PLC通訊接口在空氣壓縮系統(tǒng)集中控制中的應(yīng)用
發(fā)布日期：2016-03-04 來(lái)源：作者:劉世敏 上海英格索蘭壓縮機(jī)有限公司
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隨著空氣壓縮機(jī)不斷向大型化、智能化的方向發(fā)展，空壓機(jī)廠家推出了一種新的空壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完成對(duì)多個(gè)空壓機(jī)的全面監(jiān)控，并且可以對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的故障進(jìn)行智 能診斷。本文主要針對(duì)PLC通訊接口在空壓機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，闡述了PLC控制設(shè)計(jì)和空氣壓縮系統(tǒng)的關(guān)系。
一、技術(shù)原理
空壓站的自控系統(tǒng)可以通過(guò)現(xiàn)在比較流行的PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。 PLC通過(guò)通訊接口，實(shí)時(shí)采集部分空壓機(jī)控制器的運(yùn)行數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場(chǎng)控制室計(jì)算機(jī)屏幕上進(jìn)行顯示，同時(shí)PLC還可以對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行控制。雖然空壓機(jī)自帶的智能控制器已能很好地控制單臺(tái)空壓機(jī)，但其不具備對(duì)空壓系統(tǒng)的整體調(diào)控能力。在空壓系統(tǒng)中，相對(duì)于單臺(tái)空壓機(jī)的調(diào)整，對(duì)空壓系統(tǒng)的整體調(diào)控更具優(yōu)勢(shì)。PLC在空壓機(jī)控制系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)了重要的角色，利用其通訊接口，可實(shí)現(xiàn)空壓站房的無(wú)人值守和空壓系統(tǒng)的集中自動(dòng)控制。雖然各空壓站采用的PLC有所不同，但其通訊協(xié)議接口是相同的，本文主要涉及三菱Q系列PLC Modbus通訊接口方面的知識(shí)。
1、三菱Q系列PLC的相關(guān)配置
（1）硬件配置
打開(kāi)三菱全系列PIX編程與組態(tài)軟件GX Developer（本文所有測(cè)試與實(shí)例均基于該軟件8.52版本，撰寫本文時(shí)該軟件最新版本為8.66）。點(diǎn)擊項(xiàng)目左方導(dǎo)航欄中的[PLC參數(shù)]項(xiàng)。點(diǎn)擊PLC參數(shù)的最后一個(gè)選項(xiàng)卡[IO分配]，并在該選項(xiàng)卡中配置硬件，其中通訊模塊在[類型]項(xiàng)中應(yīng)配置為[智能]，[起始XY]項(xiàng)中應(yīng)配置1個(gè)32 bit的地址區(qū)域（每個(gè)單位代表1 bit，且為16進(jìn)制）。
（2）通訊模塊的開(kāi)關(guān)配置
點(diǎn)擊[開(kāi)關(guān)配置]按鈕，彈出開(kāi)關(guān)配置的窗口，在通訊模塊所在欄配置[開(kāi)關(guān)1〜5]，[開(kāi)關(guān)1]為端口1硬件參數(shù)，[開(kāi)關(guān)2]為端口1協(xié)議類型，[開(kāi)關(guān)3]為端口2硬件參數(shù)，[開(kāi)關(guān)4]為端口2協(xié)議類型，[開(kāi)關(guān)5]為模塊站號(hào)（對(duì)于Modbus RTU主站，輸入值無(wú)意義）。另外，可以使用“Q PLC串口模塊設(shè)置”軟件協(xié)助完成通訊模塊的開(kāi)關(guān)設(shè)置。
2、三菱Q系列PLC寄存器定義和使用
（1）X寄存器（輸入映像寄存器）
對(duì)于三菱Q系列，在 PLC中該寄存器為16進(jìn)制尋址，如第15個(gè)X寄存器為[XF]（而對(duì)于三菱FX系列PLC則不同，其寄存器為8進(jìn)制尋址）。 每個(gè)通訊模塊皆有32 bit長(zhǎng)度的X寄存器，其起始地址和結(jié)束地址由上述[IO分配]中的設(shè)定值決定。
(2)Y寄存器（輸出映像寄存器）
在Q系列PLC中該寄存器與X寄存器同為16進(jìn)制尋址。每個(gè)通訊模塊皆有32 bit長(zhǎng)度的Y寄存器，其起始地址和結(jié)束地址由上述[IO分配]中的設(shè)定值決定。
（3）D寄存器（數(shù)據(jù)寄存器）
在Q系列PLC中該寄存器為10進(jìn)制尋址。每個(gè)D寄存器有16 bit長(zhǎng)度的存儲(chǔ)空間，因此，在運(yùn)行雙整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，運(yùn)算或判斷會(huì)連續(xù)占用2個(gè)D寄存器。
（4）Z寄存器（間接尋址寄存器）
在Q系列PLC中該寄存器為10進(jìn)制尋址。每個(gè)Z寄存器有16 bit長(zhǎng)度的存儲(chǔ)空間， 經(jīng)常配合D寄存器用于間接尋址。例如，對(duì)于指令MOV H1F D10Z5，執(zhí)行時(shí)，若Z0的值為5，則1F這個(gè)16進(jìn)制數(shù)不是立即傳送到D10寄存器，而是正偏移5（Z0的值）個(gè)寄存器后傳送到 D15寄存器。
（5）模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器
在Q系列PLC中模塊內(nèi)部都有若干數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，其功能和作用不同。這類寄存器無(wú)法直接尋址進(jìn)行讀寫操作，必須通過(guò)[TO]或[FROM]指令進(jìn)行讀寫操作。
二、Modbus RTU通迅方式及其實(shí)現(xiàn)方法
1、讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求
讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求由從站站號(hào)、功能碼、起始地址、長(zhǎng)度、CRC校驗(yàn)組成。
例如，16進(jìn)制01 03 0001 0023 55D3，其中01是從站號(hào)，表示從站號(hào)為1的從站；03是功能碼，表示讀取連續(xù)多個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的功能（01功能碼表示讀取連續(xù)多個(gè)位寄存器）；0001是起始地址，在此例中起始地址是40002（換算關(guān)系：Modbus 4地址減去40001就是請(qǐng)求中需寫入的起始地址）；0023是長(zhǎng)度，在此例中是連續(xù)讀取35個(gè)數(shù)據(jù)寄存器；55D3是CRC校驗(yàn)，它是靠計(jì)算方式算出的校驗(yàn)碼。
2、寫數(shù)據(jù)請(qǐng)求
寫數(shù)據(jù)請(qǐng)求由從站站號(hào)、功能碼、地址、值、CRC校驗(yàn)組成。例如，16進(jìn)制0B 05 001C FF00 4D56，其中0B是從站號(hào)，在此例中表示從站號(hào)為11的從站；05是功能碼，在此例中表示寫單個(gè)位寄存器的功能（06功能碼表示寫單個(gè)數(shù)據(jù)寄存器）；001C是地址，在此例中地址是00029（換算關(guān)系：Modbus 0地址減去1就是請(qǐng)求中需寫入的地址）；FF00是值，在此例中表示對(duì)位寄存器置1（0000則表示置0）；4D56是 CRC校驗(yàn)，同樣是由計(jì)算方式算出。
3、從站報(bào)文格式
應(yīng)答寫數(shù)據(jù)請(qǐng)求的從站報(bào)文和主站請(qǐng)求格式一致，內(nèi)容相同。應(yīng)答讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求的從站報(bào)文由從站站號(hào)、功能碼、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)幀、CRC校驗(yàn)組成。
綜上所述，Modbus RTU通訊本質(zhì)上是一種規(guī)定了請(qǐng)求和報(bào)文格式的自由串口協(xié)議，與其他通訊協(xié)議，如智能儀表的自由口協(xié)議并無(wú)根本不同，只是更詳細(xì)化和規(guī)范化，且不需要特殊的硬件支持。這也是許多PLC都可以支持Modbus的根本原因。
三、案例簡(jiǎn)介
某汽車有限公司空壓站目前共有8臺(tái)英格索蘭髙壓M350空壓機(jī)和8臺(tái)吸附式干燥機(jī)，空壓機(jī)和冷干機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)由中控室ACS4000控制系統(tǒng)采集后，經(jīng)Modbus通訊傳送到工控機(jī)上顯示。另外，為了實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)站房的無(wú)人值守，要求系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制和保護(hù)主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)提示工作信息，具有故障報(bào)警和保護(hù)停機(jī)功能，能根據(jù)用氣量的大小自動(dòng)加載或卸載，并配有LCD顯示屏以便現(xiàn)場(chǎng)觀察各工藝參數(shù)和設(shè)備，同時(shí)具有RS422/485通訊接口，可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)控制室計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的完整連接。
在該公司已有的PLC系統(tǒng)中，尚未實(shí)現(xiàn)空壓系統(tǒng)的整體調(diào)控功能，但已實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的自動(dòng)控制。由于空壓機(jī)自帶的SG控制器提供了RS422/485通訊接口，所有的數(shù)據(jù)采集和控制功能都可通過(guò)通訊接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此與原來(lái)的控制系統(tǒng)相比，不需要增加硬件設(shè)備的投資， 只需改進(jìn)和增加控制軟件，即可實(shí)現(xiàn)空壓系統(tǒng)的整體控制。除空壓機(jī)設(shè)備外還可以將與空壓機(jī)配套的冷干機(jī)集成到RS422/485網(wǎng)絡(luò)中來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮空氣系統(tǒng)工藝設(shè)備的全面自控。
四、結(jié)論
通過(guò)PLC通訊接口的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)控制的數(shù)據(jù)通訊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空壓站的自動(dòng)化控制和真正的無(wú)人值守，從而達(dá)到減少運(yùn)行參數(shù)波動(dòng)、降低人工成本、節(jié)約能源的目的，這對(duì)提升企業(yè)的整體技術(shù)水平有著相當(dāng)重要的意義。
