壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)地設(shè)計(jì)與研究

1、WORD格式1/4基于Modbus協(xié)議壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1引言XX鐵路局向塘編組站的空氣壓縮機(jī)組是為貨車編組的電空轉(zhuǎn)轍機(jī)設(shè)備和減緩溜放速度設(shè)備提供一定壓力的氣源的關(guān)鍵設(shè)備，空氣壓縮機(jī)工作的可靠性和安全性，直接影響到編組站的編組任務(wù)和貨物的運(yùn)輸效率，所以空氣壓縮機(jī)是整個(gè)編組站的核心設(shè)備。向塘編組站共有四臺(tái)由XX阿特拉斯科普柯壓縮機(jī)XX生產(chǎn)GA55P-3型號(hào)的壓縮機(jī)，組成一個(gè)供氣網(wǎng)絡(luò)，使得整個(gè)供氣的氣壓維持在為0.75Mpa0.8Mpa的卸載壓力和0.4Mpa0.53Mpa的加載壓力。其控制核心采用的是ELEKTRONIKONMkI控V制器，本身帶有通訊接口，但是，四臺(tái)空氣壓縮機(jī)沒有實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程

2、監(jiān)控系統(tǒng)，僅僅實(shí)現(xiàn)了就地設(shè)備聯(lián)機(jī)。隨著生產(chǎn)管理遠(yuǎn)程技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的參數(shù)監(jiān)控不能夠滿足生產(chǎn)的要求，根據(jù)生產(chǎn)需求，要XX現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，提高生產(chǎn)自動(dòng)化程度，同時(shí)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)定，報(bào)警控制，采用上位機(jī)的報(bào)警，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與管理功能，同時(shí)對(duì)兩路供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。本文是基于該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)而產(chǎn)生的，其中文章介紹了Modbus協(xié)議，監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和采用Modbus協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控對(duì)象數(shù)據(jù)的通訊方式，該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了空氣壓縮機(jī)組的智能化控制，使得空氣壓縮機(jī)組運(yùn)行更可靠安全。2Modbus協(xié)議Modbus協(xié)議是Modicon公司開發(fā)的一種工業(yè)通信和分布式控制系統(tǒng)協(xié)議。主要是應(yīng)用于工業(yè)設(shè)

3、備通訊和分布式控制系統(tǒng)，是一種異步半雙工通訊的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其物理接口采用RS485方式。通訊協(xié)議、控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間可以通訊，目前已經(jīng)成為一種工業(yè)通用的標(biāo)準(zhǔn)。不同的控1制設(shè)備可以連接成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控和控制.Modbus網(wǎng)絡(luò)屬于一種主從網(wǎng)絡(luò)，允許一個(gè)主機(jī)和一個(gè)或多個(gè)從機(jī)通信。它采用命令/應(yīng)答方式，每種命令報(bào)文都對(duì)應(yīng)著一種應(yīng)答報(bào)文。命令報(bào)文由主機(jī)發(fā)出，當(dāng)從機(jī)收到發(fā)給自己的報(bào)文后，就發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文進(jìn)行響應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)從機(jī)都必須分配給一個(gè)唯一的地址，主機(jī)發(fā)出的命令中含有要求訪問的從機(jī)地址，只有具有該地址的從機(jī)才會(huì)對(duì)該命令響應(yīng)。在Modbus協(xié)議中使用RTU和A

4、SCII兩種傳輸模式。RTU模式的傳輸格式是8個(gè)數(shù)據(jù)位，2個(gè)停止位，沒有奇偶校驗(yàn)位。RTU接收設(shè)備依靠接收字符間經(jīng)過的時(shí)間判斷一幀的開始，如果經(jīng)過3個(gè)半的字符時(shí)間后仍然沒有新的字符或者沒有完成幀，接收設(shè)備就會(huì)放棄該幀，并設(shè)下一個(gè)字符為新一幀的開始。在RTU模式中，1字節(jié)的信息作為一個(gè)8位字符被致；而在ASCII模式中則作為兩個(gè)ASCII字符被致。如“08”致時(shí)，采用RTU模式時(shí)為“00001000”，然而采用了ASCII模式則成為“00110000”+“000111000“(ASCII字符的“0”和“8”)。因此，致同樣的數(shù)據(jù)時(shí)，RTU模式的效率大約為ASCII模式的兩倍，一般采用RTU模式。

5、3.監(jiān)控系統(tǒng)的功能與作用空壓機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)的目的在于解決空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)的不穩(wěn)定性及壓風(fēng)機(jī)房操作、運(yùn)行和管理效率低下，浪費(fèi)人力、物力的問題，加快信息傳遞、交換和處理速度，保證監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性，提高控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化和人性化水平。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能：提高空壓機(jī)供電系統(tǒng)的可靠性，并且顯示兩路供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)；監(jiān)控人員在主控室可以對(duì)四臺(tái)空壓機(jī)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程啟動(dòng)和停止控制；對(duì)每臺(tái)空壓機(jī)的溫度可進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)量，并設(shè)定報(bào)警溫度；對(duì)供氣壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)供氣壓力欠壓和過壓報(bào)警；可以遠(yuǎn)程設(shè)定供氣壓力參數(shù)，且參數(shù)可以在線進(jìn)行修正；實(shí)現(xiàn)各種故障情況下的報(bào)警和正常運(yùn)行的工作報(bào)表。4.監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)

6、構(gòu)與實(shí)現(xiàn)GA55P-3型號(hào)的壓縮機(jī)控制核心采用的是ELEKTRONIKONMkI控V制器，該控制可以采用本地控制方式也可以采用網(wǎng)絡(luò)或者M(jìn)odbus協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，但實(shí)現(xiàn)這種控制方式，配置專用的網(wǎng)絡(luò)模塊服務(wù)器AtlasCopcosModbus-ProxyServer，作為交換機(jī)，工作面控制機(jī)作為上位機(jī)，PLC作為從機(jī)的控制器。通過Modbus協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)控制壓縮機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如1所示。對(duì)于每臺(tái)ELEKTRONIKONMkIV控制器的空壓機(jī)都有其唯一的節(jié)點(diǎn)地址，通過Modbus協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。PLC采用FX2N-48ER系列，具體參數(shù)選擇如下章，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)這個(gè)

7、空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及兩路供電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，系統(tǒng)集通信、控制、報(bào)警于一身。系統(tǒng)的監(jiān)控原理如圖1所。圖1遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.1地址的分配Modbus是一個(gè)請(qǐng)求應(yīng)答協(xié)議，并且提供功能碼規(guī)定的服務(wù)。當(dāng)在Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，Modbus協(xié)議決定了每個(gè)控制器的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出?？刂破髂茉O(shè)置為兩種傳輸模式(ASCII或RTU)中的任何一種，在標(biāo)準(zhǔn)的2Modbus網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信,采用Modbus協(xié)議的RTU傳輸模式來(lái)實(shí)現(xiàn)在較短的時(shí)間內(nèi)盡可能多數(shù)據(jù)傳輸量。ELEKTRONIKONMkIV控制器采用RS485接

8、口。其端口引腳分配為如表1所示：表1ELEKTRONIKONMkIV控制器地址的分配接口引腳實(shí)現(xiàn)功能1GND2Reserved3TxD/RxD+4RTS5GND*6+5V*7Reserved8TxD/RxD-9Reserved4.2傳輸模式MODBU通S信協(xié)議的某些特性是固定的，如幀格式、幀順序、通信錯(cuò)誤、執(zhí)行任務(wù)功能；其他特性是用戶可選的，如傳輸介質(zhì)、波特率、字符奇偶校驗(yàn)、停止位個(gè)數(shù)及傳輸模式，數(shù)據(jù)信息傳輸為RTU模式的幀格式如表2所示：表2MODBUS通信協(xié)的議幀格式起始位碼終端設(shè)備地址數(shù)據(jù)信息內(nèi)容CRC校驗(yàn)結(jié)束位碼T1T2T3ADDRESS8bit8bit16bitCRCT1T2T3其中

9、，T1T2T3不代表數(shù)據(jù)，僅表示3個(gè)字符的傳輸時(shí)間，用于保持幀同步.若接收數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔超過3個(gè)字符傳輸時(shí)間，則認(rèn)為隨后接收的數(shù)據(jù)為地址字段；地址字段為從機(jī)地址，數(shù)據(jù)字長(zhǎng)為8位二進(jìn)制數(shù)；數(shù)據(jù)字段內(nèi)包含從機(jī)執(zhí)行某類任務(wù)的功能代碼、地址參數(shù)或數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)字長(zhǎng)與功能代碼有關(guān)；通信線路受到干擾時(shí)可能會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)，為減少傳輸錯(cuò)誤，可采用適當(dāng)編碼來(lái)檢錯(cuò)。MODBUS通信協(xié)議對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的處理方法為：若信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如從機(jī)地址非法、冗余校驗(yàn)出錯(cuò)），此類錯(cuò)誤屬于通信出錯(cuò)，報(bào)文被認(rèn)為不可靠，從機(jī)不對(duì)此作出應(yīng)答；若功能字段非法或數(shù)據(jù)地址非法而校驗(yàn)正確，此類錯(cuò)誤屬于人3為操作錯(cuò)誤，從機(jī)對(duì)此報(bào)文回發(fā)出錯(cuò)應(yīng)答信息

10、。4.3通訊的實(shí)現(xiàn)Modbus協(xié)議通訊時(shí)主機(jī)首先向從機(jī)致通訊請(qǐng)求命令字符串，從機(jī)接收到命令字符串后，根據(jù)命令字符串中的命令碼向主機(jī)作出相應(yīng)的回答，完成一次通訊，整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)通訊都是由主機(jī)進(jìn)行調(diào)度。Modbus功能碼說(shuō)明如表3所示。表3Modbus功能碼說(shuō)明功能碼功能01讀取內(nèi)部數(shù)字量保持線圈狀態(tài)02讀取外部輸人數(shù)字量線圈、繼電器狀態(tài)03讀取內(nèi)部模擬量保持存儲(chǔ)器內(nèi)容04讀取外部輸人模擬量存儲(chǔ)器內(nèi)容05設(shè)置單一內(nèi)部數(shù)字量保持線圈狀態(tài)06設(shè)置單一內(nèi)部模擬量保持存儲(chǔ)器內(nèi)容07讀取內(nèi)部特定線圈狀態(tài)08通訊系統(tǒng)自診測(cè)試09OE無(wú)定義0F設(shè)置一組內(nèi)部數(shù)字量保持線圈狀態(tài)10設(shè)置一組內(nèi)部模擬量保持存儲(chǔ)器內(nèi)容以01

11、功能碼為例來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量數(shù)據(jù)讀取和遠(yuǎn)程操作功能的通訊過程，如表4、5所示。表401功能碼地址的功能設(shè)定表地址碼功能作用備注0001Stopped(=0)/Running(=1)停車/運(yùn)行0002Unload(=0)/Load(=1)卸載/加載0003GeneralWarning綜合報(bào)警0004GeneralShutdown-Warning綜合故障跳機(jī)+報(bào)警0005GeneralShutdown綜合故障跳機(jī)0006GeneralService綜合保養(yǎng)0007GeneralStartFailur綜合起動(dòng)失敗0008EmergencyStop緊急停機(jī)0009Manual(=0)/Automatic(=

12、1)手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行0010Local(=0)/Remote(=1)本地/遙控控制表5部分模擬量輸入地址和設(shè)定值表地址中文名稱報(bào)警值跳機(jī)值傳感器量程讀數(shù)進(jìn)程0002空氣出口壓力0.750.780-1.2Mpa0.01BAR0004油分離器壓力0.8X0.0-3.00.01BAR0010主機(jī)出口溫度100110-40-+9514.4軟件編程根據(jù)上述情況，主要控制采用PLC與其本身控制器，通過組態(tài)軟件編程實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)，PLC輸入量主要有：系統(tǒng)啟動(dòng)、上下限溫度設(shè)定開關(guān)輸入、上下限壓力設(shè)定開關(guān)輸入、壓力參數(shù)的模擬量輸入、溫度模擬量輸入、兩路電源的輸入檢查等；輸出量主要有：空壓機(jī)工作啟動(dòng)輸出、多

13、臺(tái)空壓機(jī)聯(lián)機(jī)工作條件輸出、兩路電源工作切換控制輸出、相應(yīng)的報(bào)警輸出等；文本顯示主要是通過對(duì)工作狀態(tài)即使檢查而生產(chǎn)的記錄，包括壓力溫度等參數(shù)。監(jiān)控人員在主控室可以對(duì)四臺(tái)空壓機(jī)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程啟動(dòng)和停止控制；對(duì)每臺(tái)空壓機(jī)的溫度可進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)量，并設(shè)定報(bào)警溫度；對(duì)供氣壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)供氣壓力欠壓和過壓報(bào)警；可以遠(yuǎn)程設(shè)定供氣壓力參數(shù)，且參數(shù)可以在線進(jìn)行修正；實(shí)現(xiàn)各種故障情況下的報(bào)警和正常運(yùn)行的工作報(bào)表。工藝情況選擇FX2N-48ER共輸入24；輸出24點(diǎn)（繼電器輸出方式），選擇FX2N-4AD，4通道A/D兩塊、FX2N-485-BDRS-485通訊板一塊。壓力傳感器為0-1.5Mpa，實(shí)現(xiàn)對(duì)供氣管道

14、壓力測(cè)量。軟件編程采用組態(tài)王6.5，通過總線把上位機(jī)與PLC進(jìn)行連接，PLC通過RS485通信外，還與其它輸入和輸出連接，對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，參數(shù)設(shè)定通過上位機(jī)設(shè)定，各種運(yùn)行參數(shù)文本，都保存在上位機(jī)上，可以查閱狀態(tài)。編程有參數(shù)設(shè)定頁(yè)面、啟動(dòng)運(yùn)行頁(yè)面、正常工作頁(yè)面、日志記錄頁(yè)面。其中故障顯示在正常工作頁(yè)面，在各頁(yè)面上設(shè)定有相信的操作按鍵。其軟件編程結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2軟件編程結(jié)構(gòu)圖組態(tài)王作為一個(gè)開放型的通用工業(yè)監(jiān)控軟件，支持工控行業(yè)中大部分國(guó)內(nèi)常見的測(cè)量控制設(shè)備。用戶在使用過程中無(wú)須熟悉復(fù)雜的通信協(xié)議、無(wú)須掌握太多的編程技術(shù)，只需按照規(guī)定的步驟設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)和使用其圖形界面系統(tǒng)就可以方便地進(jìn)行設(shè)備的連接、畫面的開發(fā)、簡(jiǎn)單程序的編寫從而