基于DCS的空压站监控系统设计与实现
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【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dcs和PLC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PC和PLC、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MODBUS通讯协议，MPI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。
【Abstract】Combined with the development trend and status of air compressor station monitoring system at home and abroad， according to the problems of the distributed artificial operation， independent operation and weak monitoring ability of the equipment， a real-time control， detection， diagnosis and alarm design scheme is constructed based on DCS and PLC technology. The design of air compressor station centralized monitoring system based on integrated PC and PLC， configuration software is studied. The system uses MODBUS communication protocol， MPI communication， combined with two bussing technologies， solves the problems of control lag and process monitoring failure， and improves the stability and reliability of the monitoring system.
【关键词】空压站；DCS；PLC；MODBUS
【Keywords】air compressor station； DCS； PLC； MODBUS
【中图分类号】TL362 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0128-02
1 系统的总体方案及设备组成
1.1 系y总体方案
为了便于操作人员集中对设备的监控，系统采用PLC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PLC、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采用美国阿特拉斯・科普柯公司固定式离心空压机。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（PC）、冷却循环水系统PLC、控制柜内PLC，空气压缩机以及各种通讯模块组成。其中工业计算机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PLC负责。冷却循环水系统PLC及其控制柜内PLC与工控机PC之间采用MPI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[1]。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MODBUS、MPI、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PLC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]，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.PLC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，2012，32（1）：82-85.
【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，2005，5（1）：27-29.