铝电解中空压机的使用

　　随着电解烟气净化系统的扩容改造，净化物料输送系统设计为浓相输送系统，原有的供风量不能满足浓相输送系统的工艺要求，为保障该系统的正常运行，配套建立空气压缩站供风系统，为浓相输送系统及烟气净化系统提供稳定、干净的风源。根据生产实际需求，配置4台LU315～500 W 81 m 3 /min系列螺杆式空气压缩机、3台干燥器及1套循环水冷却系统。提出了一种基于Profibus现场总线的通信控制系统，采用Modbus通信协议，选用S7－300可编程序控制器，设计出一套铝电解烟气净化自动供风控制系统，该系统可根据需要起动或加载空气压缩机以保持系统压力稳定，增加了自动监控界面，提高了自动化控制水平。

　　供风控制系统的设计背景

　　1. 空气压缩机的控制原理

　　设备开机后，系统首先对空气压缩机的运行条件进行检查，当冷却水压力、空气压缩机分离油罐内油压满足要求时，空气压缩机起动，其电动机起动方式均采用Y－△起动方式，Y－△起动延时5 s.

　　起动后，储气罐开始充气，在储气罐压力达到设定值0.8 MPa时空气压缩机减荷阀关闭，空气压缩机空运转；当储气罐压力下降到0.7 MPa时，减荷阀打开，空气压缩机加载运行，再次进行充气。

　　2. 系统控制方式

　　空气压缩机自带施耐德小型PLC Twido系列TWDLCAA24DRF控制器，采用TWDALM3LT及TWDAMM3HT型号的2个模拟量模块，1个TWDDMM8DRT扩展单元可以连接0～10 V或4～20 mA信号。施耐德小型控制器采用一个可接标准信号的模拟量模块TWDAMM3HT来采集温度和压力信号，而不使用变送器，控制方式是通过模拟量输出给PT100提供一个4 mA的恒流源，再通过具体的算法把所测得的温度信号线性化，即可得到想要的温度值，采用这种方法，可达到1℃的精度。人机界面采用MODICON NEIA，可通过Modbus连接到Twido PLC，并带有RS485接口可与上位机通信，在上位机控制界面上监控所要控制的参数，进行远程起动、停止及故障报警。空气压缩机在运行过程中，保护功能有缺相保护、电动机热过载保护等。

　　控制系统总体结构设计

　　该系统SIMATIC S7采用上位机软件WinCC作为操作和监控的人机界面，以空气压缩站为主站，空气压缩站PLC控制系统采用S7－300 PLC.现场设备4台6.3 kV 450 kW螺杆式空气压缩机，3台微热式干燥器作为从站。每台空气压缩机都配有施耐德Twido PLC，通过Twido PLC控制器的操作面板，操作人员可就地控制单台空气压缩机的起停、查看运行状况及设置运行参数等。空气压缩机Twido PLC控制器、干燥器都带有一个RS485通信接口，支持Modbus RTU协议，为实现空气压缩机组的集中监控提供了条件。空气压缩站循环水作为空气压缩机的冷却系统，通过Profibus－DP与空气压缩站PLC控制系统进行串行通信，传输速率为1.5 Mbit/s，通过Modbus RTU协议与主站PLC进行通信，传输速率为187.5 Kbit/s.在主D从系统中，主站与从站采用主D从程序实现通信，主D从系统允许主站当前有权发送、存取指定给它的从站设备，主站可以发送信息给从站或从从站获取信息，PLC程序主要进行组织、监视和协调等方面的工作。

　　供风控制系统硬件设计

　　空气压缩站PLC主站控制系统选用西门子S7－300系列CPU315－2DP，1块PS307电源模块，2块SM321数字量输入模块，3块SM331模拟量输入模块，1块SM322数字量输出模块和1块CP341通信模块。CP341通信模块通过RS485接口与4台空气压缩机和3台干燥器进行Modbus通信，操作员站通过CP5611通信卡与主站PLC的CPU和循环水控制系统的CPU进行Profibus－DP通信，采集各种现场信号，在操作员站上集中进行监视和控制。

　　控制系统软件设计

　　1. CP341通信模块的应用

　　本系统选用CP341通信模块，使用集成在CP341内的ASCII Driver通信协议来实现Modbus Master/Slave RTU协议，可实现点到点的通信，它是西门子S7－300系列PLC中的串行通信模块，具有1个串行通信接口RS422/485，速率9 600 bit/s.该系统选择RS485接口通信模板，RS485传输报文内容以字节为单位，在信道中的传送顺序是：低字节先送，高字节后送。字节内低位先送，高位后送。

　　采用RS485 Modbus RTU通信方式，需要在发送的数据包中包括站号、数据区及读写指令等信息，供CP341模块所连接的从站设备鉴别数据包是发给哪个站的，以及该数据包是对哪个数据区进行的读或写的功能。CP341用功能块FB7（P－RCV－RK）接收数据，用FB8（P－ SND－RK）发送数据，在用户程序中，FB7/FB8分别有一个背景数据块，FB7/FB8是无条件调用的，数据的发送或接收可以是循环的，也可以是时间驱动的。

　　2. Modbus通信协议的实现

　　通信协议采用单主多从站结构的Modbus协议，CP341选用Modbus的RTU格式通信协议，以实现CP341与1＃～4＃空气压缩机电脑控制器、1＃～3＃干燥器PLC的串行通信设备的数据交换。要实现Modbus通信，需要在CP341模块上插入相应协议的硬件狗Dongle（6ES7 870－1AA01－0YA0），就可作为主站，CP341模板才能够支持Modbus协议，CP341模块可以同时与多台空气压缩机、干燥器串行通信设备进行通信。

　　3. 通信参数的设置

　　先对通信参数进行设置，在硬件组态窗口中双击CP341模板，打开CP341模板的属性窗口，记录模板的硬件地址256，在编写通信程序时，需要该地址参数。再单击属性窗口上的Basic Parameters按钮，选择所要使用的通信协议，选用Modbus Master协议。双击信封图标弹出Modbus Master协议通信参数设置窗口，在Interface选项中，设置9 600 bit/s，8 data bit，1 stop bit， even parit.选择RS485接线，电压R（A）为0 V，R（B）为5 V，确定后下载驱动。对硬件组态存盘编译，下载硬件组态，如果此时SF灯亮，将通信电缆与另一个通信伙伴进行连接后，SF灯熄灭，说明硬件组态正确。

　　4. 控制程序设计

　　程序的设计思路是：CP341模块设置为总线的主站通信模块，4个Twido PLC和3个S7－200 PLC设置为从站，每个从站分配**的地址，主站和从站的通信速率统一设定为1.5 Mbit/s.工作时采用命令/应答的通信方式，每一种命令帧都对应着一种应答帧，Modbus协议为命令帧定义了许多功能码，不同的功能码要求从站进行不同的响应。CP341模块发出功能码命令帧，与地址匹配的PLC就会作出响应，将存储在寄存器中的空气压缩机运行信息（压力、压差、温度、电压、电流、载荷状态、运行时间、故障信息等）组成应答帧发送至CP341模块，重复上述过程，CP341模块即可实现轮询采集空气压缩机组的运行信息。主站PLC采用轮询方式读写从站数据，在OB1中调用Modbus程序块FB7（P－RCV－RK）、FB8（P－SND－RK）。

　　在程序中，LADDR为硬件地址256，先做DB数据块，一个从站对应一个DB发送数据块和一个DB接收数据块。控制系统共有七个从站，如：1＃从站发送数据块为DB1，接收数据块为DB11；2＃从站发送数据块为DB2，接收数据块为DB12，依此类推做七个对应的数据块。在OB1中应用定时器做一个600 ms时间脉冲，脉冲宽度为70 ms，用于触发发送数据块FB8，再调用一个计数器对发送的脉冲进行计数，范围为0到8，如果计数值大于等于8就归为0，用计数器的数值来对应从站，如数值为1，将对应1＃从站的DB发送数据块块号1和DB接收数据块块号11分别传送到字MW300（发送DB块块号）和字MW302（接收DB块块号）。

　　结束语

　　该控制系统形成了具有动态效果的监控界面，自使用以来，运行稳定，监测数据可靠，保证了烟气净化系统的稳定供风。