基于PLC的壓風機風包溫度監(jiān)控系統(tǒng)的研制

代業(yè)濱

【摘 要】本文采用PLC對礦山空氣壓縮機風包進行溫度監(jiān)控，取代傳統(tǒng)的電器控制手段，獲取更高的經(jīng)濟效益和安全性能。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器；空氣壓縮機；溫度采集；數(shù)據(jù)傳輸

空氣壓縮機是礦山生產(chǎn)重要的四大固定設(shè)備之一，空壓機的風包是受壓容器，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：“風包內(nèi)的溫度應(yīng)保持在120℃以下，并裝有超溫保護裝置，在超溫時可自動切斷電源和報警?！蔽业V原來使用的超溫報警裝置為WMZK-02型溫度指示控制儀，經(jīng)常性發(fā)生誤報及無溫度指示的情況。為提高風包溫度監(jiān)控的可靠性及職能化水平，對風包溫度監(jiān)控系統(tǒng)進行重新改造設(shè)計。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由三菱Fx-2N系列PLC、三菱模擬量模塊FX2N-4DA、溫度采集模塊R-8034、開關(guān)電源、數(shù)字顯示電路、指示及顯示設(shè)定電路、溫度傳感器熱電阻等構(gòu)成。

系統(tǒng)以PLC作為主控器，通過RS485與溫度采集模塊R-8033進行通信，把采集到的各風包溫度傳輸?shù)街骺仄鳌Ｔ赑LC內(nèi)部通過與設(shè)定好的上限溫度進行比較，進而作出是否超溫的判斷，以作出是否發(fā)出停機的命令。同時設(shè)定顯示電路把指定的溫度顯示在數(shù)字顯示屏上。每天進行實驗時可以通過，實驗按鈕進行風包超溫實驗。同時本系統(tǒng)留有數(shù)據(jù)上傳接口可通過PLC的RS422接口把溫度及報警信息上傳上位機。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 可編程控制器（PLC）的優(yōu)點

1）編程方法簡單易用。

2）功能強，性能價格比高。

3）硬件配套齊全，用戶使用方便。

4）無觸點免配線，抗干擾能力強。

5）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試量少。

6）維修工作量少，維修方便。

7）體積小，能耗低。

2.2 溫度采集模塊的應(yīng)用

R-8033是38路模擬量熱電阻輸入模塊。分辨率為24位，熱電阻類型可設(shè)定為PT100、Cu50、Cu100，本設(shè)計選用PT100。

由于R-8033溫度采集模塊采用RS-485通訊方式，可遠距離通訊，系統(tǒng)所有模塊只需要用一條通訊線進行連接，具有高通訊速率，高采樣分辨率，智能化、光電隔離、強抗干擾和雙看門狗設(shè)計，使系統(tǒng)的可靠性增強，數(shù)據(jù)高速I/O成為可能，軟件開發(fā)也較為容易。

系統(tǒng)可根據(jù)測量的溫度點數(shù)任意增減模塊數(shù)量，配置靈活，端子可插拔，采用導(dǎo)軌式安裝，施工維護及其方便。

2.3 可編程控制器模擬模塊FX2N-4DA

模擬量輸出模塊（D/A模塊）是將PLC處理后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需求。模擬信號輸出接口一般由光電隔離、D/A轉(zhuǎn)換、信號驅(qū)動等環(huán)節(jié)組成。FX2N-4DA是一種4通道模擬量輸出模塊。在本設(shè)計中通過PLC控制FX2N-4DA輸出相應(yīng)的模擬量輸出到數(shù)字顯示電路，以顯示相應(yīng)的溫度。

2.4 數(shù)字顯示電路的設(shè)計

基于ICL7107數(shù)字電壓表的設(shè)計的設(shè)計，ICL7107是目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字測量系統(tǒng)是一種集三位半轉(zhuǎn)換器段驅(qū)動器位驅(qū)動器于一體的大規(guī)模集成電路，ICL7107是目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字測量系統(tǒng)的一種31/2位A/D轉(zhuǎn)換器，能夠直接驅(qū)動共陽極數(shù)字顯示器，夠成數(shù)字電壓表，此電路簡潔完整，ICL7107是目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字測量系統(tǒng)是一種集三位半轉(zhuǎn)換器段驅(qū)動器、位驅(qū)動器于一體的大規(guī)模集成電路，主要用于對不同電壓的測量和許多工程上的應(yīng)用，調(diào)頻接口電路，它采用的是雙積分原理完成A/D轉(zhuǎn)換，全部轉(zhuǎn)換電路用CMOS大規(guī)模集成電路設(shè)計。應(yīng)用了ICL7107芯片數(shù)碼管顯示器等，芯片第一腳是供電，正確電壓時DC5V，連接好電源把所需要測量的物品連接在表的兩個端口，可在顯示器看到所需要結(jié)果。

主要有ICL7107和共陽極半導(dǎo)體數(shù)碼管LED組成。特點是：能夠直接驅(qū)動共陽極的LED顯示器，不需要外加驅(qū)動原件，使整機線路簡化；采用+5V和-5V兩組電源供電；LED屬于電池控制原件，芯片本身功耗較?。伙@示亮度較高。

3 傳感器的選擇及安裝

3.1 溫度傳感器選擇

鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測量準確度高，測量范圍大，復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好，被廣泛應(yīng)用于中溫（-200℃-650℃）范圍的溫度測量中。PT100是一種廣泛應(yīng)用的測溫元件，在-50℃-600℃范圍內(nèi)具有其他任何傳感器無可比擬的優(yōu)勢，包括高精度，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強等。

3.2 溫度傳感器安裝及其位置選擇

插入管的內(nèi)半徑是根據(jù)所選擇的溫度傳感元件而定的。一般可直接選購-200—600℃的PT100傳感器。溫度傳感器和溫度傳感器套管通過螺紋連接，接觸面通過耐溫密封圈密封，安裝在風包上預(yù)留的壓力表位置，從而避免了一切傷害風包的因素。插入管的壁厚與風包的厚壁之比直接影響到可靠性。當插入管厚壁大于或等于容器壁時，在開孔直徑相同的情況下，開孔邊緣的最大應(yīng)力與殼體的基本應(yīng)力之比最小，亦應(yīng)力集中系數(shù)最小。所以，應(yīng)盡可能選用厚壁較厚的鋼管。

4 系統(tǒng)程序設(shè)計

4.1 系統(tǒng)控制程序的設(shè)計

設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的一般步驟：

1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求；

2）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)；

3）選擇PLC；

4）分配PLC的I/O點，設(shè)計I/O連接圖。這一步可結(jié)合第2步進行；

5）進行PLC程序設(shè)計，同時可進行控制臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。

4.2 系統(tǒng)通信程序設(shè)計

PLC通過其RS-485接口與溫度采集模塊R-8033相連，當R-8033接收到PLC命令后，將其轉(zhuǎn)化為采集模塊的操作命令，并將執(zhí)行的結(jié)果打包回傳給PLC，作為PLC控制的依據(jù)。要實現(xiàn)PLC對R-8033的通訊控制，必須對PLC進行編程；通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC對采集模塊數(shù)據(jù)的采集。PLC程序首先應(yīng)完成FX2N-485BD通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉(zhuǎn)換和R-8033應(yīng)答數(shù)據(jù)的處理工作。R-8033通訊命令結(jié)構(gòu)：

命令格式：（Leading）（Address）（Coommand）（CHK）（cr）

響應(yīng)格式：（Leading）（Address）（Data）（CHK）（cr）

[CHK]2字符檢驗

[cr]命令結(jié)束符，字符返回（0x0D）

通過在PLC內(nèi)編制格式的命令程序以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入與讀出。

5 結(jié)語

本設(shè)計主要用應(yīng)用PLC來監(jiān)控空氣壓縮機風包溫度，實時觀測系統(tǒng)的運行狀況，以便用戶隨時了解系統(tǒng)信息。整個系統(tǒng)自動化水平比較高采用PLC控制和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)監(jiān)控大大減少了人力物力，對于溫度的變化能很快的做出反應(yīng)，輸出報警，停止空壓機運行。

【參考文獻】

[1]曹輝.可編程序控制器系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003：49-87.

[責任編輯：程龍]