為企業(yè)生產(chǎn)線提供合格的壓縮空氣，組建足夠容量的壓縮空氣生產(chǎn)線，建立和健全的監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備維護系統(tǒng)，提高自動化程度，是提高生產(chǎn)效率、降低成本行之有效的途徑。本系統(tǒng)是以美國壽力公司的水冷型螺桿式空壓機300-2S型及漢粵組合式水冷干燥機組、冷卻機組等構(gòu)建的空氣壓縮站系統(tǒng)為控制對象，設(shè)計一種基于多總線協(xié)議（含多種不規(guī)則RS485協(xié)議）傳輸控制的可靠、高效的控制系統(tǒng)，精簡了組建時的現(xiàn)場材料與工作量，確保了產(chǎn)能平衡；系統(tǒng)采用PLC執(zhí)行控制，同時在上位機進行實時監(jiān)控壓縮空氣及其生產(chǎn)設(shè)備的狀況與運行。

2 空氣壓縮站系統(tǒng)概述

　　空氣壓縮站系統(tǒng)共包含6臺美國壽力公司的300-2S水冷型螺桿式空壓機、6臺漢粵組合式水冷干燥機，1座冷卻塔，2臺冷卻水泵，4臺除塵除油過濾器（配壓差傳感器），6臺除塵過濾器（配壓差傳感器），以及存儲罐等設(shè)備，組成兩條相關(guān)聯(lián)生產(chǎn)線，其中的一條生產(chǎn)線流程圖如圖1。其生產(chǎn)過程為：空壓機生產(chǎn)出來的壓縮空氣經(jīng)一級、二級除油除塵過濾器，存儲于儲氣罐中，再經(jīng)除塵過濾器，傳送給水冷干燥機，最終供應常溫、潔凈、壓力恒定的二次能源：壓縮空氣，滿足生產(chǎn)需求。

圖1 生產(chǎn)線流程圖

　　該站為兩線一系統(tǒng)的控制模式，控制系統(tǒng)以PLC為控制執(zhí)行中心，Cimplicity HMI系統(tǒng)為監(jiān)測與主令中心，兩者通過通訊總線鏈路相結(jié)合，集成集中控制系統(tǒng)，圖2為一條生產(chǎn)線控制系統(tǒng)構(gòu)架圖。

　　在控制方式上有三種方式，其一是現(xiàn)場手動控制，主要用于設(shè)備調(diào)試、維修或異常情況處理；其二是遠程單機控制，鼠標點擊操作計算機顯示屏上的Cimplicity HMI系統(tǒng)界面的控制軟按鈕，給PLC傳輸控制命令，由PLC實現(xiàn)自動邏輯輸出控制，適宜短暫間歇生產(chǎn)需求的控制；其三是遠程聯(lián)控，在此方式下空氣壓縮站系統(tǒng)所有設(shè)備，按預定的生產(chǎn)工藝要求或規(guī)則，在確保提供滿足需求的前提條件下，自動調(diào)節(jié)生產(chǎn)設(shè)備的運行、監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)、維護設(shè)備安全生產(chǎn)。三種控制方式可以隨時無擾切換。

圖2 一條生產(chǎn)線控制系統(tǒng)構(gòu)架圖

3集中控制系統(tǒng)控制功能規(guī)劃設(shè)計

3.1 PLC邏輯控制功能

　　為使系統(tǒng)在實際應用中具有實際意義的可操作性，系統(tǒng)結(jié)合壓縮空氣生產(chǎn)工藝要求、標準以及壓縮空氣使用標準，規(guī)劃設(shè)計了人性化、合理化的控制功能，具體內(nèi)容如下：

　　(1)實現(xiàn)本地手動控制、遠程單機控制、主備機自動聯(lián)控，各控制方式互鎖;

　　(2)系統(tǒng)壓力輸出恒定為：0.7 MPa；系統(tǒng)壓力波動：+0.02MPa;

　　(3)設(shè)備在本機上控制時，在監(jiān)控屏可監(jiān)視其運行狀態(tài)；過程中，轉(zhuǎn)到遠程控制模式時，保持原狀態(tài)。除本機要求在停機后設(shè)為遙控，方可遠程控制外，應可控。

　　(4)只有至少1臺冷卻水泵正常運行后，空壓機、干燥機方可啟動；空壓機、干燥機啟動時間間隔為3分鐘。冷卻水泵起?？刂萍捌錉顟B(tài)反饋不受控制模式影響；

　　(5)聯(lián)控功能起作用后，主備機可單臺設(shè)置為主機或備機，并且聯(lián)控設(shè)有自動輪換主備機起用按鈕，設(shè)有聯(lián)控全停功能。

　　(6)系統(tǒng)采用遠程單機控制時，其單機起停不受除本機安全運行所需保護外的其他設(shè)備干涉，在本機存在故障時，該設(shè)備不可啟動；但在系統(tǒng)監(jiān)測總管壓力及溫度的功能保護下，默認1#機為主機、2#機為第一備用、3#機為第二備用，按系統(tǒng)聯(lián)控工藝要求，順序自動起停。

　　(7)系統(tǒng)聯(lián)控運行時，系統(tǒng)可設(shè)一組主備機模式；當需要輪換主備機設(shè)置時，系統(tǒng)將隨機自行循環(huán)設(shè)置；系統(tǒng)管網(wǎng)壓力低時，系統(tǒng)按主機、備機1、備機2的順序啟動并加載；反之，系統(tǒng)管網(wǎng)壓力、溫度高時，系統(tǒng)按備機2、備機1、主機的順序卸載或停機。

　　(8)空壓機與干燥機聯(lián)動控制部分：

　　·選擇遠程聯(lián)控方式

　　遠程起動空壓機，當空壓機排氣壓力達到0.5MPa時，干燥機自動起動。遠程停止空壓機，延時6秒后或受空壓機排氣壓力影響自動停止干燥機；干燥機可單獨操作停止，但不可操作起動。但在本機存在故障時，該設(shè)備不可啟動。

　　·選擇遠程單控

　　遠程起動空壓機，當空壓機排氣壓力達到0.5MPa時，干燥機方可操作起動。遠程停止空壓機，延時6秒后或受空壓機排氣壓力影響自動停止干燥機；干燥機可單獨操作停止，也可單獨操作起動，但受空氣壓力的限制。但在本機存在故障時，該設(shè)備不可啟動，同時，影響聯(lián)控的其他設(shè)備。

3.2上位機Cimplicity HMI系統(tǒng)界面功能

　　上位機是人機交互的界面，是實際應用中主要的操作對象。故然設(shè)計貼切實際生產(chǎn)過程及簡單明了的監(jiān)視、操作界面，是集中控制系統(tǒng)首要任務(wù)，是使用者對系統(tǒng)的印象工程。上位機系統(tǒng)結(jié)合整體系統(tǒng)控制功能，將系統(tǒng)劃分三大類：一是標準顯示界面，二是參數(shù)設(shè)置界面，三是故障報警界面。詳細內(nèi)容如下分解：

　　(1)　標準顯示界面

　　·1、2期監(jiān)視屏；1期監(jiān)控屏；2期監(jiān)控屏。

　　·系統(tǒng)生產(chǎn)鏈路：動態(tài)實時顯示生產(chǎn)鏈路；

　　·空壓機組參數(shù):機組排氣壓力P1；機組排氣溫度T1；干側(cè)排氣壓力P2；干側(cè)排氣溫度T2；油過濾器前后壓力P3和P4；分離器壓差ΔP1；油過濾器壓差ΔP2；噴油溫度T3；級間溫度T4；總的開機/加載小時；機組；供氣量；運行/停止狀態(tài)；主備機狀態(tài)；日期時間；

　　·干燥機組:進氣溫度、蒸發(fā)溫度、出氣溫度、冷凝溫度；運行/停止狀態(tài)；

　　·管路系統(tǒng)中：總管壓力、總管溫度、過濾器壓差；冷卻水塔進出口水溫及其溫差；冷卻水泵的狀態(tài)指示、故障指示、起停控制；

　　(2)參數(shù)設(shè)置界面

　　加載壓力；卸載壓力；加載壓差；疏水間隔；疏水時間；重起時間；總管壓力上限；總管溫度上限；機組間的主/備機設(shè)置；本地\遠程啟動/停車開啟或關(guān)閉；主/備機自動設(shè)置開啟或關(guān)閉；主/備機自動輪換時間；

　　(3)　故障報警界面

　　·空壓機組:手動停機錯誤；遙控停機錯誤；暫停錯誤；啟動錯誤；卸載錯誤；加載錯誤；調(diào)整錯誤；滿載錯誤；主機干側(cè)排氣溫度高；機組干側(cè)排氣壓力高；主機機頭排氣溫度高；機組機頭排氣壓力高；油過濾器壓差超過140Kpa時產(chǎn)生失效報警；分離器壓差超過70Kpa時產(chǎn)生失效報警；

　　·干燥機組: 進氣、加熱器、露點超溫故障報警；主機過載報警；冷煤低壓報警；冷煤高壓報警；

　　·管路系統(tǒng)中：壓力、溫度、壓差傳感器故障報警；冷卻水泵故障報警；

　　過濾器壓差超過70Kpa時產(chǎn)生失效報警；冷卻塔故障報警等；

3.3集中控制系統(tǒng)組件概述

　　在規(guī)劃設(shè)計好控制功能之后，又如何將這些功能完完全全的實現(xiàn)呢？其實，這對于自動控制技術(shù)高速發(fā)展的今天，形式是多種多樣的，在此就不再遨訴。那么我們將根據(jù)用戶現(xiàn)場實際情況或用戶擬定的方向，選擇最具有前瞻性的可編程序控制器以及工業(yè)組態(tài)監(jiān)控，配合工業(yè)計算機，實現(xiàn)所有工藝要求和控制功能。其中工業(yè)計算機選用的是研祥工控機，可編程序控制器選用羅克韋爾ControlLogix系列1756-L61(CPU)、 以太網(wǎng)通訊模塊1756-ENT、輸入輸出I/O模塊、模擬量輸入輸出模塊；其他元件有直流開關(guān)電源、中間繼電器、電源分配器、斷路器等。

　　在本控制系統(tǒng)中，硬件要求較為簡單，精簡了成本。

4集中控制系統(tǒng)編程組態(tài)要點技術(shù)綜述

　　系統(tǒng)編程組態(tài)源于集中控制系統(tǒng)控制功能規(guī)劃設(shè)計，其難點在于錯綜復雜的邏輯互鎖關(guān)系；首先，三種控制模式：手動、遠程單機、遠程聯(lián)控等的無擾切換，要實現(xiàn)這一功能必須精確配合PLC循環(huán)掃描周期，設(shè)置模式轉(zhuǎn)換所需要的過程時間，否則將出現(xiàn)狀態(tài)失控現(xiàn)象；其二，主備機分配問題。在手動遠程單機控制模式下，主備機的分配可以自由選定，比較簡易；在自動遠程聯(lián)控模式下，主備機的自動確認以及輪換主備，難度就顯而易見了?！?主5備，先主后備”的控制機理，要求只要主機變換，那么隨后的5臺備機要相應的作出合理的調(diào)整，而且，調(diào)整期間不容有停機現(xiàn)象或供氣回路氣壓大幅波動現(xiàn)象。確切的說，這里將有720種邏輯控制功能回路，在自動控制模式下實現(xiàn)可靠、安全、精確的轉(zhuǎn)換。邏輯控制編程組態(tài)遵循控制機理，采用了數(shù)學數(shù)組計算方式的排列組合思維方式，結(jié)合數(shù)據(jù)比較功能，篩選確定各機組身份，并確立運行邏輯功能；其三、自動遠程聯(lián)控模式下，空氣壓縮機與干燥機運行配套組合。若組成固定式配對模式，那么在出現(xiàn)機組交錯故障時，整個空壓站將癱瘓；若組成自由配對模式，在其中一臺空氣壓縮機啟動或停止后，應啟動或停止哪臺干燥機時，將有可能出現(xiàn)雜亂無章的運行控制狀態(tài)，也把控制思路推進了模糊控制的難點。因此，系統(tǒng)在邏輯控制組態(tài)時，選擇了組成固定式配對的控制模式，在自動狀態(tài)下出現(xiàn)交錯故時，切換到遠程單機控制模式，避免整個空壓站癱瘓，簡化邏輯思路。

　　以上三點為本系統(tǒng)主要的邏輯核心，其余，諸如冷卻系統(tǒng)、氣路閥等相關(guān)聯(lián)的聯(lián)鎖保護、控制，以及生產(chǎn)過程各個模擬量信號的采集、分析、處理等，遵循功能規(guī)劃設(shè)計及組態(tài)軟件常規(guī)應用技術(shù)，得以實現(xiàn)和完善系統(tǒng)。空壓機部分邏輯控制功能程序如圖5所示。

圖5 空壓機控制邏輯程序

　　還有，基于人機交互界面，Cimplicity HMI系統(tǒng)變量直接讀取PLC內(nèi)部相應的變量數(shù)據(jù)，組態(tài)了動態(tài)實時生產(chǎn)狀況、動態(tài)彈出實時故障報警等；但是，Cimplicity HMI系統(tǒng)變量所采集的數(shù)據(jù)，并不是全部來自于PLC，相反，它還以腳本賦值的形式提供了部分數(shù)據(jù)給PLC。這是因為設(shè)備本身的復雜性決定的。人機交互的界面如如圖3。

圖3　a）人機交互的界面---系統(tǒng)監(jiān)控界面

圖3　b）人機交互的界面---系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

5集中控制系統(tǒng)通訊組態(tài)技巧

　　系統(tǒng)通信協(xié)議包含有以太網(wǎng)總線協(xié)議，以及兩種不同協(xié)議格式的RS485總線協(xié)議。其通信鏈路圖如如圖4。

圖4 系統(tǒng)通信鏈路

　　空氣壓縮站系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備主要成員：美國壽力公司的300-2S水冷型螺桿式空壓機和漢粵組合式水冷干燥機。兩者本身獨具的智能控制系統(tǒng)，所具備的通訊能力，都是采用了RS485電氣接口的串口通訊模式。但是，它們的通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)格式卻不同。其通訊協(xié)議格式如下：

　　(1)美國壽力公司的300-2S水冷型螺桿式空壓機：監(jiān)控器SUPERVISORⅡ，順序控制通訊模式

　　協(xié)議格式如表1：

表1 協(xié)議格式

　　(2)漢粵組合式水冷干燥機（XJK-LX）

　　數(shù)據(jù) 格式：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗（MODBUS格式）。

　　協(xié)議幀格式如表2：

表2 協(xié)議幀格式

　　鑒于設(shè)備的通訊協(xié)議，采用計算機高級語言，編寫針對性的信息讀寫控件，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的通信。通信控件程序設(shè)計采用C語言編寫，設(shè)置精確的數(shù)據(jù)流緩存時間值，遵照設(shè)備協(xié)議格式，采用RS485通信接口方式，與已設(shè)置唯一性站地址及一致性通信參數(shù)的設(shè)備，完成設(shè)備與計算機之間的主從通信方式。計算機通過通信控件采集回來的數(shù)據(jù)，又通過上位機Cimplicity HMI系統(tǒng)軟件腳本賦值給其變量以及下位機PLC變量，為PLC進行復雜地邏輯判斷，提供精確的數(shù)據(jù)。。

　　另外，上位機Cimplicity HMI系統(tǒng)與下位機PLC，通過Internet以太網(wǎng)總線接口協(xié)議（TCP/IP），實現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)交互。通信組態(tài)要求分別在計算機和羅克韋以太網(wǎng)通訊模塊1756-ENT中設(shè)置相互關(guān)聯(lián)的地址，設(shè)置一致的通信參數(shù)，并在Cimplicity HMI系統(tǒng)中組態(tài)OPC服務(wù)器方式，聯(lián)接下位機來完成。

6 結(jié)束語

　　本控制系統(tǒng)基于C語言的通信控件，以PLC為核心，從根本上是與各臺設(shè)備的智能控制器組成了一個基于總線形式的FCS集散式控制系統(tǒng)，在復雜設(shè)備控制群中，發(fā)揮了其完美的作用。系統(tǒng)經(jīng)上汽通用五菱汽車股份有限公司SGMW空壓站的成熟應用，總結(jié)出系統(tǒng)不但簡捷、安全、可靠，而且擴展性廣泛，還大幅度縮減了硬件成本、運行維護成本，對減少設(shè)備故障率，節(jié)能降耗起到了積極的作用。適用于各種類此空氣壓縮站及其他復雜設(shè)備群的控制場合，具有很好的應用前景。

參考文獻

[1]深圳壽力亞洲實業(yè)有限公司《監(jiān)控器SUPERVISORⅡ順序控制及通訊協(xié)議手冊》；

[2]杭州新箭電子有限公司《XJK-LX型組合式冷吸機通訊協(xié)議》；

[3]Allen-Bradley 《Logix5550控制器指令集參考手冊》1756-6.4.1ZH-January 2000；

[4] 李現(xiàn)勇. Visual C++串口通信技術(shù)與工程實踐.北京：人民郵電出版社，2002

[5]《CIMPLICITY入門教程》、《CIMPLICITY HMI系統(tǒng)過程控制用戶手冊》。

附圖6 部分通信控件C語言程序：

Wlky_ctrlCtl.cpp、

// Wlky_ctrlCtl.cpp : Implementation of the CWlky_ctrlCtrl ActiveX Control class.

#include "stdafx.h"

#include "wlky_ctrl.h"

#include "Wlky_ctrlCtl.h"

#include "Wlky_ctrlPpg.h"

#ifdef _DEBUG

#define new DEBUG_NEW

#undef THIS_FILE

static char THIS_FILE[] = __FILE__;

#endif

IMPLEMENT_DYNCREATE(CWlky_ctrlCtrl, COleControl)

CWlky_ctrlCtrl *zcwlky;

// Message map

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//{{AFX_MSG_MAP(CWlky_ctrlCtrl)

ON_WM_CREATE()

//}}AFX_MSG_MAP

ON_OLEVERB(AFX_IDS_VERB_PROPERTIES, OnProperties)

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// Dispatch map

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//{{AFX_DISPATCH_MAP(CWlky_ctrlCtrl)

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VT_I2)

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DISP_FUNCTION(CWlky_ctrlCtrl, "KCStop", KCStop, VT_BOOL, VTS_I4)

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DISP_FUNCTION(CWlky_ctrlCtrl, "GStop", GStop, VT_BOOL, VTS_I4)

DISP_FUNCTION(CWlky_ctrlCtrl, "GStart", GStart, VT_BOOL, VTS_I4)

//}}AFX_DISPATCH_MAP

DISP_FUNCTION_ID(CWlky_ctrlCtrl, "AboutBox", DISPID_ABOUTBOX, AboutBox, VT_EMPTY, VTS_NONE)

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// Event map

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//{{AFX_EVENT_MAP(CWlky_ctrlCtrl)

EVENT_CUSTOM("ReadComplate", FireReadComplate, VTS_NONE)

EVENT_CUSTOM("TimeOut", FireTimeOut, VTS_I4)

//}}AFX_EVENT_MAP

END_EVENT_MAP()

// Property pages

// TODO: Add more property pages as needed. Remember to increase the count!

BEGIN_PROPPAGEIDS(CWlky_ctrlCtrl, 1)

PROPPAGEID(CWlky_ctrlPropPage::guid)

END_PROPPAGEIDS(CWlky_ctrlCtrl)

// Initialize class factory and guid

IMPLEMENT_OLECREATE_EX(CWlky_ctrlCtrl, "WLKYCTRL.WlkyctrlCtrl.1",

0xe9bd6709, 0x1ef3, 0x4a37, 0x94, 0xfd, 0x77, 0x69, 0x8a, 0x80, 0xb0, 0x7f)

// Type library ID and version

IMPLEMENT_OLETYPELIB(CWlky_ctrlCtrl, _tlid, _wVerMajor, _wVerMinor)