PLC通讯接口在空气压缩系统集中控制中的应用
发布日期：2016-03-04 来源：作者:刘世敏 上海英格索兰压缩机有限公司
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随着空气压缩机不断向大型化、智能化的方向发展，空压机厂家推出了一种新的空压机监控系统。该系统能够完成对多个空压机的全面监控，并且可以对运行中出现的故障进行智 能诊断。本文主要针对PLC通讯接口在空压机控制系统中的应用，阐述了PLC控制设计和空气压缩系统的关系。
一、技术原理
空压站的自控系统可以通过现在比较流行的PLC来实现。 PLC通过通讯接口，实时采集部分空压机控制器的运行数据，再将数据传送到现场控制室计算机屏幕上进行显示，同时PLC还可以对空压机进行控制。虽然空压机自带的智能控制器已能很好地控制单台空压机，但其不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对于单台空压机的调整，对空压系统的整体调控更具优势。PLC在空压机控制系统中担当了重要的角色，利用其通讯接口，可实现空压站房的无人值守和空压系统的集中自动控制。虽然各空压站采用的PLC有所不同，但其通讯协议接口是相同的，本文主要涉及三菱Q系列PLC Modbus通讯接口方面的知识。
1、三菱Q系列PLC的相关配置
（1）硬件配置
打开三菱全系列PIX编程与组态软件GX Developer（本文所有测试与实例均基于该软件8.52版本，撰写本文时该软件最新版本为8.66）。点击项目左方导航栏中的[PLC参数]项。点击PLC参数的最后一个选项卡[IO分配]，并在该选项卡中配置硬件，其中通讯模块在[类型]项中应配置为[智能]，[起始XY]项中应配置1个32 bit的地址区域（每个单位代表1 bit，且为16进制）。
（2）通讯模块的开关配置
点击[开关配置]按钮，弹出开关配置的窗口，在通讯模块所在栏配置[开关1〜5]，[开关1]为端口1硬件参数，[开关2]为端口1协议类型，[开关3]为端口2硬件参数，[开关4]为端口2协议类型，[开关5]为模块站号（对于Modbus RTU主站，输入值无意义）。另外，可以使用“Q PLC串口模块设置”软件协助完成通讯模块的开关设置。
2、三菱Q系列PLC寄存器定义和使用
（1）X寄存器（输入映像寄存器）
对于三菱Q系列，在 PLC中该寄存器为16进制寻址，如第15个X寄存器为[XF]（而对于三菱FX系列PLC则不同，其寄存器为8进制寻址）。 每个通讯模块皆有32 bit长度的X寄存器，其起始地址和结束地址由上述[IO分配]中的设定值决定。
(2)Y寄存器（输出映像寄存器）
在Q系列PLC中该寄存器与X寄存器同为16进制寻址。每个通讯模块皆有32 bit长度的Y寄存器，其起始地址和结束地址由上述[IO分配]中的设定值决定。
（3）D寄存器（数据寄存器）
在Q系列PLC中该寄存器为10进制寻址。每个D寄存器有16 bit长度的存储空间，因此，在运行双整数或浮点数时，运算或判断会连续占用2个D寄存器。
（4）Z寄存器（间接寻址寄存器）
在Q系列PLC中该寄存器为10进制寻址。每个Z寄存器有16 bit长度的存储空间， 经常配合D寄存器用于间接寻址。例如，对于指令MOV H1F D10Z5，执行时，若Z0的值为5，则1F这个16进制数不是立即传送到D10寄存器，而是正偏移5（Z0的值）个寄存器后传送到 D15寄存器。
（5）模块内部数据寄存器
在Q系列PLC中模块内部都有若干数量的数据寄存器，其功能和作用不同。这类寄存器无法直接寻址进行读写操作，必须通过[TO]或[FROM]指令进行读写操作。
二、Modbus RTU通迅方式及其实现方法
1、读数据请求
读数据请求由从站站号、功能码、起始地址、长度、CRC校验组成。
例如，16进制01 03 0001 0023 55D3，其中01是从站号，表示从站号为1的从站；03是功能码，表示读取连续多个数据寄存器的功能（01功能码表示读取连续多个位寄存器）；0001是起始地址，在此例中起始地址是40002（换算关系：Modbus 4地址减去40001就是请求中需写入的起始地址）；0023是长度，在此例中是连续读取35个数据寄存器；55D3是CRC校验，它是靠计算方式算出的校验码。
2、写数据请求
写数据请求由从站站号、功能码、地址、值、CRC校验组成。例如，16进制0B 05 001C FF00 4D56，其中0B是从站号，在此例中表示从站号为11的从站；05是功能码，在此例中表示写单个位寄存器的功能（06功能码表示写单个数据寄存器）；001C是地址，在此例中地址是00029（换算关系：Modbus 0地址减去1就是请求中需写入的地址）；FF00是值，在此例中表示对位寄存器置1（0000则表示置0）；4D56是 CRC校验，同样是由计算方式算出。
3、从站报文格式
应答写数据请求的从站报文和主站请求格式一致，内容相同。应答读数据请求的从站报文由从站站号、功能码、数据帧长度、数据帧、CRC校验组成。
综上所述，Modbus RTU通讯本质上是一种规定了请求和报文格式的自由串口协议，与其他通讯协议，如智能仪表的自由口协议并无根本不同，只是更详细化和规范化，且不需要特殊的硬件支持。这也是许多PLC都可以支持Modbus的根本原因。
三、案例简介
某汽车有限公司空压站目前共有8台英格索兰髙压M350空压机和8台吸附式干燥机，空压机和冷干机系统的运行数据由中控室ACS4000控制系统采集后，经Modbus通讯传送到工控机上显示。另外，为了实现空压机站房的无人值守，要求系统能够自动控制和保护主机的运转，自动提示工作信息，具有故障报警和保护停机功能，能根据用气量的大小自动加载或卸载，并配有LCD显示屏以便现场观察各工艺参数和设备，同时具有RS422/485通讯接口，可以实现与现场控制室计算机监控系统的完整连接。
在该公司已有的PLC系统中，尚未实现空压系统的整体调控功能，但已实现空压机的自动控制。由于空压机自带的SG控制器提供了RS422/485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都可通过通讯接口来实现，因此与原来的控制系统相比，不需要增加硬件设备的投资， 只需改进和增加控制软件，即可实现空压系统的整体控制。除空压机设备外还可以将与空压机配套的冷干机集成到RS422/485网络中来实现压缩空气系统工艺设备的全面自控。
四、结论
通过PLC通讯接口的相关参数设置，可实现空压机控制的数据通讯，进而实现空压站的自动化控制和真正的无人值守，从而达到减少运行参数波动、降低人工成本、节约能源的目的，这对提升企业的整体技术水平有着相当重要的意义。
