空气压缩机监控系统设计及应用

马 云，晁 阳，李红旗，刘福刚，杨程华

（中国石油吐哈油田公司物资保障中心，新疆鄯善 838202）

0 引言

空压站5 台空压机和冷干机系统是井下作业物料干混系统的核心气源动力系统，干混站和空压站相距较远，为实现干混站远程监控5 台空压机和5 台冷干机系统，设计一套基于PLC 和单片机通信的空压机无线监控系统，该系统通过Modbus RTU通信实时采集10 台下位机生产运行数据，并通过DTU（Data Transfer Unit，数据传输单元）将数据无线传输至干混站调度监控网络中心，同时运用组态开发技术，设计出人机互动监控系统，从而实现了10 台设备的远程监视和控制。监控系统通过对比下游干混运行数据，合理调控供气量，及时控制干混负荷，为干混系统的安全运行提供重要数据。

1 方案设计

1.1 总体设计

5 台空气压缩机控制系统为复盛公司专用PLC，PLC 预留两路RS 485 串口通信接口，其中一路由空压机操作面板占用，另一路备用，能够将机组运行压力、温度、运行时间、报警信息等据采集传输至DTU。

空压机和冷干机控制系统通信端口无光电隔离，且控制柜存在磁场干扰，所有通信信号增加485 隔离系统，以安全保护空压机和冷干机控制器。

干混站监控系统使用亚控Kingview 7.5 工业监控软件开发，实时数据通过DTU 模块Modbus RTU 通信连接至数据库词典，从而实现机组运行参数的关联和显示，同时机组实时运行数据通过ODBC（Open Database Connectivity，开放数据库连接）连接和SQL 编程，定时存入Sqlserver 数据库中，以实现历史数据查询功能。空压机监控系统总体结构如图1 所示。

图1 空压机监控系统结构框架

1.2 设备地址分配

Modbus RTU 通信运行的物理层是RS 485 接口，在Modbus RTU 数据通信中，每台设备地址唯一。由于3 台冷干机通信参数与其他7 台设备不一样，故Modbus RTU 通信分成两路参数通信，信息见表1。

表1 10 台设备地址和通信参数配置

1#和5#冷干机控制系统使用ZX-WR-II 型单片机系统，该系统无通信端口，可将A 塔和B 塔吸附再生、运行停机、报警、远程控制等状态开关量信息通过增加中间继电器控制系统（Revision Control System，RCS）和远程控制终端（Remote Terminal Unit，RTU）的方式实现Modbus RTU 数据远传通信功能。

2#、3#和4#冷干机控制系统采用ZXK-ZHXL-II 型单片机系统，该系统预留一路RS 485 通信端口，但由于和其他7 台设备不能配置成相同的通信参数，无法与空压机、1#和5#冷干机控制系统（1#网络）并网传输，只能将2#、3#和4#冷干机独立通信（2#网络）。DTU 包含两个RS 485 接口，A1、B1 口传输1#网络数据，A2、B2 口传输2#网络数据，两路网络数据通过主站DTU 数据打包无线传输至从站DTU，从站DTU 通过RS 485 转USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）实现工控机的连接通信。

1.3 DTU 数据处理

10 台设备数据通过Modbus RTU 功能码1 和4 读至DTU。而5 台空压机Modbus 功能码4 的9 号字前四位地址位分别是远程启机、远程停机、远程卸载、远程加载位。按照手册要求功能码4 的9 号字只写不读，因此需编写逻辑程序实现控制功能。考虑到远程开机和加载存在安全隐患，本方案未实现远程启机和加载功能，DTU 定义了远程停机、远程卸载内存开关量变量，实现对卸载和停机的写功能（图2）。

图2 DTU 远程停机和卸载控制逻辑

每台空压机和2#、3#、4#冷干机报警数据通信字含有16 个报警信息，在DTU 中定义了报警开关量。通过逻辑与实现报警信息的读操作，例如地址40007 第4 位和第5 位分别为排温高报警和相序错误，则排气温度高报警和相序错误的关系式为：

排气温度高报警=（地址40007&8）==1

相序错误报警=（地址40007&16）==1

同理，空压机和冷干机各阀位的状态通过逻辑与实现状态判断。

1.4 监控系统设计

监控系统界面按照用户需求设计为七大模块，分别为主界面、冷干机流程界面、实时数据曲线界面、历史曲线界面、历史报警查询界面、远程控制界面、用户登录和注销界面。

通过数据一一映射，10 台设备的关键数据显示在主界面上，监控系统定义了管理员角色，以实现权限远程控制功能。

在数据存储过程中，空压机和冷干机可通过记录体的方式将实时数据存入数据库，SQL 语句如下：

SQLInsert(\本站点DeviceID，"运行参数表"，"n 号设备")

其中，n=1～5。

机组出现报警或故障时，监控系统能自动发现和弹出实时报警和触发报警数据录入数据库指令，报警记录可以从历史报警查询界面获取。

2 小结

本文提出的设计方案，充分考虑了复杂的电磁干扰工业环境，项目采用无线通信技术和Modbus RTU 通信技术结合的模式实现了工业数据无线采集与传输[1]。投运以来，空压机监控系统运行安全平稳可靠，实现了10 台设备的无人值守，有效减小了巡检劳动强度，实现降本增效。该系统具有较高的复制性，可以应用于其他工业生产。