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基于 PLC 和组态软件的空压机监控系统
于宁1，王海舰1，刘治翔1，胡延丽22*
作者简介：于宁，（1979-），女，讲师，主要研究方向：机电液一体化
（1. 辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁 阜新 123000；
2. 北方重工集团有限公司） 5
摘要：本设计通过应用传感器和可编程控制器 PLC 来对空气压缩机进行检测和控制，并通过
触摸屏和上位机的组态软件进行监控。PLC 与原有控制空气压缩机的继电器成套设备来比较
有很突出的优点，在控制逻辑、工作方式、控制速度、设计和施工、可靠性和可维护性等方
面，继电器成套设备对空气压缩机的控制系统都不能和 PLC 对空气压缩机的控制系统相媲
美。本设计采用与继电器控制系统相同的控制逻辑对空气压缩机进行控制，继承了原有的控10
制理念，又加强了设备的可靠性和可维护性。如果系统的控制逻辑需要更新或控制方法需要
改进，只需改变控制程序就能简单的变换控制系统的方法和逻辑。本系统的设计的 PLC 与微
机连接，更加方便快捷、直观有效的对 PLC 进行控制和逻辑变换。�
关键词：空压机；可编程序控制器（PLC）；组态软件�
中图分类号：TP2�15
Mine compressors’ control system based on PLC and
Configuration software
YU Ning1, WANG Haijian1, LIU Zhixiang1, HU Yanli2
(1. Mechanical Engineering College，Liaoning Technical University, LiaoNing FuXin 123000; 20
2. North Heavy Industries Group )
Abstract: This design applies sensors and programmable controller PLC to detection and control
the air compressor. and monitor through the touch screen and configuration software of
and the original control air compressor relay complete set of equipment compares has the very
prominent merit, in control logic, working, control speed, design and construction, aspect relay 25
complete sets of equipment and so on ，reliability and maintainability all cannot want to compare
favorably with to the air compressor control system with PLC to the air compressor control system.
This design uses with the black-white control system same control logic carries on the control to
the air compressor, has inherited the original control idea, also strengthened the equipment
reliability and the the system control logic needs to renew or the control method 30
needs to improve, only change the control procedure to be able the simple transformation control
system method and logic. PLC of this system design connects with the microcomputer, more
convenient quick, direct-viewing effective carries on the control and the logical transformation to
PLC.
Keywords:Mine compressors; Programmable logic controller (PLC); Configuration software 35
0 引言
随着煤矿现代化的发展，矿山对设备的要求越来越高，建设本质安全型和数字化矿山已
成为煤矿生产建设的核心。煤矿的地面空压机站原采用继电器的控制系统对三台空气压缩机
进行控制，三台空压机为单螺杆式空气压缩机，采用 Y—△方式降压启动，每台空压机采用40
独立的启动柜进行启停控制，且均为人工控制。
用继电器搭成的控制电路具有可靠性差、不易维护、不易监视，已不能适应当前的要求。
现在迫切需要可靠性高、易维护、易操作、可监视并且价格不高的控制器来代替继电器搭成
的电路。随着电子技术、软件技术、控制技术的飞速发展，PLC 发展迅猛，性能很高，价
格较为合理，与继电器搭建的控制电路相比具有非常大的优势[1]。 45
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1 系统总体结构及主要功能
系统的总体结构
空压机监控系统总体结构如图 1 所示，以可编程控制器（PLC）为控制核心，采用三层
集散式结构框架，PLC 通过数字量模块和模拟量模块将传感器从空压机采集到的各项参数
进行处理，执行相关程序，对各项参数进行逻辑综合判断，执行相关指令，如起动、停机、50
超限报警等。触摸屏和上位机通过与 PLC 支持的 Modbus 通讯方式相连，从而实现对各种
数据进行现场和远程实时显示与监控，最终实现对三台空压机的监控和保护。
图 1 监控系统总体结构
The overall structure of the monitoring system 55
主要功能
(1)空压机正常的启动停止控制，参数超限及过载时的紧急停机控制和声光报警；
(2)系统上电后自动检测空压机各项参数和开关量状态，并对采集到的信号进行分析、
处理，实现实时监控； 60
(3)检测数据的现场实时显示，且可以现场进行参数上下限设置和调定；
(4)空压机机房实时监控。空压机机房内安装有摄像头，并在门口处安装红外对射报警
装置，防止闲杂人员随意进入机房；
(5)上位机远程监控。远程监控上位机通过组态软件进行远程监控。可实时反映空压机
的运行状态、各个采集参数以及实时监控曲线； 65
(6)数据存储功能。上位机可对监测的数据进行筛选和分析，将发生事故的时间和事项
进行分类和存储，有利于技术工作人员日后进行故障分析和处理。
2 硬件结构
数据检测模块
数据检测模块是直接从空压机获得数据信息的模块，针对于空气压缩机检测量的要求对70
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各传感器进行比较选择，选用 PT100 系列的 wzpj-236 一体化温度变送器检测空压机的排气
温度；压力检测采用 JK 系列压力变送器，每台空压机安装两个压力变送器，分别对润滑油
压力和排气压力进行检测；空压机的主机振动检测采用 VB-Z9500-2-1 一体化振动变送器；
空压机主机以及冷风机的电动机需要进行过载保护，通过 T 系列热继电器来实现；选用
EDA9033A 三相电参数采集模块进行三相电参数的采集，EDA9033A 的接线方式如图 2 所75
示。
图 2 EDA9033A 接线图
EDA9033A wiring diagram
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数据采集模块
数据采集的准确性和精确程度直接影响对空压机各项性能指标的判断。选用西门子公司
S7-200 系列 PLC，并采用 EM223 和 EM231 进行开关量和模拟量的扩展构成系统的数据采
集模块，在进行小型数字-模拟混合系统控制时具有较高的性能价格比，实施起来也比较方
便。传感器检测到的参数通过 EM231 模拟量模块上传到 PLC，并通过 A/D 转换和参数计算85
转换成 PLC 程序识别的信号[2]。
3 软件设计
下位机程序设计
PLC 的程序是在 STEP 7-Micro/Win32 开发软件环境下实现的 ，它用于西门子 S7-200
系列 PLC，西门子公司专门为 S7-200 系列 PLC 的开发而设计的；是基于 Windows 的应用90
软件，其功能非常强大，主要为用户开发控制程序所使用，同时也可以作为实时监控用户程
序的执行状态使用[3]。
空压机监控系统将模拟量模块转换后的参数信号与空压机各项检测量的上下限进行比
较，如果超过设定的上下限，延时三秒，如仍超限，则系统将会自动报警停机；如不超限，
则循环运行检测程序，而电机振动过大、主机电动机或风冷机电动机过载时，则直接报警停95
机。空压机监控系统整体控制程序流程图如图 3 所示。
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图 3 程序流程图
Program flow chart
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触摸屏
人机界面触摸屏在本设计中作为下位机和上位机的纽带，主要用于数据信息现场的显示
以及上下限的设定[4]，其参数界面主要显示的数据有空压机的润滑油压力、排气温度、排气
压力、电机振动、电机电压、电机电流、功率因数和冷却风扇是否正常工作。参数界面的设
置如图 4 所示。 105
图 4 参数界面
Parameters interface
触摸屏设置完成后，将触摸屏与 PLC 和上位机相连，触摸屏编辑软件的设置里有对应110
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的连接 PLC 的选项，在通讯参数里面设置成要连接的 PLC 的通讯参数协议即可。
上位机组态软件
组态王 是数据采集与过程控制的专用软件，它是在自动测控系统监控层一级的软
件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式而不是编程提供良好的用户开发界面和简捷的
使用方法、其预设置的各种软件模块可以非常容易的实现和完成监控层的各项功能，并能同115
时支持各种硬件厂家的计算机和硬件设备，与高可靠性的工控计算机和网络系统相结合，可
向整个测控系统提供软、硬件的全部接口，进行系统集成[5]。
组态界面的绘制可采用开发系统中工具箱的各项 draw 功能模块和调色板来完成，图库
中提供了大量的图形对象，通过调用图库里图形元件以及绘图功能完成总监测画面、视频监
控画面、数据查询画面、实时曲线查询画面、历史曲线查询画面、参数设置画面、检修运行120
画面和报警画面的绘制[6]，系统总监测画面如图 5 所示。
各画面绘制完成后还需进行命令语言的编辑，在系统的菜单中单击命令语言-应用命令
语言一项，进行各画面相关命令语言的编辑。系统运行前，主监测画面处于静止状态，当系
统开始运行后，电动机指示灯置为红色，表示空压机处于工作状态，冷风机风扇开始运转，
空压机的各项检测参数在主界面上实时显示。管理员可通过参数设置画面对三台空压机各项125
参数的上下限进行远程设置，并可通过下拉菜单对单台空压机各项参数的实时曲线和历史曲
线进行查询。当某一监测量超限产生报警时，弹出报警画面，并伴随声音报警，对当前报警
进行分析和确认后，结束报警并对相应的故障进行排除。
空压机的启动、停止不但可以直接在现场进行操作，还可通过上位机组态监控系统进行
远程操作，同时上位机还进行了检修、运行间切换操作的设置。 130
图 5 总监测画面
The picture of total monitoring
数据实时监测示例 135
上位机的实时曲线界面可以直观的反映各项检测参数的实时动态，图 6 和图 7 分别为三
台空压机的排气压力实时曲线和排气温度实时曲线。
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图 6 排气压力实时曲线
real-time curves of exhaust pressure 140
图 7 排气温度实时曲线
The real-time curves of exhaust temperature
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4 结束语
本开发系统基于 PLC 和组态软件的空压机监控系统取代了原有的空压机继电器控制系
统，采用传感器采集空压机各种参数，使采集到的数据更加精确;通过可编程控制器(PLC)、
人机界面和上位机组态软件对空压机进行实施有效的监测和控制，提高了空压机控制系统的
自动化水平，顺应当前国家提倡数字化矿山的号召。PLC 维护方便，动作快，操作简单，150
对空气压缩机的控制和空气动力起到了新的作用，提高了空压机工作时的安全性和可靠性。
达到了生产的要求。
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[参考文献] (References)
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