基于PLC和组态王的空压机监控系统设计.pdf

r 工业自动 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 2 ． 0 7 ． 0 0 4 基于P L C和组态王的空压机监控系统设计 宋蕊辰，庞之洋，李雁飞 海军工程大学 船舶与动力学院，湖北武汉4 3 0 0 3 3 摘要空压机是船舶高压空气系统最重要组成部分 ， 其运行状况直接影响到船舶的可靠性和生命力等性能指标。为了提高空压 机的运行 效率和 自动化 程度 ，利用组态 软件 “ K i n g Vi e w”与西门子 s 7 2 0 0P L c 设计 了空压机监控 系统 ，完成 了空压机启动 、定 时卸荷以及停车等控制过程，实现了空压机工作过程的状态显示、参数采集与记录以及自动报警等功能。运行情况表明该系统 工作可靠稳定。 关键词空压机；监控；P L C ；组态软件 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 2 0 70 0 1 3 0 3 De s i g n o f S u p e r v i s o r y Co n t r o l S y s t e m f o r Ai r Co mp r e s s o r Ba s e d o n PLC a n d Ki n g v i e w S ONG Ru i c h e n ，P ANG Z h i y a n g ，L I Ya n f e i C o l l e g e o f N a v a l A r c h i t e c t u r e a n dMa r i n e P o w e r ，N a v a l U n i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g ，Wu h a n 4 3 0 0 3 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e a i r c o mp r e s s o r i s t h e mo s t i mp o a n t c o mp o s i t i o n o f t h e h i g h p r e s s u r e a i r s y s t e m． Th e wo r k i n g s t a t e o f t h e a i r c o mp r e s s o r wi l l a f f e c t t h e b a t t l e a b i l i t y， l i f e a n d o t h e r f u n c t i o n o f t h e s h i p ． I n o r d e r t o i mp r o v e t h e e f f i c i e n c y a n d a u t o ma t i z a t i o n o f t he a i r c o mp r e s s o r s y s t e m，a mo n i t o r i n g s y s t e m i s d e s i g n e d b a s e d o n c o n f i g ur a t i o n s o f t wa r e a n d PL C， wh i c h r e a l i z e s t h e s t a r t u p， t h e t i mi n g b l o wi n g a n d s h u t t i n g -d o wn o f t h e a i r c o mp r e s s o r ． Th e r u n n i n g r e s u l t s h o ws t h a t t h e s y s t e m i s c r e d i b l e a n d s t a b l e ． Ke y wo r d s a i r c o mp r e s s o r ； s u p e r v i s e；PL C； c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e 空压机是船舶高压系统重要的组成部分 ，主 要用于生产压缩空气 ，以供 给启动柴油机和辅助 机械设备 的清洗等用 ，还可用于船舶气动机械的 压力能源，其运行的可靠性与稳定性是保证船舶 生命力、战斗力的前提条件n 。为了实现空压机安 全与高效的运行 ，提高空压机系统的自动化程 度 ，本文基于西门子 S 7 2 0 0 P L C与组态软件设计 了空压机的监控系统 。 采用 P L C与组态软件相结合 的监控系统 ，可 充分利用P L C 能适应各种恶劣的工作环境，模块 化结构，安装维护方便等特点，克服传统继电器 控制 的不足。完成对开关量和模拟量 的控制 ，在 满足系统对可靠性与稳定性控制的要求的同时， 应用组态软件开发人机界面 ，实现现场数据 的采 集 、处理，空压机工作过程的状态显示等功能 ， 大大提高了空压机系统的自动化程度，改善船员 收稿日期2 0 1 2 一O 1 1 7 的工作环境 。 1系统控制内容 本文的监控对象某型空气压缩机为立并单列 单缸二级差动水冷式空压机 ，它可 以把空气 由大 气压压缩至3 兆帕的压力，在国产船舶得到了广 泛应用 。该空压机工作时 ，空气首先进入一级气 缸进行压缩 ，排出后进人一级冷却器和一级油水 分离器 ，进而进入二级气缸进行压缩 ，排 出后进 入二级冷却器和二级油水分离器，最后排出压缩 机。 根据实际需要 ，本监控 系统可以实现 以下控 制功能。 1 ． 1 运行模式 1 P L C自动运行模式 该运行模式下，P L C 根据采集的数据来进行 综合判断，进而发出启动、停车、卸荷等控制指 自动化 令，使得气瓶压力维持在设定值的上限与下限之 间，既满足工作需要，同时也能降耗节能。 2 手动运行模式 该运行模式通过就地操作台按钮独立 控制空 压机 的启动 、卸荷和停车 。 3 远程监控运行模式 在该运行方式下 ，工作人员可 以通过集 中监 控 室 内的上 位工控 机对空压 机运行 状况进 行监 控 ，系统对操作员有权限管理。只有一定权 限的 操作人员才能进行远程监控。 1 ． 2运行过程的监控 1 实现各监控参数的自动采集、记录与实 时动态显示 ； 2 能够根据检测到的信号来判断空压机的 工作状况，发生故障时实现参数 自动报警和相关 的保护措施 ； 3 实现空压机的启动、自 动卸荷和停车。 2 可视化监控 系统设计 2 ． 1系统的硬件设计 本系统硬件环境如图 1 所示 ，主要包括 工 控机 、S 7 2 0 0 P L C控制器 、压力传感器 、温度变 送器 、各级电磁截止阀等。 图 1 空压机监 控系统硬件组成 本系统的输入信号为各压力传感器和温度 变送器的信号 ，包括滑油压力 、冷却水压力 、 一 级 排气 压力 、二级排气 压力 、风包压 力 、一 级排气温度、二级排气温度 、滑油温度 、冷却 水 出水 温 度和 风包温度 ，压力 信号 和温度信号 输入 到现场 的 S 7 2 0 0 P L C，P L C再 通过串 口与上 位 机连接 ，将 信号传 送到组 态软件 中进行 动态 显示 、记录以及判断空压机的工作状况 ，监控软 件根据空 压机 的工 作状态来 执行相 应 的判断程 序 ，通过控制继 电器来控制各级 电磁 阀的开关 ， 从 而实现 空压机 的启动 、停 车和 自动卸荷 等功 能，保证系统安全高效的运行，并实现 自动报警 和相关的保护措施 。 2 ． 2 软件设计 2 ． 2 ． 1 监控界面设计 本 系统 上位 机软件设 计采 用 国产组 态软件 “ K i n g V i e w ” ，利用其强大 的图形组态功能和脚 本语言完成监控界面 的设 计 、过程控制的实现 、 参数报警以及安全保护措施等几个部分。 监控界面的设计主要实现人机交互功能 ，包 括 监控主界 面 、状态 监测 界面 、报 警查询 界面 以及历史 曲线界面等四个界 面 ，其 主界面如 图2 所示 。 图 2 空压机监 控系统主界面 系统采用 P C 机作为上位机远程监控站 ，通过 组态软件监视空压机 的运行状况 ，查看压力 、温 度等实 时数据 ，记录并储存历史数据 ，提供数据 的查询和打印功能。当现场设备有动作或出现故 障时能够弹出提示消息并记 录储存下来 ，在远程 监控允许的情况下 ，值班人员还可以远程监控空 压机 的工作状态。远程监控改善 了工作人员 的工 作环境 ，大大提高了船舶 自动化程度 ，是船舶动 力装置发展的需要。 监控面板上还包括手 自动转换开关 、应 急停 车按钮和声光报警等。 r T ■ ■ ● _ 一 1 ＼ ＼ 1 4＼ _ | ， 工业 自动 2 ．2 ．2 过程控制设计 下位机采用西 门子 s 7 2 0 0 P L C I 的S T E P 7 一 Mi c r o ／ WI N编程软件来设计控制程序 ，完成模拟量与 开 关量 的输入 和输 出 ，实 现空压 机 的启 动 、停 车 、卸荷、故障报警和远程监控等功能。P L C 作 为监控系统的下位机 ，完成对现场数据采集 ，将 数据传至上位机，接受上位机发出的控制信号， 并控制现场设备 。其设计 主要包括启停操作过程 的 自动控制模块 、手动控制模块 、模拟量处理模 块 、与上位机 的通讯模块 和报警模块 。主程序流 程如图3 所示 。 图 3 控制主程序流程图 3 结束语 本文所设计的空压机监控系统具有以下特点 1 监控现场采用 P L C控制器 ，具有工作可 靠 ，编写程序方便 ，适应恶劣环境 ，调试方便等 特点； 2 上位机采用组态软件完成监控平 台 ，充 分利 用组 态软件 丰富 的图形库 、驱 动 以及控 件 等 资源 ，所设计 的人机 界面 友好 ，成功实 现 了 系统 的实时监测 、数 据采集 和查询 以及报警 功 能 ，并 实现 了远程监 控 ，减 少 了人 员现场工 作 时 间； 3 利用组态软件的脚本程序语 言成功实现 了压缩机的启动 、停车和卸荷等控制过程 ，保证 压缩机安全高效运行。 该系统 已进入实用 阶段 ，现场调试和运行状 况表 明，该 系统运行稳定 ，安全可靠 ，提高了空 压机 的运行效率 ，大大提高 了空压机监控和管理 的 自动化水平。 参 考文献 [ 1 ]高翔． 船舶辅助机械 [ M]． 北京国防工业出版社， 2 0 0 5 ． [ 2 ]李雁飞，张卫 东，陈国钧． 基于监控组态软件的压缩 机监控 系统 [ J ]． 舰船科学技术，2 0 0 5 4 3 2 3 4 ． [ 3 ]K i n g v i e w V e r t i o n 6 ． 0使用手册 [ z ]． 北京亚控科技发 展有限公司． 2 0 0 7 ． [ 4 ]孙承 志 ，徐 智 ，张 家海 ，等． 西 门子 s 7 2 0 0 ／ 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C基础与应用技术 [ M]． 北京机械工业出版 社 ．2 0 0 9 ． 第一作者简介宋蕊辰 ，男 ，1 9 8 7 年生 ，辽宁鞍山人，硕 士研究生。研究领域机舱 自动化及计算机仿真。 编辑 阮毅