基于Modbus通信的空压机PLC联控系统设计.pdf

设备管理与维修2023 翼11（上）渗碳体断裂数量增多。780Q&P 钢试样和 930Q&P 钢试样在此阶段高稳定性的薄膜状残余奥氏体仍能发生 TRIP转变，能有效延缓微裂纹的形成，因此二者阶段芋对应的真应变范围较 Q345 钢大。4结论（1）根据奥氏体化温度不同，可以获得“马氏体+残余奥氏体”两相组织和“铁素体+马氏体+残余奥氏体”三相组织的 Q&P钢，前者具有高的屈服和抗拉强度，但延伸率较低。（2）在奥氏体化阶段引入铁素体能提高 Q&P 钢残余奥氏体含量，提高 Q&P 钢应变硬化能力，改善 Q&P 钢的塑性。相较于Q345 钢，屈服强度、抗拉强度和断后伸长率分别提高了 65%、52%和 18%。（3）引入铁素体相的 Q&P 钢具有优异的强塑性，更适合作为行驻车发电系统下一代结构材料。基金项目：湖北省中央引导地方科技发展专项（2022BGE咬067）。参考文献1Speer J G，Matlock D K，Cooman B C D，et al.Carbon partitioninginto austenite after martensite transformation J.Acta Mater.，2003（9）：2611-2622.2Kang T，Zhao Z，Liang J，et al.Effect of the austenitizing temperatureon the microstructure evolution and mechanical properties of Q&Psteel J.Mater.Sci.Eng.A，2020（1）：1-8.3Zhang J，Ding H，Misra R.Enhanced strain hardening and microst-ructural characterization in a low carbon quenching and partitioningsteel with partial austenization J.Mater.Sci.Eng.A，2015（3）：53-59.4Huyghe P，Caruso M，Collet J L，et al.In situ quantitative assessmentof the role of silicon during the quenching and partitioning of a0.2C steel J.Metall.Mater.Trans.A，2019，50（8）：3486-3494.5Vandjk N，Butt A，Zhao L，et al.Thermal stability of retained austen-ite in TRIP steels studied by synchrotron X-ray diffraction duringcooling J.Acta Mater.，2005（20）：5439-5447.6田亚强，黎旺，郑小平，等.合金元素在淬火配分钢中的应用研究进展 J.材料导报，2019，33（7）：1109-1118.7程远遥，赵刚，许德明，等.奥氏体化温度对 Si-Mn 钢热轧板淬火-配分处理后显微组织和力学性能的影响 J.金属学报，2023，59（3）：413-423.8Li W S，Gao H Y，Nakashima H，et al.In-situ study of the defor-mation-induced rotation and transformation of retained austenite ina low-carbon steel treated by the quenching and partitioning pro-cess J.Mater.Sci.Eng.A，2016（1）：417-425.9Yi H L，Chen P，Bhadeshia H.Optimizing the morphology and sta-bility of retained austenite in a 啄-TRIP steelJ.Metall.Mater.Trans.A，2014（45）：3512-3518.编辑吴建卿0引言在目前的工业应用中，空压机作为仅次于电力的第二大动力源，广泛的应用于食品、化工、医药、石油、生化、电力、机械等行业。目前的大部分用户，都会同时使用多台的空压机进行工作。其独立的控制和运行对其运营和维护产生了很高的成本。因此，设计出一套配套空压机组的联控控制系统具有重要的意义与价值。同时，利用 Modbus 通信技术，可以为未来空压机组的集中监控、远程控制等系统的扩展，提供更有利的条件。控制系统通过联动控制、信号采集、机组运行优化等方法，降低了机组的故障率、并提升了设备的监控效率，从而大大地优化了工厂的设备运营。1控制系统工作原理1.1流程简介该控制系统由多台空压机连接成总线形式，通过 RS485 通信接口，将各个机组按照预设的站号，顺序的发送和接收信息，并对信息进行处理，从而使得在网上的每台空压机组的系统参数和运行状态等信息传入 PLC 控制器中并显示在上位机上。自控网络的优点是简单可靠、连接方便且成本低廉，可控制多台空压机的均衡运行，并保持管道的压力运行在设定的合理范围区间，提高了机组运行的效率和使用寿命，并节约电能。1.2控制要求将联控机组设置为远控模式。PLC 在此时根据管道压力值判断是否需要启动空压机加压，当需要启动时，运行时间最少的机组依次启动（若运行时间相同，则 Modbus 站号小的机组启动）以此类推。当管道内压力大于停机压力值 0.02 MPa 时，运行时间长的机组停止（若运行时间相同，则机组 Modbus 站号大的停止）。当用户用气量过大，单台空压机运行仍然不能满足管道最低压力时。增加第二台空压机投入运行，运行时间最少的机组依次启动。基于 Modbus 通信的空压机 PLC 联控系统设计王楠（北京泰宁科创集团有限公司，北京100086）摘要：利用 Modbus 通信对空压机内部运行参数以及外部管路参数进行采集，利用 PLC 对空压机运行进行联动控制，设计空压机控制流程、Modbus 通信以及 PLC 程序等。着重介绍 Modbus 通信的实现方法，从而达到空压机联控运行的要求。关键词：空压机；Modbus 通信；PLC；联控系统中图分类号：TH45文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.11.07輥輶设备管理与维修2023 翼11（上）当客户用气量稳定，空压机处于长时间运行时。计算空压机运行时间与轮换时间的差值，若差值为零，则该机组投入运行替换正在运行状态的机组。若有机组模式为“近控”、故障报警或处于断网状态，PLC自动忽略此机组，不再继续控制此机组运行与停机。即使只剩下一台机组仍能继续稳定运行，保证用户使用。系统控制流程如图 1 所示。2控制系统硬件控制系统主要是利用 PLC 对空压机的各个环节进行控制，其中包括对空压机的运行状态和报警的采集、对管道压力的数据采集以及对空压机的启停控制。需要手动控制的部分通过在空压机组上的自带控制盘上操作。其硬件组成如图 2 所示。SMART SR20 是西门子 S7-200 SMART 系列中的小型主机，带有 SB-CM02 Modbus 通信模块，数字量输入和输出点数分别是 12 和 8 个，由于系统设计的通信方式为 Modbus，PLC 不需要过多的输入、输出点即可满足相应的控制需求。3空压机通信与控制3.1Modbus 通信Modbus 通信协议是基于主站/从站架构的协议。其中一个节点是主站节点，其他节点则为从站节点。每一个从站设备都有一个唯一的地址（0247）。在串行和 MB+网络中，只有主站节点可以启动一个命令，从站只能响应主站的访问。Modbus 最常使用的通信方式为 RS485，属于半双工。3.2Modbus 通信的实现用带有屏蔽层的双绞线将每台空压机的通信口 A、B 端口分别连接起来并接到西门子 PLC-CM02 扩展通信模块的 A、B 端口上，在最远端的 A、B端口之间并联一个500 赘 的终端电阻并把屏蔽层接地。双绞线最大长度不超过 500 m，距离 5001000 m 的需要使用特殊电缆，大于 1000 m 的则需要使用信号放大器。通信参数设置为：波特率（baud rate）9600 bps；奇偶校验（pari原ty）无校验；数据长度（data bits）8 位；停止位 1 位。3.3测试工具利用Modscan32 作为 Modbus 通信的测试工具，它是一个运行在电脑上，可以工作在 ASCII 或 RTU 传输模式下的 Modbus协议主设备的应用程序。用来模拟主设备发送指令报文，并接收从机的相应寄存器数据。用该软件可以很好地测试出系统通信的应答情况与各寄存器的数据值。Modscan32 调试界面如图 3所示。调试方法如下：（1）打开 Modscan32 工具，在连接设置中按照空压机的通信参数设置：波特率为 9600、数据位为 8、停止位为 1、校验为无校验、串口号为 COM1，点击连接按钮。（2）设置空压机各机组以及相关管道传感器的 ID（站号从 1号站开始向后依次递增，每个设备的 ID 设置不能重复），选择读取的寄存器类型为“03：holding register”，即读取模拟量的数据，对应读取各个空压机运行参数。图 3Modscan32 调试界面图 1系统控制流程图 2PLC 控制系统硬件组成輥輷设备管理与维修2023 翼11（上）（3）通信正常时，空压机中的参数以不同的数据类型显示，需要在配置中选择合适的数据类型以观察参数是否显示正确。注意：设置访问地址的长度 Length 不宜过长，每套设备都有自身设置的最大访问长度，超出长度会导致无法通信。3.4程序设计与分析此系统的主要程序为 PLC 对空压机以及传感器的 Modbus通信，1 号空压机的 Modbus 通信梯形图程序如图 4 所示。首先，通过 MBUS_CTRL 功能块建立 PLC 与 1 号空压机的Modbus连接，之后通过 MBUS_MSG 功能块从空压机 40001 地址读取相对应的参数传入 PLC 的 V 寄存器中。以 1 号空压机为例，首先建立 Modbus 通信，随后读取 1号机首地址 40001 的 9 个字节（40001-40009），再写入 1 号机首40010 地址 1 个字节内容。空压机的 RS485 地址对应功能见表1，PLC 地址为通过 MBUS_MSG 功能块读取后存入的寄存器地址。其中地址 4000840010 写入的对应功能存在 PLC 的 VB1014到 VB1019 寄存器中，按位控制。具体的位功能对应见表 2。程序只需要对 V 寄存器进行字节以及位读取操作，就可以轻松实现对空压机运行状态的监控与控制。4结束语由以上方法可以实现空压机参数采集及运行控制，从而使得设备可以联动运行，运行时的逻辑控制程序只需按照逻辑流程图进行编写，并把输出点 V1019.4 置位与复位即可。按照以上方法也可以实现各种带有 Modbus 通信接口的不同厂商、不同型号的空压机进行统一监控。目前该系统现已成功应用于北京某医院的改造项目中。通过使用空压机联控系统，极大减轻了现场操作人员的工作量，提高了压缩机组自动化程度，压缩机安全性能也得到有力保证。参考文献1孙斐，潘宗岭，张阳阳.基于 Modbus 协议和组态软件的空压机远程监控系统 J.压缩机技术，2010（6）：20-24.2李莉娜.节能型空气压缩机智能监控系统的设计与实现 D.青岛：山东科技大学，2006.3漆汉宏.PLC 电气控制技术 M.北京：机械工业出版社，2007.4Siemens公司.SIMATIC S7-200 SMART可编程序控制器系统手册 Z.2020.编辑毕来金表 1Modbus 地址对应功能RS485 地址PLC 地址对应功能长度读/写40001VB1001VB1000出口压力16 位只读40002VB1003VB1002螺杆温度16 位只读40003VB1005VB1004运行时间16 位只读40004VB1007VB1006加载时间16 位只读40005VB1009VB1008电机电流16 位只读40006VB1011VB1010油气桶压力16 位只读40007VB1013VB1012油气桶温度16 位只读40008VB1015VB1014运行状态16 位只读40009VB1017VB1016运行状态16 位只读40010VB1019VB1018运行控制16 位只写表 2位功能对照PLC 地址对应功能PLC 地址对应功能PLC 地址 对应功能V1014.7自动运行停机V1015.7油细压差V1017.0重故障V1014.6排气压力异常V1015.6空滤压差V1017.1轻故障V1014.5风机接触器故障V1015.5过电流V1017.2电源V1014.4主接触器故障V1015.4相序错误V1019.0远程启动V1014.3油压过低V1015.3排气高温V1019.1远程停止V1014.2AD 故障V1015.2远程指示V1019.2强制卸载V1014.1风机过电流V1015.1启动指示V1019.3强制加载V1014.0油滤压差V1015.0加卸载指示V1019.4启动图 4PLC 梯形图程序輦輮