本實用新型涉及一種基于LabVIEW和多總線技術的氣源集控系統。

背景技術：

壓縮空氣是工業(yè)生產和科研試驗活動中常用的介質，具有輸送方便、無明火、無負荷、工作環(huán)境適應能力強、取材方便的特點。壓縮空氣氣源系統是一種產生壓縮空氣的系統，該氣源系統包括螺桿壓縮機、壓縮機配電系統、冷凍式干燥器、過濾器、儲氣罐、管路系統、冷卻循環(huán)水泵、風機系統、閥門系統、溫度壓力傳感器部分構成，具有如下特點：

1.設備類型多、型號復雜，輸入輸出點數較多；

2.設備數量多，電纜使用量大；

3.電纜溝空間有限，且電機功率較大，可能會產生干擾。

由此可見，常規(guī)的多子站通信方法已經無法滿足集控系統的要求。智能化和網絡化是工業(yè)自動化發(fā)展的方向，隨著計算機技術、自動化控制技術、通信技術的飛速發(fā)展，現場總線的興起改變了控制系統的結構，它是以微處理器為基礎的現場儀表和控制系統之間進行全數字化的、雙向的、多站通訊的現場總線網格標準，使其向網絡化的方向發(fā)展，故而在現場總線中用于數據傳送的協議也越來越多?？偩€技術和通信協議在工業(yè)自動化領域的廣泛應用有效提高了系統自動化的程度，也為集控系統的設計提供了思路和方法。

技術實現要素：

本發(fā)明提供一種減少通信子站的數量，減少電纜的使用，并有效的降低干擾的基于LabVIEW和多總線技術的大流量可調節(jié)氣源集控系統，其包括壓縮空氣氣源系統和集控系統，所述壓縮空氣氣源系統包括壓縮機、冷凍式干燥器、閥門和溫度壓力傳感器，所述集控系統包括數據采集模塊、信號傳輸模塊、程序設計模塊和人機交互界面模塊，所述數據采集模塊采集現場的壓縮機、冷凍式干燥器、閥門、溫度壓力傳感器的信號，所述信號傳輸模塊將采集到的信號經過信號處理和協議轉換后采用多種總線方式將信號傳輸給上位機LabVIEW。

優(yōu)選所述數據采集模塊包括S7-200PLC的IO模塊、Gateway模塊、本地IO、遠程IO。

優(yōu)選所述程序設計模塊包括PLC程序設計和LabVIEW程序設計。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

氣源集控系統集成了多種總線技術，創(chuàng)新性的通過 PROFIBUS-DP總線、工業(yè)以太網、MODBUS總線、CAN總線、OPC 通信協議的多總線技術使用和集成，基于LabVIEW構建集控系統。與傳統方法相比，減少了通信子站的數量，減少了電纜的使用，降低了成本的同時也減少了出錯的概率，也有效的降低了干擾，同時也提高了集控系統的集成度和技術水平。

附圖說明

圖1為系統結構圖。

圖2為LabVIEW編程邏輯圖。

圖3為集控系統功能圖。

具體實施方式

壓縮空氣氣源系統是一種產生壓縮空氣的系統，該氣源系統包括螺桿壓縮機、壓縮機配電系統、冷凍式干燥器、過濾器、儲氣罐、管路系統、冷卻循環(huán)水泵、風機系統、閥門系統、溫度壓力傳感器等部分構成。

集控系統，包括數據采集模塊，信號傳輸模塊，程序設計模塊，人機交互界面模塊。

數據采集模塊主要負責將現場的壓縮機(共17臺)、冷干機(7 臺)、閥門、傳感器信號(包括控制信號和狀態(tài)量信號)采集供后續(xù)處理使用。數據采集模塊主要包括S7-200PLC的IO模塊、Gateway 模塊、本地IO、遠程IO。

壓縮機的狀態(tài)量信號統一使用Gateway模塊采用CAN總線方式采集，壓縮機的控制信號采用兩種方式進行采集：距離主控制柜較近的壓縮機通過本地IO采集；距離主控制柜較遠的壓縮機采用遠程IO 采集。

冷干機共分為3種型號：其中流量大的冷干機設備(共4臺)采用S7-200PLC的IO模塊采集其狀態(tài)量信號，其控制信號根據其距離主控制柜的遠近，距離主控制柜較近的冷干機通過本地IO采集，距離主控制柜較遠的冷干機采用遠程IO采集；其余2種型號的冷干機設備根據其距離主控制柜的遠近，距離主控制柜較近的冷干機通過本地IO采集其狀態(tài)量信號和控制信號，距離主控制柜較遠的冷干機采用遠程IO采集其狀態(tài)量信號和控制信號。

閥門設備和傳感器設備根據其距離主控制柜的遠近，距離主控制柜較近的閥門通過本地IO采集其狀態(tài)量信號和控制信號，距離主控制柜較遠的閥門采用遠程IO采集其狀態(tài)量信號和控制信號。

信號傳輸模塊負責將數據采集到的信號經過信號處理和協議轉換后傳輸給上位機LabVIEW使用。信號傳輸模塊主要包括S7-200 PLC、S7-300PLC、STEP7網絡配置、Simatic.Net上傳、NI OPC Server 轉換部分。

由于采集模塊的多樣化，多種模塊采用不同的協議和傳輸模式來采集和傳輸信號，所以集控系統要采用多種總線方式來進行信號傳輸，最終將信號整合成為上位機LabVIEW可以識別的狀態(tài)。

Gateway模塊將壓縮機狀態(tài)量按地址通過Modbus總線傳輸給 S7-300PLC；遠程IO通過Profibus-DP總線傳輸至S7-300PLC； S7-200PLC和S7-300PLC將數據通過工業(yè)以太網按照地址傳輸；經過STEP7網絡配置后S7-200PLC和S7-300PLC按照地址就構成了一個局域網。由Simatic.Net配置上傳，上傳的數據支持OPC協議， LabVIEW軟件通過NI OPC Server以共享變量的形式將所需的數據取出。

CAN總線是控制器局域網(controller area network)的簡稱，具有如下特點：1.實時性強、傳輸距離遠、抗電磁干擾能力強、成本低； 2.采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作； CAN總線無論主從，通信方式靈活，具有高實施性、高可靠性。

Modbus總線是一種通用工業(yè)標準協議，它定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。 Modbus串行總線中只有一個主站，最多可以有256個子站。

PROFIBUS-DP總線是一種多主站系統，可以實現多個控制、配置或可視化系統在一條總線上相互操作。擁有訪問權(令牌)的主站無需外部請求就可以發(fā)送數據，而從站是一種被動設備，不享有總線訪問權。PROFIBUS-DP可以同時有多個主站，最多可以接127個從站。

工業(yè)以太網是傳統以太網的延伸，是標準以太網和通用工業(yè)協議的結合。工業(yè)以太網具有如下特征：1.通信的確定性和實時性，工業(yè)以太網的通信速率可達到10G/s，這也是工業(yè)以太網最大的優(yōu)點。2. 穩(wěn)定性與可靠性高。3.安全性高。

OPC協議是一個工業(yè)標準，它包括一整套接口、屬性和方法的標準集，用于過程控制和制造業(yè)自動化。目前，OPC已成為工業(yè)界系統互聯的缺省方案，為工業(yè)監(jiān)控編程帶來了便利，用戶不用再為通訊協議的難題而苦惱。

以LabVIEW軟件為代表的虛擬儀器，通常利用計算機平臺，把傳統儀器的專用功能和硬件功能軟件化，使傳感器和計算機結合起來。用戶可以根據需要來定義和設計儀器的測試功能。LabVIEW采用基于流程圖的圖形化編程方式，編程簡單，但在功能完整性和應用靈活性上卻毫不遜色舊。目前，LabVIEW已經廣泛應用于測試與測量、過程控制和工業(yè)自動化以及實驗室研究。

程序設計模塊包括PLC程序設計和LabVIEW程序設計兩部分。

所述的PLC程序設計中，主要考慮以下兩點：1.S7-300PLC定時采集Modbus通信上傳的壓縮機狀態(tài)量，CP341-1模塊安裝驅動和硬件狗后設置PLC為Modbus主站，設置每250毫秒按照地址調用一次Modbus采集子程序采集一次，采集完成后將數據進行單位轉換后送至對應的數據背景塊上傳；2.S7-200PLC通過以太網模塊 CP243-1，程序中配置以太網傳輸程序并設置IP地址，轉換需要的數據為對應的VB數據類型上傳。

LabVIEW程序設計處理對應的共享變量，按照通信地址尋址來操作和讀取PLC的實時狀態(tài)值，通過編程實現操作、控制、記錄、存儲。

所述的LabVIEW程序設計中，首先將共享變量添加進工程， LabVIEW主程序設計內容及流程：1.初始化；2.設備選擇；3.設備運行報警信號燈、傳感器讀數；4.壓縮機、冷干機狀態(tài)顯示；5.壓縮機、冷干機、閥門啟?？刂?；6.報警記錄；7.運行記錄；8.運行報警記錄查詢；9.退出監(jiān)控。當閥門和冷干機啟動后方可啟動壓縮機，LabVIEW 編程中冷干機、壓縮機設備連鎖的邏輯順序如圖二所示。

人機交互界面是集控系統呈現于外界的表現，是集控系統的主要體現形式，也是操作人員操作的平臺，是集控系統的核心。

所述的人機交互界面和集控系統具有以下功能：1設備選擇。只有勾選的設備可以操作，未勾選的設備顏色變灰且不可操作，這種功能避免了誤操作。2壓縮機、冷干機、閥門監(jiān)控。當鼠標左鍵點擊壓縮機或者冷干機時，在左側選項卡可觀察對應的壓縮機(左上方)或者冷干機(左下方)的狀態(tài)參數。電動閥門的開度反饋信號值位于閥門右側。3壓縮機、冷干機、閥門控制。鼠標右鍵點擊壓縮機、冷干機、閥門時，會出現選擇菜單，設備會根據操作人員選擇的信號(啟動、停止)來執(zhí)行。4報警、運行記錄及查詢。壓縮機、冷干機設備有報警信號時會在左側選項卡的報警記錄一欄中產生記錄，同時該記錄可以查詢。操作壓縮機、冷干機、閥門啟停時，會在左側選項卡的運行記錄一欄中產生記錄，同時該記錄可以查詢。5.溫度壓力監(jiān)測。系統溫度壓力信號在集控系統上實時顯示并監(jiān)測，為操作人員提供控制依據。集控系統功能如圖三所示。