空氣壓縮機監控系統設計及應用

馬 云，晁 陽，李紅旗，劉福剛，楊程華

（中國石油吐哈油田公司物資保障中心，新疆鄯善 838202）

0 引言

空壓站5 臺空壓機和冷干機系統是井下作業物料干混系統的核心氣源動力系統，干混站和空壓站相距較遠，為實現干混站遠程監控5 臺空壓機和5 臺冷干機系統，設計一套基于PLC 和單片機通信的空壓機無線監控系統，該系統通過Modbus RTU通信實時采集10 臺下位機生產運行數據，并通過DTU（Data Transfer Unit，數據傳輸單元）將數據無線傳輸至干混站調度監控網絡中心，同時運用組態開發技術，設計出人機互動監控系統，從而實現了10 臺設備的遠程監視和控制。監控系統通過對比下游干混運行數據，合理調控供氣量，及時控制干混負荷，為干混系統的安全運行提供重要數據。

1 方案設計

1.1 總體設計

5 臺空氣壓縮機控制系統為復盛公司專用PLC，PLC 預留兩路RS 485 串口通信接口，其中一路由空壓機操作面板占用，另一路備用，能夠將機組運行壓力、溫度、運行時間、報警信息等據采集傳輸至DTU。

空壓機和冷干機控制系統通信端口無光電隔離，且控制柜存在磁場干擾，所有通信信號增加485 隔離系統，以安全保護空壓機和冷干機控制器。

干混站監控系統使用亞控Kingview 7.5 工業監控軟件開發，實時數據通過DTU 模塊Modbus RTU 通信連接至數據庫詞典，從而實現機組運行參數的關聯和顯示，同時機組實時運行數據通過ODBC（Open Database Connectivity，開放數據庫連接）連接和SQL 編程，定時存入Sqlserver 數據庫中，以實現歷史數據查詢功能。空壓機監控系統總體結構如圖1 所示。

圖1 空壓機監控系統結構框架

1.2 設備地址分配

Modbus RTU 通信運行的物理層是RS 485 接口，在Modbus RTU 數據通信中，每臺設備地址唯一。由于3 臺冷干機通信參數與其他7 臺設備不一樣，故Modbus RTU 通信分成兩路參數通信，信息見表1。

表1 10 臺設備地址和通信參數配置

1#和5#冷干機控制系統使用ZX-WR-II 型單片機系統，該系統無通信端口，可將A 塔和B 塔吸附再生、運行停機、報警、遠程控制等狀態開關量信息通過增加中間繼電器控制系統（Revision Control System，RCS）和遠程控制終端（Remote Terminal Unit，RTU）的方式實現Modbus RTU 數據遠傳通信功能。

2#、3#和4#冷干機控制系統采用ZXK-ZHXL-II 型單片機系統，該系統預留一路RS 485 通信端口，但由于和其他7 臺設備不能配置成相同的通信參數，無法與空壓機、1#和5#冷干機控制系統（1#網絡）并網傳輸，只能將2#、3#和4#冷干機獨立通信（2#網絡）。DTU 包含兩個RS 485 接口，A1、B1 口傳輸1#網絡數據，A2、B2 口傳輸2#網絡數據，兩路網絡數據通過主站DTU 數據打包無線傳輸至從站DTU，從站DTU 通過RS 485 轉USB（Universal Serial Bus，通用串行總線）實現工控機的連接通信。

1.3 DTU 數據處理

10 臺設備數據通過Modbus RTU 功能碼1 和4 讀至DTU。而5 臺空壓機Modbus 功能碼4 的9 號字前四位地址位分別是遠程啟機、遠程停機、遠程卸載、遠程加載位。按照手冊要求功能碼4 的9 號字只寫不讀，因此需編寫邏輯程序實現控制功能。考慮到遠程開機和加載存在安全隱患，本方案未實現遠程啟機和加載功能，DTU 定義了遠程停機、遠程卸載內存開關量變量，實現對卸載和停機的寫功能（圖2）。

圖2 DTU 遠程停機和卸載控制邏輯

每臺空壓機和2#、3#、4#冷干機報警數據通信字含有16 個報警信息，在DTU 中定義了報警開關量。通過邏輯與實現報警信息的讀操作，例如地址40007 第4 位和第5 位分別為排溫高報警和相序錯誤，則排氣溫度高報警和相序錯誤的關系式為：

排氣溫度高報警=（地址40007&8）==1

相序錯誤報警=（地址40007&16）==1

同理，空壓機和冷干機各閥位的狀態通過邏輯與實現狀態判斷。

1.4 監控系統設計

監控系統界面按照用戶需求設計為七大模塊，分別為主界面、冷干機流程界面、實時數據曲線界面、歷史曲線界面、歷史報警查詢界面、遠程控制界面、用戶登錄和注銷界面。

通過數據一一映射，10 臺設備的關鍵數據顯示在主界面上，監控系統定義了管理員角色，以實現權限遠程控制功能。

在數據存儲過程中，空壓機和冷干機可通過記錄體的方式將實時數據存入數據庫，SQL 語句如下：

SQLInsert(\本站點DeviceID，"運行參數表"，"n 號設備")

其中，n=1～5。

機組出現報警或故障時，監控系統能自動發現和彈出實時報警和觸發報警數據錄入數據庫指令，報警記錄可以從歷史報警查詢界面獲取。

2 小結

本文提出的設計方案，充分考慮了復雜的電磁干擾工業環境，項目采用無線通信技術和Modbus RTU 通信技術結合的模式實現了工業數據無線采集與傳輸[1]。投運以來，空壓機監控系統運行安全平穩可靠，實現了10 臺設備的無人值守，有效減小了巡檢勞動強度，實現降本增效。該系統具有較高的復制性，可以應用于其他工業生產。