CN103901811B - 一种profibus总线技术空压机组联网控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种PROFIBUS总线技术空压机组联网控制***，其技术方案是，触摸屏与PLC控制模块连接，PLC控制模块与空压机组连接，PLC控制模块与冷干机机组连接，PLC控制模块与吸干机组连接，PLC控制模块与压力传感器组连接。上述各个连接是通过PROFIBUS总线完成。PLC控制模块由编程器，CPU，通信单元，存储单元，数字输入单元，数字输出单元，模拟输入单元等部分组成。PLC控制模块中装有联网控制软件和节点数据读写的维持路由表软件。电源分别给PLC控制模块、空压机组、冷干机机组、吸干机组、压力传感器组、触摸屏供电。本发明采用PROFIBUS现场总线技术，为PLC控制提供完善的软硬件支持，增强了***的稳定性和可靠性，保障***安全可靠的运行。
Description
技术领域
本发明属于空压机组联网控制***的工业总线技术领域， 具体涉及一种基于PROFIBUS总线技术的空压机组联网控制***。
背景技术
在大型生产中需要多台空压机联动运行，在现有技术中空压机组联网控制技术主要有三种：
第一种方式为人工操作，主要由工人主观经验判断，仪表操作，实现控制功能。往往依赖操作人员的熟练程度控制，对操作人员的素质有极高的要求。
第二种方式为自动控制，主要由计算机控制代替人工操作，实现简单自动化控制。
第三种方式为联网控制，能够达到数据远程传输，网络控制的要求。但这种联网控制需要单独开发独立的控制***软件，受到地域，环境以及各自厂家设备的局限性，缺乏统一的***解决方案，也为控制***的的稳定性和安全性带来隐患。
目前，空压机网络控制***在节能控制方面技术改进的比较多，大多数的改进在控制电路与机械设备上，主要改进目的在于实现控制功能上。这样的改进已经不能满足网络化的空压机联网控制***的数据通信稳定性的需求。众所周知，现代的空压机联网控制***主要的发展趋势是朝网络化，全集成自动化的智能方向发展。但目前在空压机控制***行业，大都偏重于控制***的集成与实现。
在很多情况下空压机网络控制***要求网络之间的数据通信实现大范围与跨地域的控制与管理，这样给现有技术的空压机控制***的分析与控制性能的稳定实现带来很多困难，进而影响整个空压机控制***的安全性。
如以PC机为控制核心的空压机监控***，以单片机为控制核心的监控***，以PLC为控制核心的监控***等。具体来说，以PC机为控制核心的空压机联网控制***主要优点是结构简单。但正是由于控制结构过于简单，造成信号线过多，互相之间存在干扰，不利于现场的维护工作，一旦发生故障，整个故障***发生瘫痪。以单片机为控制核心的空压机联网控制***主要优点是响应速度快，硬件体积小，控制比较灵活。但单片机本身的抗干扰性较差，非结构化设计对故障查找和维护带来很多不便。相比前面两种方法，以PLC为控制核心的空压机联网控制***采用模块化设计，设计施工周期短，调试修改方便，特别是可靠性比较高，能适应各种恶劣的工业环境。但PLC为控制核心的监控***方案在处理“海量”数据与远程通信数据传输时，会产生网络通信的传输延迟，通信***的瞬间错误和数据包的丢失，发送与到达次序的不一致等都会破坏联网控制***原本具有的确定性，使得空压机控制***的分析和综合变得更复杂，同时空压机控制***的性能受到很大的负面影响。现有的201220595165.4和201220615633.X等一些中国专利中公开了一些采用PLC控制方案的空压机控制***，但都没有解决空压机控制***中大量网络通信数据传输过程中由于传输延迟，数据包丢失和发送与到达次序不一致等产生的破坏***的不稳定问题。
综上所述，现有的空压机组联网控制***受到诸多技术与条件因素影响，增加了控制***的软硬件结构复杂性，特别是难以解决空压机组联网控制***中“海量”数据通信传输的不稳定问题，使得空压机组联网控制***的设备代价昂贵和缺乏安全稳定性。
而本发明就是采用特殊的基于PROFIBUS现场总线技术细节的“纠错”算法，可以实现对PLC控制为核心的空压机组联网控制***中网络通信传输数据问题的有效处理。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提出一种结构简单、使用方便、价格低廉、性能稳定和安全可靠的基于PROFIBUS总线技术的空压机组联网控制***。
为完成上述目的，本发明采用的技术方案是：该空压机控制***包括PLC控制模块、触摸屏、空压机组、冷干机组、吸干机组、压力传感器和电源。在PLC控制模块主控单元与空压机组、冷干机组、吸干机组、压力传感器之间采用PROFIBUS协议，通过协议构成现场总线通信网络。控制模块PLC主控单元中装有联网控制软件。采用了维持路由表的方法，保证在节点数据读取与写入过程中，实现关闭故障节点，其它节点数据传输正常。
控制模块PLC由电源单元，微控制CPU单元，通信单元，存储器，模拟输入单元，数字输入单元，数字输出单元，编程器组成；电源单元分别与微控制CPU单元，通信单元，存储器，模拟输入单元，数字输入单元，数字输出单元，编程器的电源端口连接；编程器与微控制CPU单元连接；存储器，通信单元，模拟输入单元，数字输入单元，数字输出单元通过数据总线分别与CPU连接；触摸屏与控制模块PLC中的通信单元连接。
吸干机组与控制模块PLC中的数字输出单元连接，用于启动和停止。
冷干机组与控制模块PLC中的数字输出单元连接，用于启动和停止。
压力传感器与控制模块PLC中的模拟输入单元连接，将模拟信号转换成数字信号。
空压机与控制模块PLC中的数字输入单元连接，用于监测运行和故障状态；空压机与控制模块PLC中的输出单元连接，用于启动和停止；空压机与控制模块PLC中的通信单元连接，并且设置不同的地址，形成通信网络。
上述各个连接是通过PROFIBUS总线完成。
控制模块PLC主控单元与空压机组之间采用PROFIBUS协议，通过协议构成现场总线通信网络。主站由PLC控制模块组成，从站由空压机组组成。当没有外界请求时，主站主动发送信息，对从站设置参数，检查从站的通信接口配置，读取从站诊断报文，并根据已经定义好的程序与从站进行用户数据交换。主站在PROFIBUS通信网络中既可作为数据的请求方，也可作为数据的响应方进行双工数据通信，只是对主站发出请求同时回送给主站相应的数据信息。在节点数据读取与写入过程中，采用了维持路由表的方法，实现了检查到局部节点故障时，关闭节点传输数据，使其它节点数据传输不受影响，当该节点恢复正常时，自动加入到网络中，保证网络节点之间数据通信稳定，从而提高数据通信传输的安全稳定性。
所述联网控制***软件的主流程为：
001 初始化；
002 检测压力；
003 若压力范围正常，则执行008；若不正常，则执行004；
004 开始计时；
005 若计时时间大于上线时间，则执行006；若小于上线时间，则执行007；
006 通信故障提示；
007 执行002；
008 调用开空压机子程序；
009 若空压机开启正常，则执行011；若不正常，则执行010；
010 报警提示；
011 调用关空压机子程序；
012 若空压机正常关闭，则执行013；若不正常，则执行010；
013 调用启停冷干机，吸干机程序；
014 执行002。
节点数据读写的维持路由表软件的主流程为：
061 初始化；
062 调用发送数据子程序；
063 等待应答；
064 标记无应答编号，添加新增节点编号；
065 对未应答标号核对；
066 等待应答；
067 将有应答编号标记为延迟节点；
068 报警提示，执行071；
069 将无应答编号标记为死节点；
070 报警提示，执行071；
071 延迟一段时间；
072 执行062。
发送数据子流程：
081 初始化；
082 将要发送的数据封装；
083 若线路有次序占用，则执行082；若线路没有次序占用，则执行084；
084 发送数据；
085 若有丢包碰撞，则执行086；若无丢包碰撞，则执行088；
086 计算等待时间；
087 若等待时间到，则执行082；若未到等待时间，则执行087；
088 发送成功。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明通过PROFIBUS总线技术对空压机***进行联网控制，由于现场总线在***结构与节点数据读写的维持路由表算法的实现，使得这种PROFIBUS总线技术的空压机组联网控制***与现有空压机控制***相比，在大量通信数据传输情况下，有效解决了网络节点之间数据通信的延迟与丢包等问题，克服了数据通信传输过程中的稳定性不足，进而保证了空压机组联网控制***的安全稳定性。
因此，本发明与现有基于PLC技术的空压机联网控制***相比，不仅适合各种符合开放式协议的不同厂家，不同品牌的各种空压机现场设备，发挥工业网络控制优势；还适合于在复杂环境中空压机联网控制***的自动化控制生产现场；同时适合对联网数据通信有高速数据交换，较高稳定性和安全性要求的空压机联网工矿企业。
附图说明
图1是空压机组联网控制***的结构示意图；
图2是空压机组联网控制控制软件控制界面图；
图3是空压机组联网控制控制软件的主流程图；
图4是空压机组联网节点数据读写的维持路由表软件的主流程图；
图5是图4中主流程的调用发送数据流程子程序图；
图6是图3中主流程的开空压机流程子程序图；
图7是图3中主流程的关空压机流程子程序图；
图8是图3中主流程的启停冷干机、吸干机流程子程序图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围限制：
实施例1
一种基于PROFIBUS总线技术的空压机组联网控制***。 所述空压机组联网控制***如图1所示：包括PLC控制模块，触摸屏，空压机组，冷干机组，吸干机组，压力传感器和电源。控制模块PLC由电源单元，微控制CPU单元，通信单元，存储器，模拟输入单元，数字输入单元，数字输出单元，编程器组成；电源单元分别与微控制CPU单元，通信单元，存储器，模拟输入单元，数字输入单元，数字输出单元，编程器的电源端口连接；编程器与微控制CPU单元连接；存储器，通信单元，模拟输入单元，数字输入单元，数字输出单元通过数据总线分别与CPU连接；触摸屏与控制模块PLC中的通信单元连接。
吸干机组与控制模块PLC中的数字输出单元连接，用于启动和停止。
冷干机组与控制模块PLC中的数字输出单元连接，用于启动和停止。
压力传感器与控制模块PLC中的模拟输入单元连接，将模拟信号转换成数字信号。
空压机与控制模块PLC中的数字输入单元连接，用于监测运行和故障状态；空压机与控制模块PLC中的输出单元连接，用于启动和停止；空压机与控制模块PLC中的通信单元连接，并且设置不同的地址，形成PROFIBUS通信网络。
控制模块PLC主控单元与空压机组之间采用PROFIBUS协议，通过协议构成现场总线通信网络。主站由PLC控制模块组成，从站由空压机组组成。当没有外界请求时，主站主动发送信息，对从站设置参数，检查从站的通信接口配置，读取从站诊断报文，并根据已经定义好的程序与从站进行用户数据交换。主站在PROFIBUS通信网络中既可作为数据的请求方，也可作为数据的响应方进行双工数据通信，只是对主站发出请求同时回送给主站相应的数据信息。在节点数据读取与写入过程中，采用了维持路由表的方法，实现了检查到局部节点故障时，关闭节点传输数据，使其它节点数据传输不受影响，当该节点恢复正常时，自动加入到网络中，保证网络节点之间数据通信稳定，从而提高数据通信传输的安全稳定性。
控制模块PLC主控单元中装有联网控制软件。
所述控制***软件的主流程为：
001 初始化；
002 检测压力；
003 若压力范围正常，则执行008；若不正常，则执行004；
004 开始计时；
005 若计时时间大于上线时间，则执行006；若小于上线时间，则执行007；
006 通信故障提示；
007 执行002；
008 调用开空压机子程序；
009 若空压机开启正常，则执行011；若不正常，则执行010；
010 报警提示；
011 调用关空压机子程序；
012 若空压机正常关闭，则执行013；若不正常，则执行010；
013 调用启停冷干机，吸干机程序；
014 执行002。
开空压机子流程：
020 检测压力；
021 若小于开启主机压力，执行022；若大于等于开启主机压力，执行029；
022 开启主机检测；
023 若小于开启1号辅机压力，执行024；若大于等于1号辅机机压力，执行029；
024 开启1号辅机检测；
025 若小于开启2号辅机压力，执行026；若大于等于2号辅机机压力，执行029；
026 开启2号辅机检测；
027 若小于开启3号辅机压力，执行028；若大于等于3号辅机机压力，执行029；
028 开启3号辅机检测；
029 关空压机子程序。
关空压机子流程：
030 开空压机子程序；
031 若大于3号辅机压力，执行032；若小于等于3号辅机压力，执行033；
032关闭3号辅机检测；
033 若大于2号辅机压力，执行034；若小于等于2号辅机压力，执行035；
034 关闭2号辅机检测；
035 若大于1号辅机压力，执行036；若小于等于1号辅机压力，执行037；
036 关闭1号辅机检测；
037 若大于主机压力，执行038；若小于等于主机压力，执行039；
038 关闭主机机检测；
039 启停冷干机、吸干机子程序。
启停冷干机、吸干机子流程：
040 关空压机子程序；
041 若是1、2、3号辅机、主机运行，执行042；若不是1、2、3号辅机、主机
运行，执行043；
042 开1、2、3号冷干机，开1、2号吸干机；
043 若是1、2号辅机、主机运行，执行044；若不是1、2号辅机、主机
运行，执行045；
044 开1、2、号冷干机，关3号冷干机 ；开1、2号吸干机；
045 若是1号辅机、主机运行，执行046；若不是1号辅机、主机
运行，执行047；
046 开1、2号冷干机，关3号冷干机 ；开1号吸干机，关2号吸干机；
047 若是主机运行，执行048；若不是主机运行，执行049；
048 开1号冷干机，关2、3号冷干机 ；开1号吸干机，关2号吸干机；
049 若是无空压机运行，执行050；若不是无空压机运行执行051；
050 关1、2、3号冷干机，关1、2号吸干机；
051 检测压力。
节点数据读写的维持路由表软件的主流程为：
061 初始化；
062 调用发送数据子程序；
063 等待应答；
064 标记无应答编号，添加新增节点编号；
065 对未应答标号核对；
066 等待应答；
067 将有应答编号标记为延迟节点；
068 报警提示，执行071；
069 将无应答编号标记为死节点；
070 报警提示，执行071；
071 延迟一段时间；
072 执行062。
发送数据子流程：
081 初始化；
082 将要发送的数据封装；
083 若线路有次序占用，则执行082； 若线路没有次序占用，则执行084；
084 发送数据；
085 若有丢包碰撞，则执行086；若无丢包碰撞，则执行088；
086 计算等待时间；
087 若等待时间到，则执行082；若未到等待时间，则执行087；
088 发送成功。
本具体实施方式通过PROFIBUS总线技术对空压机***进行联网控制，由于现场总线在***结构与节点数据读写的维持路由表算法的实现，使得这种PROFIBUS总线技术的空压机组联网控制***与现有空压机控制***相比，在大量通信数据传输情况下，有效解决了网络节点之间数据通信的延迟与丢包等问题，克服了数据通信传输过程中的稳定性不足，进而保证了空压机组联网控制***的安全稳定性。
因此，本具体实施方式与现有基于PLC技术的空压机联网控制***相比，不仅适合各种符合开放式协议的不同厂家，不同品牌的各种空压机现场设备，发挥工业网络控制优势；还适合于在复杂环境中空压机联网控制***的自动化控制生产现场；同时适合对联网数据通信有高速数据交换，较高稳定性和安全性要求的空压机联网工矿企业。
Claims (3)
1.一种PROFIBUS总线技术空压机组联网控制***，主要包括控制模块PLC、触摸屏、空压机组、冷干机组、吸干机组、压力传感器和电源，其特征在于在控制模块PLC主控单元与空压机组、冷干机组、吸干机组、压力传感器之间采用PROFIBUS协议，通过协议构成现场总线通信网络；控制模块PLC主控单元中装有联网控制***软件；还装有节点数据读写的维持路由表软件；
所述的联网控制***软件的主流程为：
001 初始化；
002 检测压力；
003 若压力范围正常，则执行008；若不正常，则执行004；
004 开始计时；
005 若计时时间大于上线时间，则执行006；若小于上线时间，则执行007；
006 通信故障提示；
007 执行002；
008 调用开空压机子程序；
009 若空压机开启正常，则执行011；若不正常，则执行010；
010 报警提示；
011 调用关空压机子程序；
012 若空压机正常关闭，则执行013；若不正常，则执行010；
013 调用启停冷干机，吸干机程序；
014 执行002；
所述的节点数据读写的维持路由表软件的主流程为：
061 初始化；
062 调用发送数据子程序；
063 等待应答；
064 标记无应答编号，添加新增节点编号；
065 对未应答标号核对；
066 等待应答；
067 将有应答编号标记为延迟节点；
068 报警提示，执行071；
069 将无应答编号标记为死节点；
070 报警提示，执行071；
071 延迟一段时间；
072 执行062；
所述的节点数据读写的维持路由表软件的发送数据子程序为：
081 初始化；
082 将要发送的数据封装；
083 若线路有次序占用，则执行082；若线路没有次序占用，则执行084；
084 发送数据；
085 若有丢包碰撞，则执行086；若无丢包碰撞，则执行088；
086 计算等待时间；
087 若等待时间到，则执行082；若未到等待时间，则执行087；
088 发送成功。
2.根据权利要求1所述的一种PROFIBUS总线技术空压机组联网控制***，其特征在于，所述的PLC控制模块由电源单元，微控制CPU单元，通信单元，存储器，模拟输入单元，数字输入单元，数字输出单元，编程器组成；电源单元分别与微控制CPU单元，通信单元，存储器，模拟输入单元，数字输入单元，数字输出单元，编程器的电源端口连接；编程器与微控制CPU单元连接；存储器，通信单元，模拟输入单元，数字输入单元，数字输出单元通过数据总线分别与CPU连接；触摸屏与控制模块PLC中的通信单元连接。
3.根据权利要求1所述的一种PROFIBUS总线技术空压机组联网控制***，其特征在于所述的吸干机组与控制模块PLC中的数字输出单元连接；所述的冷干机组与控制模块PLC中的数字输出单元连接；所述的压力传感器与控制模块PLC中的模拟输入单元连接；所述的空压机与控制模块PLC中的数字输入单元连接；空压机与控制模块PLC中的数字输出单元连接；空压机与控制模块PLC中的通信单元连接，并且设置不同的地址，形成通信网络；上述各个连接是通过PROFIBUS总线完成。
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| 空气压缩机组监控***开发研究;李同运;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20110815(第08期);第18-21页、第25页-第31页、第34页-第37页、第48页-第54页 * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20210202 Address after: Room 6, 1st floor, building 15, no.5000 Airport Road, Shiqi street, Haishu District, Ningbo City, Zhejiang Province Patentee after: Ningbo Fuwan Information Technology Co.,Ltd. Address before: 430062 368 Friendship Avenue, Wuchang District, Wuhan, Hubei. Patentee before: Hubei University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210602 Address after: 517000 Fuyuan Road, phase II, butterfly Ridge Industrial Park, Dongyuan County, Heyuan City, Guangdong Province Patentee after: Rose Technology Co.,Ltd. Address before: Room 6, 1st floor, building 15, no.5000 Airport Road, Shiqi street, Haishu District, Ningbo City, Zhejiang Province Patentee before: Ningbo Fuwan Information Technology Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170222 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |