艾默生EC20系列PLC在空壓機(jī)聯(lián)控中的應(yīng)用

確保合格的供氣品質(zhì)，滿足穩(wěn)定的氣源壓力，自動(dòng)調(diào)節(jié)供氣流量等是空壓站自動(dòng)控制的基本任務(wù)。空壓機(jī)設(shè)備自帶的單片機(jī)控制器已經(jīng)能很好的控制單臺(tái)空壓機(jī)，但不具備對(duì)空壓系統(tǒng)的整體調(diào)控能力。在空壓系統(tǒng)中，相對(duì)單臺(tái)空壓機(jī)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(shí)現(xiàn)空壓機(jī)機(jī)組（包括每臺(tái)空壓機(jī)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(jī)的運(yùn)行狀態(tài)智能地加卸載對(duì)應(yīng)的空壓機(jī)等以保證管網(wǎng)的供氣穩(wěn)定。

聯(lián)控有兩種模式：時(shí)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(shí)間順序模式中各臺(tái)空壓機(jī)每隔一個(gè)輪換時(shí)間就按順序時(shí)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(cè)》，而固定模式的啟動(dòng)順序是保持不變的。

空壓機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)圖：

工控機(jī)選用研華工控機(jī)，監(jiān)控軟件為組態(tài)王。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)及系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，為系統(tǒng)報(bào)警和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控提供一個(gè)數(shù)據(jù)信息交互平臺(tái)；對(duì)機(jī)組各類運(yùn)行控制要求進(jìn)行命令觸發(fā)，為介入系統(tǒng)實(shí)時(shí)改變系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)提供一個(gè)控制命令操作平臺(tái)。

1#EC20PLC和2#EC20 PLC分別為兩個(gè)空壓機(jī)站的控制中心完成組態(tài)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換和存儲(chǔ)以及工控機(jī)各類控制信號(hào)處理。主要的自動(dòng)控制任務(wù)都由PLC自行完成，組態(tài)只能選擇具體的機(jī)組運(yùn)行方式，以及特定狀態(tài)下對(duì)單臺(tái)機(jī)組的單一運(yùn)行方式改變。各臺(tái)空壓機(jī)的信號(hào)通過RS485總線連接至PLC；
由于空壓機(jī)自帶的單片機(jī)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(shí)現(xiàn)，在原有的控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加2臺(tái)PLC，改進(jìn)和增加控制軟件即可實(shí)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(yùn)行狀態(tài)改變與保持的唯一指標(biāo)。簡(jiǎn)言之：壓力小于供氣壓力要求下限就要更多的供氣機(jī)組運(yùn)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(yùn)行供氣機(jī)組減少以減少供氣量。而處于上下限之間的壓力值時(shí)就保持當(dāng)前機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)不變。

就單臺(tái)空壓機(jī)而言，其可以自行進(jìn)行供氣量大小的調(diào)節(jié)。當(dāng)一臺(tái)機(jī)器運(yùn)行時(shí)，它的供氣量是一個(gè)從零到最大氣量之間浮動(dòng)的值而不是一個(gè)額定輸出的定值。所以在整個(gè)供氣方案中我們用改變運(yùn)行機(jī)組臺(tái)數(shù)的方法來改變對(duì)管網(wǎng)的供氣。每臺(tái)機(jī)組有加載、滿載、卸載、和停機(jī)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(jī)組仍在運(yùn)行；而停機(jī)是機(jī)組不供氣也不運(yùn)行。

一個(gè)正常的供氣流程如下：

把確定在網(wǎng)機(jī)組數(shù)與機(jī)組中間運(yùn)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(bào)警確定機(jī)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(gè)，就按增氣或減氣的方向移動(dòng)中間狀態(tài)直到運(yùn)行到邊界狀態(tài)；當(dāng)?shù)竭_(dá)邊界狀態(tài)時(shí)按增氣或減氣的方向移動(dòng)到下一臺(tái)。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(jī)聯(lián)控系統(tǒng)主要是PLC與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)并確定每臺(tái)空壓機(jī)的運(yùn)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(jī)的信息

根據(jù)空壓機(jī)控制器內(nèi)單片機(jī)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(jī)，單片機(jī)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(jī)的各種故障狀態(tài)工作狀態(tài)以及空壓機(jī)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(huì)讀取上次讀過的程序的下一臺(tái)；靠站地址的不斷變化我們實(shí)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(shí)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(jī)中寫入相關(guān)信息

整個(gè)寫信息部分分下面三塊：

a.邏輯判斷運(yùn)算部分

供氣壓力是系統(tǒng)各種運(yùn)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(jī)組運(yùn)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(yùn)行供氣機(jī)組減少以減少供氣量。而處于上下限之間的壓力值時(shí)就保持當(dāng)前機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)不變。

按照工藝控制邏輯來構(gòu)成邏輯判斷運(yùn)算部分，并且機(jī)組按照先開后停的原則順序啟動(dòng)（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(duì)下一臺(tái)操作。

由于我們對(duì)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(duì)故障分類的控制策略是很有價(jià)值的，在以后的控制過程根據(jù)故障類別或者可以作為運(yùn)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(jiǎn)便有效的方法。

b.數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)部分

在這個(gè)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(jī)組順序可以任意打亂，但是順序號(hào)關(guān)聯(lián)著整個(gè)控制流程又不能搭亂所以只能把機(jī)器號(hào)放到依照固定順序排列的機(jī)器號(hào)寄存器里面去，打亂這些機(jī)器號(hào)寄存器里面存放著的機(jī)器號(hào)的順序來實(shí)現(xiàn)機(jī)組順序的任意性。主程序中加入了判斷機(jī)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(tái)機(jī)組在網(wǎng)，然后根據(jù)故障信息寄存器內(nèi)的值判斷哪臺(tái)機(jī)組退網(wǎng)，退網(wǎng)的機(jī)組編號(hào)放在網(wǎng)內(nèi)最后一臺(tái)機(jī)組機(jī)器號(hào)寄存器的后面機(jī)器號(hào)寄存器里面。進(jìn)網(wǎng)的時(shí)候只需改寫故障信息寄存器，相應(yīng)的在網(wǎng)機(jī)組臺(tái)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(jī)系統(tǒng)聯(lián)控可以根據(jù)實(shí)際需要自動(dòng)開機(jī)或加載空壓機(jī)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(shí)現(xiàn)了無人自動(dòng)化操作