淺析PLC在原料氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

王如燁 張多俊 王朕 邢宏宇

摘要：原料氣壓縮機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中有著較為廣泛的運(yùn)用，將PLC應(yīng)用于原料氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中能夠極大的提升壓縮機(jī)的自動(dòng)化控制水平，保障其安全、可靠運(yùn)行。基于此，本文對(duì)原料氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用展開了分析和研究，希望能夠給相關(guān)工作人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：原料氣壓縮機(jī);PLC控制系統(tǒng)

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速，壓縮機(jī)作為重要的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行研究是非常必要的，在目前商用的壓縮機(jī)中，通常將多臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)集中的壓縮機(jī)組。而可編程邏輯控制器（PLC）由于具有優(yōu)良的可靠性與穩(wěn)定性，能適應(yīng)較為嚴(yán)厲的工業(yè)環(huán)境，且易于與工業(yè)控制元件連接并控制。因此，設(shè)計(jì)了基于PLC的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，使之達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

1 PLC在工業(yè)機(jī)電控制系統(tǒng)中應(yīng)用

本文針對(duì)某工業(yè)機(jī)電控制系統(tǒng)中PLC技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐視角針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的原料氣壓縮機(jī)控制單元進(jìn)行了實(shí)踐分析。目前工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，PLC 在工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用相對(duì)較為全面。由于采用梯形圖形式，進(jìn)行邏輯循環(huán)進(jìn)行計(jì)算的方式，可快速對(duì)各項(xiàng)機(jī)電設(shè)備裝置運(yùn)行參數(shù)及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、預(yù)警和響應(yīng)，且較為容易操作，易于維護(hù)，能夠靈活對(duì)不同子系統(tǒng)之間進(jìn)行指令控制或監(jiān)測(cè)中心運(yùn)行界面實(shí)時(shí)切換。極大的降低了壓縮機(jī)組系統(tǒng)事故的發(fā)生率，另外，能對(duì)監(jiān)控的不正常事故信息和歷史事故進(jìn)行備份。從而為工業(yè)系統(tǒng)在壓縮機(jī)方面的維護(hù)和及時(shí)進(jìn)行故障排除提供了有力的依據(jù)。

1.1 PLC 技術(shù)

PLC 是Programmable Logic Controller 的縮寫，PLC 技術(shù)控制系統(tǒng)通過邏輯計(jì)算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和計(jì)算系統(tǒng)外接收的數(shù)據(jù)信號(hào)，再將執(zhí)行指令通過存儲(chǔ)器和傳輸設(shè)備進(jìn)行輸出。

1.2 PLC 技術(shù)作用于工業(yè)機(jī)電控制系統(tǒng)中的概述

隨著不同領(lǐng)域計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，工業(yè)體系也成功地采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)。PLC 技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各子系統(tǒng)中，有效應(yīng)用編程軟件對(duì)各運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)分析監(jiān)測(cè)和控制。由于PLC 是一種在數(shù)字模型運(yùn)算下實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，可以經(jīng)過計(jì)算分析和實(shí)時(shí)存儲(chǔ)收集數(shù)據(jù)，進(jìn)而有效的保證工業(yè)機(jī)電系統(tǒng)各控制單元運(yùn)行安全及穩(wěn)定。

綜上，由于PLC 技術(shù)進(jìn)行機(jī)電控制采取梯形圖式，因而，工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際部署中，要確定統(tǒng)一的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通常采用PLC 輸入端來收集開關(guān)裝置和傳感裝置的信號(hào)發(fā)送到控制系統(tǒng)去，然后通過 CPU 調(diào)整收集的信號(hào)，最后通過計(jì)算運(yùn)行的數(shù)據(jù)得到分析的結(jié)果，從而通過PLC 對(duì)漏電保護(hù)、控制開關(guān)、繼電保護(hù)器等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋將調(diào)整后裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出從而有效實(shí)現(xiàn)控制管理。

1.2 壓縮機(jī)組

壓縮機(jī)組的關(guān)鍵控制參數(shù)為吸氣壓力，因此在吸氣集管處安裝吸氣壓力傳感器，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)到的壓力信號(hào)與PLC控制系統(tǒng)內(nèi)壓力設(shè)定值進(jìn)行比較，來控制壓縮機(jī)組內(nèi)各設(shè)備的啟停（及啟停設(shè)備的數(shù)量）。此外，為避免壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)對(duì)其造成損壞并節(jié)約能源，在壓縮機(jī)組的使用過程中，每次啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)，首先啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間累積最少的設(shè)備;同理，關(guān)閉壓縮機(jī)時(shí)，首先關(guān)閉運(yùn)行時(shí)間累積最長(zhǎng)的設(shè)備。

2 PLC控制系統(tǒng)

壓縮機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子公司的S7-200 作為其控制器。該控制器擁有豐富的輸入輸出端口，并有良好的拓展功能，能滿足一般要求的模擬量與數(shù)字量信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸。此外，由于S7-200 內(nèi)置PID 控制器，可以較為方便的實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的反饋控制。

2.1 PLC 控制器模塊選擇

中央處理單元：該壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中，選用CPU226作為其中央處理單元，包括有24 點(diǎn)輸入及16 點(diǎn)輸出，可以滿足一般壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中各壓縮機(jī)以及風(fēng)扇等開關(guān)與繼電器的數(shù)字量信號(hào)輸入與輸出要求。

模擬量輸入模塊：在此控制系統(tǒng)中，需要對(duì)其溫度及吸氣、排氣壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，上述測(cè)定值皆為模擬量輸入，因此，選擇使用模擬量輸入模塊EM231，將所得到的電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)輸入PLC。

通信模塊：為方便于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集中管理以及系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，可利用上位機(jī)組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制的作用。西門子S7-200PLC 與上位機(jī)之間利用TCP/IP 通信協(xié)議進(jìn)行傳輸。所利用的PLC 通信模塊為CP243-1，傳輸介質(zhì)為以太網(wǎng)，通過網(wǎng)線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.2 壓縮機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程

根據(jù)實(shí)際使用要求，壓縮機(jī)程序運(yùn)行流程為：（1）啟動(dòng)設(shè)備，初始化完成后，設(shè)定其溫度以及吸氣壓力所需控制范圍。（2）對(duì)系統(tǒng)的吸氣、排氣壓力以及溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。（3）系統(tǒng)進(jìn)行自檢，判斷是否滿足運(yùn)行條件，若不滿足，立即報(bào)警并停機(jī)檢修;若各設(shè)備狀態(tài)正常，進(jìn)如下一步。（4）判斷吸氣壓力是否處于設(shè)定范圍內(nèi)，啟停一定數(shù)量的壓縮機(jī)。（5）判斷排氣壓力是否處于設(shè)定范圍內(nèi)，啟停一定數(shù)量的風(fēng)扇?？刂葡到y(tǒng)依照上述控制流程不斷進(jìn)行信號(hào)采集與處理，控制壓縮機(jī)的動(dòng)作，使得冷庫能保持在合適的溫度范圍內(nèi)，滿足物品儲(chǔ)存條件。

2.3 上位機(jī)組態(tài)軟件

上位機(jī)組態(tài)軟件是控制系統(tǒng)中十分重要的一部分，可以通過軟件編寫及接口定義實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)顯示、報(bào)警以及控制的作用，其優(yōu)良的人機(jī)交互界面為操作者提供了良好的控制環(huán)境。本系統(tǒng)利用組態(tài)王軟件作為上位機(jī)操作平臺(tái)，對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行過程中溫度、吸氣壓力、排氣壓力等監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并能利用與PLC 的通信，完成如上節(jié)所述的控制流程。

3 小結(jié)

綜上所述，壓縮機(jī)應(yīng)用中如何保持其安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行一直是相關(guān)工作人員研究的一個(gè)熱點(diǎn)，可編程邏輯控制器（PLC）在壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠極大的提高壓縮機(jī)組的自動(dòng)化水平，配合以上位機(jī)軟件，PLC 技術(shù)及控制系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)中各個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)存在的安全隱患及故障能夠及早發(fā)現(xiàn)、及早預(yù)警、及早處理，從而有效減少了壓縮機(jī)組生產(chǎn)事故的發(fā)生概率，成為安全生產(chǎn)的重要技術(shù)保障，具有一定的推廣意義。

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