， 周越 1 ． 沈阳理工大学， 沈阳 1 1 0 1 5 9 ； 2 ．辽宁沈通风机制造有限公司 ， 沈阳 1 1 2 5 0 9 ； 3 ． 辽沈工业集团有限公司， 沈阳 1 1 0 0 4 5 J I ANG Ch u n h o n g ． YUAN Z h i - g a n g 2 , Z HOU Yu e 1 ． S h e n y a n g L i g o n g Un i v e r s i t y , S h e n y a n g l 1 0 1 5 9 ， C h i n a ； 2 ． L i a o n i n gS he n t o n gFa nManuf a c t u r i n gCo． Lt d．， S he n y a n g l 1 2 5 0 9 ， Ch i na ； 3 ．L i a o S h e n l n d u s t r y G r o u p C o ． L t d ．， S h e n y ang l 1 0 0 4 5 ， C h i n a 【 摘要】 结合目 前国内 外空压站监控系 统的 发展趋势与现状， 针对兵器 企业内 空压站分散式人工 操作， 设备独立运行及监控能力 薄弱等 问题 ， 构建 了基 于 DC S和 P L C技 术的实时控 制、 检 测、 诊 断和报 警的设计 方案。 设计研 究 了综合 P c和 P L C、 组态软件 等为基 础的 空压站 集中监控 系统设计方案 。该 系统采用 MOD BUS通讯协议 ， MP I 通讯方式 ， 结合两种总线技 术 ， 解决 了控制 滞后和过程监 控失效等问题， 提高了监控系统的稳定性及可靠性。 【 A b s t r a c t ] C o m b i n e d w i t h t h e d e v e l o p m e n t t r e n d a n d s t a tu s o f a i r c o m p r e s s o r s t a t i o n m o n i t o ri n g s y s t e ma t h o m e a n d a b r o a d ， a c c o r d i n g t o t h e p r o b l e ms o f the d i s t r i b ut e d a r t i fic i a l o p e r a t i o n ，i n d e p e n d e n t o p e rat i o n an d we a k mo n i t o r i n g a b i l i t y o f the e q u i p me nt，a r e a l t i me c o n tro l ， d e t e c t i o n， d i a g n os i s a nda l a r m d e s i g ns c he mei sc o n s t r u c t e dba s e do nDCSan dPL C t e c h n olog y． Th ed e s i g no f a i r c o mp r e s s o r s t a t i o nc e ntr a l i z e d mo n i t o rin gs y s t e m b a s e do ni nte g r a t e dPCandP LC， c o nfi g u r a t i o n s o f t wa r ei s s tud i e d ． T hes y s t e mu s e s MODBUSc o mmu n i c a t i o npr o t oc o l ， MPI c o mmu n i c a t i o n ， c o mb i ne d wi th t wo b u s s i n g t e c h n o l o g i e s ， s o l v e s the p r o b l e ms o f c o n t r o l l a g an d p r o c e s s mo nit o r i n g f a i l u r e ，a n d i mp r ov e s t h e s t a b i l i t y a n dr e l i a b i l i t y o f the mo n i t o ri ngs ys t e m． 【 关键词】 空 压站； D C S ； P L C ； M O D B U S 【 K e y w o r d s ] a i r c o m p r e s s o r s t a t i o n ； D C S ； P L C ； M O D B U S 【 中图分类号1 T L 3 6 2 【 文献标志码】 A 【 文章编号】 1 6 7 3 ． 1 0 6 9 2 0 1 7 0 5 0 1 2 8 ． 0 2 1系统的总体方案及设备组成 1 ． 1系统总体方案 为了便于操作人员集中对设备的监控， 系统采用 P L C机 作为上位机运程监控站， 以运行速度高、 可靠性强的工业计算 机作为核心处理单元， 自动监控系统开发采用组态软件系统， 能够同时对冷却水系统， 5 台空压机、 3 台离心机、 7 台冷干机 及其现场温度传感器、压力传感器等进行实时的数据检测和 处理 ， 实现了高度的自动化。结构原理图如图一所示。 1 ． 2系统的设备组成 空压站内的机组设备包括 冷却循环水系统 P L C 、 冷干机 组、 空气压缩机组 、 温度传感器、 压力传感器等。空压机 1 至 5 采用美国寿力公司的固定螺旋杆空气压缩机 ，空压机 6至 8 【 作者简介】 姜春 1 9 7 8 一 ， 女， 辽宁沈阳人， 高级工程师， 从事传 感器网络技术及其应用研究。 1 28 图 1 系统框 图 采用美国阿特拉斯 科普柯公司固定式离 、 空压机。 冷干机采 用阿特拉斯 科普柯冷干机。 2 控制系统硬件设计 控制系统硬件包括工控机 P C 、 冷却循环水系统 P L C 、 控 制柜内 P L C ， 空气压缩机以及各种通讯模块组成。 其中工业计 算棚通过安装在工控机中的组态软件可以在远程监控室内实 现对现场的各种设备进行监控和控制，并负责现场控制命令 的发送以及数据的接收与管理。现场各种仪表等设备及其冷 干机组的检测由该系统的核心控制柜 P L C负责。冷却循环水 系统 P L C及其控制柜内 P L C与工控机 P C之间采用 MP I 协议 实现数据的交互操作并通过专用的通讯模块实现。多路巡检 仪负责空气压缩机及温度传感器等设备的数据交换。操作人 员通过系统可实现对现场所有设备的远程监控 ，便于管理人 员实现操作和管理。 3控制系统软件设计 3 ． 1系统管理功能 为了保证生产过程的安全可靠，系统提供了完备的安全 保障机制。 同时为了有效地避免生产过程中的误操作， 并根据 级别限制当前用户的行为， 系统将用户的行为分为管理员、 工 程师 、 操作员等多个级别。 3 ． 2运行状态和参数显示功能 利用监控系统可对现场的各台设备完成动态的显示 ， 例 如当前的工况和运行状态 ， 包括设备的当前流量、 供 电参数 、 温度 、 压力、 振动、 气路、 油路、 水路等， 实现了生产过程的实时 管理和系统的可视化，使运行管理人员能及时了解各设备的 运行情况 ， 便于监控生产， 提高了工作效率。 3 ． 3实时报警功能 为了实现指示灯闪烁报警和声音报警 ，系统提供报警记 录并进行故障分析，监控系统对所有设备和机组以及各个传 感器的油温、 油压、 温度、 气路、 水路等一系列参数设置报警极 限值 [ IJ 。这样系统就实现了动态画面提示和分类语音报警功 能， 并将语音报警等信息存入信息报警数据库， 为事后统计分 析提供数据。 系统针对设置的报警属性参量， 在组态时都给出 了相应的报警分析原因。 因此， 现场工作人员在检修时可以参 考利用报警信息生成的故障诊断信息。 3 ． 4数据库功能 数据库负责数据统计 、 数据处理、 数据报警、 历史数据储 新技术应用与实践l A p p l ic c io n a n d P t a c t ic e of N e w T e c lm o l o c y I 存、 数据请求服务等。 系统设置历史报表、 历史曲线。 为了便于 现场操控人员查询 ， 分析数据 ， 历史曲线会以图表或曲线形式 给出设备的关键参数在任意历史时刻的运行状态及变化趋 势。 可以定期打印上报根据存盘提供数据制作的日报表、 月报 表等， 克服了人工记录数据的随意性与烦琐性 ， 减少了人工记 录误差并提高了工作效率。 在整体硬件结构的基础上， 上位机软件系统进行了相应的 设计， 已经对空压站监控系统的主界面完成了相应的设计。 3 ． 5设备远程操作与管理功能 用户可通过监控系统对各个设备进行远程启动、 停止、 加 载、 卸载等控制及其参数的设置 ， 数据库记录设备的累计运行 时间 ， 使长期运行的设备交替运行， 避免某台设备长期运行 ， 从而提高设备使用寿命。 4问题及解决方法 4 ． 1数据传输稳定可靠技术 由于空压站的设备较多， 功率较多， 频繁启动 ， 电磁干扰 较强， 且设备与监控室距离较远 ， 造成数据传输过程失真 ， 或 无法正常实现获取运行参数和控制功能 ，利用软件和硬件的 抗干扰技术， 解决了 数据传输不稳定的技术难题。 4 ． 2多总线通讯协同技术 该系统是一个由包括 MO D B U S 、 M P I 、以太网等多个设备 的多种通讯协议共存的复杂系统， 不同设备的协议有所不同， 突破各个协议的相关技术， 并将多总线技术进行融合。 5 结论 该项目采用 P L C控制系统 ， 以工业计算机为核心， 利用组 态软件对工厂的厂房内多台机组设备组建集中式监控网络。 机组设备包括 空气压缩机、 冷干机、 离心机、 冷却水系统和现 场的各种温度压力传感器等。可以实现操作人员利用组成的 以太网络在操纵室内就可以通过监控系统对现场的多台设备 进行全面的有效集中监控[2 1 ， 这样操作人员不需要去现场就可 以实现实时地对现场设备进行安全、 方便的动态监控， 从而提 高了工作效率， 并降低了生产成本。 【 参考文献】 【 1 】 龚晓燕， 薛河， 时磊， 等． P L C 及组态王的掘进通风监控与报警系统 研究[ J ] ．西安科技大学学报， 2 0 1 2 ， 3 2 1 8 2 - 8 5 ． 【 2 】 王发达 ， 刘笃鸿． 矿井通风瓦斯智能监控报警系统的开发与应用 [ J ] _ 山东煤炭科技 ， 2 0 0 5 ， 5 1 2 7 2 9 ． 1 29