基于以太网技术的空压机远程监控系统的策略创

　0 引言
　　在通信光电缆制造业，随着气动设备的大量应用，压缩空气已成为生产的主要动力之一，空压机的可靠运行直接影响着工厂的正常生产。本系统共有4台空压机，为了整个供气管路的压力均衡，空压机分两地安装，组成一个供气网络，两地空压机的距离相隔约1公里，原采用手动操作、定时巡检的方式管理，但存在因管理不便，不能同时看到两地空压机的运行状态和负荷状态，造成的供气系统可靠性低，及运行成本较高的问题。因此，设计一个直观、集中、自动控制、操作方便的远程集中控制系统，对空压机组进行实时监控和运行数据记录，提高供气系统的安全稳定性，降低能耗，有着重要意义。
　　本控制系统基于国产组态王软件平台开发，配合西门子S7-200PLC实现PC与PLC的以太网远程通信，并进行web发布。系统实现了对所有空压机组在运行过程中的数据采集与传送、数据记录分析、报警显示，参数控制、登陆管理等功能。
　　1 系统结构
　　本系统采用工业控制计算机作为上位机，上位机控制软件采用国产组态王软件平台开发，工控机除了作为本地的人机界面外，同时负责画面的WEB发布。下位机采用西门子公司的S7-200系列的PLC。工控机与PLC之间采用以太网形式连接，选用了西门子的CP243-1以太网模块。PLC与空压机之间采用MODBUS协议通信，负责采集空压机的各种运行状态和报警等信息。系统的结构如图1所示。
　　2 下位机PLC的程序设计
　　2.1 PLC与空压机的MODBUS通信 本项目的4台分两地安装，1#、2#、3#机为复盛离心式空压机，4#机为英格索兰变频螺杆式空压机，PLC与空压机采用MODBUS通信协议通信。
　　Modbus协议是Modicon公司提出的一种报文传输协议，它主要应用于工业控制领域，并已经成为一种通用的行业标准。不同厂商提供的控制装置可通过Modbus协议组成通信网络，从而实现集中控制。Modbus协议是一种异步半双工通讯的对等网络协议，其物理接口一般采用RS485方式，可用于远距离通信。Modbus网络属于一种主从网络，允许一个主站和一个或多个从站通信。它采用命令/应答方式，每种命令报文都对应着一种应答报文。命令报文由主站发出，当从站收到发给自己的报文后，就发出相应的应答报文进行响应，从站在未收到主站的请求时，不能发送数据或互相通信。
　　在Modbus协议中使用RTU和ASCII两种传输模式，本系统采用MODBUS通信协议中的RTU数据传输模式。通信程序在STEP7-Micro/WIN环境下进行编写，程序通过调用Modubs RTU 主站指令库，实现与空压机的通信。首先需要使用 SM0.0 调用 MBUS_CTRL 完成主站的初始化，对PLC的通信参数进行初始化设置。如图2所示，将PLC的通讯波特率设置为9600、无校验，使之与空压机的通讯参数相一致。
　通信参数设置完成后，调用Modbus RTU主站读写指令MBUS_MSG，发送一个Modbus请求。如图3所示，其指令为读取地址为1的空压机参数，数据地址为40001-40011的10个寄存器。指令中的“Slave”为从站地址，可选范围为1-247；“RW”为读写设置，0为读，1为写；“Addr”为从站Modbus的数据起始地址；“Count”为通讯的数据个数，最大数据量为120个字；“Done”为读写功能完成位。
　　多个MBUS_MSG指令同时使能会造成通信错误，所以在每一个MBUS_MSG读写指令的完成后，通过Done完成位来激活下一条MBUS_MSG读写指令，以保证所有读写指令循环进行。
　　2.2 PLC的以太网通信 西门子的CP243-1以太网模块，可实现将S7-200PLC连接到工业以太网中，可基于标准TCP/IP协议进行通讯。CP243-1以太网模块与S7-200其它扩展模块一样，通过总线电缆，即可与S7-200简单地连接起来，CP243-1上带有一个RJ45口，可实现通过RJ45的以太网网络连接。
　　CP243-1以太网模块的通信参数配置，需通过STEP7-Micro/WIN软件的“以太网向导”进行设置。必须将CP243-1模块的IP地址设置成固定的地址，否则上位机将访问不到PLC。模块连接类型可设为“自动检测通讯”，如图4。CP243-1 “以太网向导”设置完成后会自动生成一个“ETH0_CTRL”子程序，在PLC的每次扫描进行调用即可。通信参数配置完成后下载至PLC，并将PLC连接到工业以太网中，用网络中的电脑端使用ping命令测试，保证能ping到PLC站。
　　3 组态王的程序设计
　　3.1 组态王与PLC的通信 要实现组态王与PLC通过以太网的方式通讯，需要在组态王软件中安装PLC的tcp/ip驱动程序，并在建立通讯之前需要进行如下设置：
　　①确认本地的计算机中安装有以太网卡，并与PLC连接到同一网络中。②通过Step7编程软件为通讯模块（CP243-1）设定IP地址和子网掩码，并下传到PLC中，如IP地址（172.16.147.1）、子网掩码（255.255.255.0）。③为本地的计算机设定固定的IP地址和子网掩码，如IP地址（172.16.147.2）、子网掩码（255.255.255.0）。④使用ping命令，保证本地的计算机能ping到远程的PLC站。
　　以上设置完成后，进行组态王与PLC通信参数的配置。打开组态王中的设备配置向导，选择设备名称为S7-200（TCP），设定需访问的PLC站的IP地址。PLC站的IP地址格式为：PLC的IP地址：CPU槽号，如图5所示，将PLC站的IP地址设置为172.16.147.1，CPU槽号为0。设置的IP地址必须与需访问的PLC站的IP地址一致，否则无法建立组态王与PLC的通信。
　　3.2 组态王的画面发布 组态程序设计编写完成后需要对画面进行WEB发布，才能使网络中所有IE客户端获得与组态王运行系统相同的画面，实现远程的监视和控制功能。在组态王的工程管理器中对需要发布的画面进行配置。为防止IE与运行系统进行网络连接的应用程序端口号冲突，需设置为成不被占用的端口，如8001。画面发布功能采用分组方式，可以将画面按照不同的需要分成多个组进行发布，每个组都可以设置独立的安全访问权限，可以供不同的客户群浏览。
　　3.3 客户端远程访问 客户端计算机访问组态王画面，需要安装Microsoft Internet Explore 5.0以上或者Netscape 3.5以上的浏览器，第一次浏览组态王画面时会自动下载并安装JRE插件。客户端启动浏览器，在地址栏中输入“http：//IP地址：端口”，如本系统为：“http：// 172.16.147.2：8001”，即可即可获得与主控机组态王运行系统相同的监控画面， 并与主控机保持高效的数据同步，通过网络能够在任何地方获得与在主控机上一样的画面和数据显示、报表显示、报警显示、趋势曲线显示等，以及方便快捷的控制功能，如图6所示。
　　4 研究分析及总结
　　本文简要阐述了基于以太网技术的空压机远程监控系统的网络结构和软件的设计要点。系统通过采用工业以太网技术，将上位机、PLC和空压机等对象的三层结构连接在一起，使设备监控人员能够随时随地对设备进行监控，尤其是在设备分散的情况下更能体现系统的优越性。系统运行以来，功能正常，运行稳定，完全达到了设计要求，提高了空压机的自动化控制水平和在现场无人值守情况下的安全运行可靠性。
　　参考文献：