其他元件包括手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、緊急停止按鈕、聲光報警器等。

3、通訊系統(tǒng)的構(gòu)成

系統(tǒng)中的通訊包括三個部分。

3.1 現(xiàn)場設(shè)備通訊

PLC和Delcos3100控制器之間的通訊[4>采用控制方便、設(shè)計簡單的RS-485接口標準作為物理通信標準。RS-485標準要求采用兩線制差分方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，因此能夠有效克服共模干擾、抑制線路噪聲。根據(jù)實際情況，通信協(xié)議采用單主站多從站結(jié)構(gòu)的Modbus協(xié)議，選用Modbus的RTU通訊模式。RS-485標準是總線的物理層標準，負責完成電平轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)收發(fā)；Modbus協(xié)議則構(gòu)成了總線的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，規(guī)定了總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀格式，為主站和從站之間傳遞數(shù)據(jù)提供通信規(guī)約，保證有效數(shù)據(jù)在主站和從站之間可靠傳遞，兩者共同構(gòu)成了RS-485總線。

CP341模塊設(shè)置為總線的主站，五個Delcos3100控制器設(shè)置為總線的從站，每個從站分配唯一的地址，主站和從站的通訊速率統(tǒng)一設(shè)定為76.8kbps。工作時采用命令/應答的通訊方式，每一種命令幀都對應著一種應答幀，Modbus協(xié)議為命令幀定義了許多功能碼，不同的功能碼要求從站進行不同的響應。系統(tǒng)中用到的功能碼為0x03，即讀取Delcos3100控制器的寄存器。CP341模塊發(fā)出功能碼為0x03的命令幀，地址匹配的Delcos3100控制器就會做出響應，將存儲在寄存器中的空壓機運行信息（壓力、壓差、溫度、電壓、電流、載荷狀態(tài)、運行時間、故障信息等）組成應答幀發(fā)出至CP341模塊。重復上述過程，CP341模塊即可實現(xiàn)輪循采集空壓機組的運行信息。

CP341模塊下發(fā)的命令幀格式如圖2所示。

圖2 命令幀格式

在命令幀中，寄存器起始地址是告訴Delcos3100控制器，CP341模塊要讀取的寄存器的起始地址；寄存器數(shù)是指從起始地址開始連續(xù)讀取的寄存器值的個數(shù)；CRC校驗是指對從站地址及其以后部分在命令幀中所占的字節(jié)數(shù)進行CRC-16校驗所生成的校驗碼。

Delcos3100控制器上傳的應答幀格式如圖3所示。

圖3 應答幀格式

在應答幀中，字節(jié)數(shù)是指主站要求從站發(fā)送的內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，寄存器1、2…n是指發(fā)送的各寄存器的內(nèi)容，CRC校驗與命令幀中的含義相同。

最后需要說明的是，RS-485總線僅用作數(shù)據(jù)采集，控制信號由PLC的數(shù)字量輸出模塊SM322輸出，經(jīng)過信號線傳輸?shù)娇諌簷C自身的控制繼電器，這是由現(xiàn)場的實時性要求決定的。如果控制信號也由CP341模塊發(fā)出，就需要經(jīng)過RS-485總線傳輸?shù)紻elcos3100控制器，再由Delcos3100控制器控制空壓機的控制繼電器；而采用硬接線的方式直接傳送控制信號到空壓機的控制繼電器，就大大縮短了系統(tǒng)的控制響應時間；同時，RS-485總線能夠以更快的速度采集實時數(shù)據(jù)。

3.2 觸摸屏通訊

PLC和觸摸屏之間的通訊二者均為西門子的產(chǎn)品，通過MPI電纜連接PLC的MPI通信口和觸摸屏的RS-485通信口.組態(tài)時對相關(guān)通訊參數(shù)如所要連接CPU的MPI地址和槽號等進行定義，選擇接口類型為MPI，將波特率設(shè)置為187.5kbps進行簡單的組態(tài)操作即可實現(xiàn)通訊。

3.3 上位機通訊

在PLC和上位機之間的通訊中，PLC通過以太網(wǎng)模塊CP343-1接入工業(yè)以太網(wǎng)，上位機通過網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。選擇接口類型為工業(yè)Ethernet，通信速率為100Mbps，設(shè)置PLC和上位機的IP地址。

4、軟件設(shè)計

系統(tǒng)的控制要求如下：手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)為手動狀態(tài)的空壓機，僅受其Delcos3100控制器控制，以方便機器檢修和維護，此時PLC只能采集該Delcos3100控制器中的數(shù)據(jù)而不能控制空壓機；手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)為自動狀態(tài)且遠程控制無效的空壓機，將由PLC進行集中監(jiān)制，PLC根據(jù)風壓的變化來決定投入運行的空壓機臺數(shù)，維持風壓能夠滿足井下用風的需要，并且依據(jù)空壓機運行時間的長短使它們輪換工作；當觸摸屏上的遠程控制設(shè)置無效時，上位機只能監(jiān)測到空壓機的運行狀況而沒有控制權(quán)限，當遠程控制有效且手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)為自動狀態(tài)時，空壓機將只受上位機遠程控制。

4.1 PLC監(jiān)控程序設(shè)計

開發(fā)環(huán)境為SIMATIC STEP7 V5.3 SP2編程軟件包，它采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，程序可讀性強，調(diào)試和維護方便。單臺空壓機的主程序流程圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

PLC控制程序主要具有以下功能：

（1）自動輪換運行。PLC根據(jù)總線采集的信號進行綜合判斷，然后發(fā)出啟動、停機、加載、卸荷、報警等控制指令，監(jiān)控空壓機組自動運行，使得總管壓力維持在設(shè)定的壓力下限值和壓力上限值之間。若風壓低于壓力下限值就增加空壓機運行的臺數(shù)，若風壓高于壓