基于MODBUS总线协议的压风机联控系统

基于MODBUS总线协议的压风机联控系统
李标;杨晓辉;刘志德
【摘要】论文主要针对矿井压风机采用人工操作过程中存在的弊端,设计了一套基于MOUDBUS总线协议的压风机联控系统.该系统采用西门子300系列PLC为控制核心,通过PROFIBUS-DP转MOUDBUS网关实现与压风机的通讯,实现对压风
机内部数据的采集、上传、报警、智能控制等功能.其中智能控制功能可实现压风
机房的无人值守,对实现智慧矿山打下铺垫.
【期刊名称】《机电产品开发与创新》
【年(卷),期】2016(029)001
【总页数】3页(P83-85)
【关键词】压风机;MOUDBUS;PLC;无人值守
【作者】李标;杨晓辉;刘志德
【作者单位】煤炭科学技术研究院有限公司装备分院,北京100013;煤炭科学技术
研究院有限公司装备分院,北京100013;辽宁工程技术大学,辽宁葫芦岛125105【正文语种】中文
【中图分类】TP29
矿井压风机是现在煤矿或非煤矿山主要的动力设备之一，为矿山的风动力设备提供动力源，承担着保障矿山生产的重大任务。

目前由于环境与技术等因素限制，许多工矿企业对压风机的控制采用人工就地控制，但压风机房压风机运转的噪音很大，对工人的身心健康会产生一定的影响，不利于
矿山企业的安全生产［1］。

并且人工控制还会造成各个压风机运行时间的不均等，会造成个别压风机运行时间过长、负荷过大等问题，导致影响其使用寿命和稳定运行［2］。

基于以上问题作者设计了一套基于MODBUS总线协议的压风机联控系统
本系统结构图如图1所示。

压风机群监控系统主要由上位机（监控软件）、PLC
监控系统（下位机）、PROFIBUSDP转MOUDBUS网关及压机通讯接口单元组成。

上位机（监控软件）从PLC监控系统（下位机）采集信息，经过处理后，将
系统供气压力、温度、电流电压以及压风机状态等信息显示在上位机上，PLC监
控系统（下位机）通过PROFIBUS-DP 转MOUDBUS网关实时读取各个压风机通信接口单元采集到的压风机状态信息，同时将上位机（监控软件）输入的控制信息下发给压风机通讯接口；压风机通讯接口单元将压风机输出的触点信号转换成MOUDBUS总线数据，同时将PLC（下位机）通过MOUDBUS总线下发的控制
信息转换成压风机触点信号去控制各个压风机及相应的冷却水阀门的动作。

压风机群监控系统的主要功能有：
（1）自检功能：此功能的运用可在初始化过程中检测各台压风机机是否联网。

（2）报警参数的设置：通过上位机（监控软件）设置系统压力、温度等报警限值等。

（3）远程和智能控制功能：PLC可通过PROFIBUS-DP 转MOUDBUS网关远程对压风机进行启动、停止、加载、卸载控制，压风机因故障停机后，PLC将自动
解除其联控模式。

（4）实时在线监测供气系统功能：当系统中的一台压风机出现故障时，上位机弹出报警窗口，并显示故障原因，同时发出声光报警提醒调度室值班人员。

（5）实时显示功能：各个压风机系统的压力、温度、电流电压等数据以及压风机的运行状态在上位机（监控软件）上实时显示，使得调度室值班人员对压风机的
运行状况得到直观的了解。

（6）历史数据存储与报警存储功能：系统可存储5年以上的设备运行参数等历史数据信息，以及设备的报警和故障信息（每分钟存储一次）。

（7）历史数据查询功能：可查询任意时刻历史数据，并打印已查询的设备运行参数［4］。

（8）配备OPC通讯接口，便于接入综合信息自动化平台，有利于矿山企业的集
中管理。

2.1 PLC系统软件设计
PLC的编程软件采用STEP7 V5.4编程软件进行开发。

在硬件组态中，添加该PROFIBUS-DP转MOUDBUS网关的GSD文件，并做好相应的配置。

在软件编
程中，使用结构化编程方式，编写通用程序块将结构和控制功能相似的程序反复调用该功能块，将该程序块赋予不同的参数，以实现不同的控制功能。

程序运行时，通过主程序OB1反复调用各种功能块FB、FC来完成控制任务，该
系统关键在于PLC通过PROFIBUS-DP转MOUDBUS网关与压风机通讯接口的
通讯，在功能块FC中调用系统功能块SFC14和SFC15来实现通讯数据的发送与接收，在PROFIBUS-DP转MOUDBUS网关中设置好相应的MOUDBUS通讯的设置如下图所示，图2为MOUDBUS通讯的基本参数配置，图3为读取压风机MOUDBUS通讯寄存器的参数配置。

并将读取到的数据放入到OB背景数据块中，如果某些参数需要进行修正则在FC功能快中修正后再放入相应的OB背景数据块中，上位机通过OB背景数据块进行数据的读取与下发。

2.2 上位机系统设计
在本系统中上位机软件采用力控Forcecontrol 7.1为平台进行二次开发，自主开
发的人机交互系统界面，方便直观的显示压风机运行参数，对全矿的安全生产提供保障。

在上位机系统中开发了多个监控界面，有压风机运行监测界面、压风机参数显示界面、报警查询界面、报表查询界面等多个界面。

上位机系统设定了多个操作权限（用户名、密码），最高权限具备远程控制功能，可远程操控空压机的启动、停止、加载、卸载等功能［3］。

压风机集控系统界面如图5所示。

湖南柿竹园有限公司东波多金属采矿厂配备9台地面固定式压风机，9台均为柳州富达机械有限公司生产的压风机，该厂压风机为矿山风动设备提供风动力，工作台数比较多，设备的开停均由人工操作，并有人24小时值班，人工定时抄写压风机运行数据，同时大量的噪音严重影响工人的身心健康，对煤矿的安全生产存在隐患。

因此，该矿安装了基于MODBUS总线协议的压风机联控系统，实时在线监测压
风机运行数据。

当润滑油压力低于0.25MPa时，系统发出报警，并弹出相应的报警界面，PLC发出停机指令；当润滑油的温度达到60℃时，上位机报警；当压风
机的一级排气压力高于0.24MPa时，上位机报警；当压风机二级排气压力高于
0.75MPa时，上位机报警，PLC发出停机指令；当压风机二级排气温度高于150℃时，上位机报警，PLC发出停机指令［3］。

压风机房中每台压风机配备了一个高压配电柜，配电柜中配备3台电流互感器和
一个电压互感器，用以监测压风机的启动状态。

本系统工作期间运行稳定，测量精准，实现了对整个压风机房的压风机的远程监测与控制，实现了无人值守功能。

基于MOUDBUS总线协议的压风机联控系统，实现了压风机房的无人值守，同时可以及时的、方便的、直观的了解每台压风机的工作状况、启动状况，能够使压风机始终处于一个最佳状态进行工作，大大提高了压风机工作的可靠性，同时还为压风机的保养和维护工作提供一定的参考，提高了矿山企业对空压机的管理水平［5］。

【相关文献】
［1］毕伟，任国华，姚连杰．基于PLC的压风机模糊控制系统设计［J］．自动化与仪表，2011，7.
［2］王浩君．空压机联控系统设计［D］.武汉：湖北大学，2009.
［3］槐利，谭一川，程玉龙.基于PLC的煤矿压风机自动控制系统［J］.工矿自动化，2012，4. ［4］孔德文，林惟锓，蔡茂林，杜丙同.基于现场总线的螺杆空压机群控制系统设计与实现［J］.
机床与液压，2011，9.
［5］沈艳河，李文艺，王延波.中色科技空压机联控系统设计［J］.黄河水利职业技术学院学报，2015，7.。