基于M2M网络和WebAccess组态的压缩机远程测控维护系统研究.doc

基于M2M网络技术和WebAccess组态软件的压缩机远程测控维护系统研究安徽省产品质量监督检验研究院 潘宗岭 托格（上海）压缩机有限公司 李 竟安徽省产品质量监督检验研究院 张阳阳 孙斐关键词：M2M网络、寻址、服务器、组态 、集中采集、访问权限、远程测控、远程维护压缩机运行过程中，各级温度、润滑油油压、各级排污阀动作可靠性以及电机工作电压、电流等直接影响整个系统的安全可靠性，而较大型压缩机工作的场地一般都远离人员工作场所，无论是制造商还是运营商都渴望远程能够对压缩机检测、控制和维护，随着移动通讯网络技术的迅速发展，尤其是M 2M网络技术的发展，使得压缩机的远程测控成为可能，无论是制造商还是运营商均可以随时随地通过网络进行远程测控。本文介绍基于M2M网络和WebAccess组态软件，构成压缩机远程测控的系统工作机理。一、 系统构成该方案组成的系统框图结构如下：压缩机机体上配备现场集中采集模块把压缩机组上所有的传感器的模拟信号以及开关量，通过单片机处理变成数字信号，然后通过RS485通讯接口和串口传输方式，按照标准的协议发送给电气控制柜中的工控机系统（简称上位机），同时该模块同时担负把上位机发出控制信号，转化为具备220V/5A 通断能力的机械式继电器触点的开关量，实现对压缩机组上的电磁阀等执行机构的远程控制。在控制柜中的上位机，采用嵌入式无风扇工业计算机加触摸屏搭建的计算机系统，使用WebAccess组态软件编辑可视化人机控制界面软件；处理和形象直观地化显示、存储采集模块发送的数据，同时采用配加I/O模块实现对机组智能启动、保护等控制，在触摸屏控制界面上可实现对压缩机开停控制、现场参数的显示、设定、计算、处理等操作，并可根据总部需要通过无线网卡发送压缩机历史和现行工作参数，也可以接受总部的控制指令，达到对空压机系统的远距离无线测控的目的。 服务平台是基于CDMA、GPRS和3G的无线上网和M to M互联网技术，在总部搭建一个服务器，通过IP地址设定和每一台控制柜上的SIM卡身份识别，实现总部对每一台机组控制系统运行状态的监控和远程数据交换，同时在总部通过服务器向不同授权人开发不同的控制界面，让不同层次的人员充分利用这一资源。二、 设计思想1.压缩机机体上安装的现场集中采集模块由MSC1210微控制器、数据采集模块、电源单元和通信接口单元等组成。系统硬件如图1所示，MSC1210是美国德州仪器公司最新推出的一款高性能微控制器芯片。芯片集成了大量的模拟和数字外围模块（包括放大、高精度模数转换等），具有很强的数据处理能力。特别适合于数据采集量大、运算速度快和测量精确高的产品设计。MSC1210微控制器内部集成了一个24位分辨率的模数转换器（ADC）、8通道多路开关、程序/数据FLASH存储器、数据SRAM和可编程增益放大器等。其中，可编程增益放大器（PGA）的增益可调，包括1、2、4、8、16、32、64和128等八种增益，PGA的大小可通过ADC控制寄存器0（ADCON0）的低三位来进行配置。本系统所选用的MSC1210具有32K的FLASH存储器。图1 硬件系统的结构MSC1210微控制器与8052内核兼容，但性能远远高于8052系列芯片，内部有3个16位的计数/定时器。在相同的时钟频率下，执行速度是标准8052内核的3倍。MSC1210微控制器最小系统如图2所示。图2 MSC1210最小系统设计在本系统中，MSC1210微控制器采用3.3V电源供电，晶振频率选择11.0956MHz ，以便于串口通信时波特率的设置。系统为多级压缩空压机测试，需采集模拟量多达20余路，MSC1210微控制器自带的8通道模拟开关无法满足试验要求。采集模块采用模拟多路选择开关CD4052对此进行扩展。CD4052是一个双四选一的模拟多路开关，具有接通电阻小，温漂低，路间偏差低，抗干扰能力强等特点。通过MSC1210的P2.0和P2.1口选择四片CD4052实现32通道的选择，CD4052的接入电路如图3所示。图3 CD4052的接入电路其中，S1 S8是经变送器处理后的电压输入， CD4052的两路输出分别接至MSC1210的AIN-0和AIN-1。该系统采集的参数主要有压缩机电机工作电压、电流；各级吸气压力、排气压力、润滑油压力、各级吸气温度、排气温度、油温、冷却水温、电机绕组和轴承温度等；其控制的对象主要是现场各个排污阀的开启时序、进气阀、旁通阀等开启。2. 控制柜中的上位机，采用嵌入式无风扇工业计算机、触摸屏和I/O模块搭建控制系统，使用WebAccess组态软件编辑可视化人机控制界面和数据处理系统，再配备无线模块，通过移动通讯网络构成一个远程测控系统。该系统控制内容为（1）压缩机电机软启动和运行控制、油泵和冷却风机等启停控制；（2）压缩机排污阀依照一定的顺序开闭控制。当工艺过程中用气量发生改变时，需要对排气量进行调节；（3）各级进出口温度、压力的监控和报警；（4）执行远程控制指令和调整信号，控制相应的调整机构进行自动调节等；3、基于组态的系统网络结构的设计， 系统采用WebAccess组态软件和微软WinCE操作系统编辑压缩机运行参数显示、控制和数据存储处理、故障显示报警及其停机处理等功能的系统控制软件，该软件是采用IE浏览器软件下运行的，系统数据传输采用标准的modbus协议，每台控制系统配备一个SIM卡，通过身份识别，机器运行时通过对网络服务商邻近基站地址寻址，客户端很方便的实现开机“定位”，通讯采用TCP/IP协议方式极其方便用户DCS系统访问。WebAccess组态软件是一个分五级权限开放的组态软件，即：一是权限最高的系统管理员：可对系统所有功能进行修改和设定；二是工程管理人员：可修改节点控制、工程管理等，但不能通过浏览器浏览实时监控界面；三是线上管理员：可以通过浏览器浏览所有的监控界面，访问所有的控制点信息，但无修改权； 四是线上操作员：仅能浏览用户创建的控制界面，但不能查看运行记录、管理程序、通讯状态等；五是个体管理员：只能浏览指定的界面及制定界面内点的详情和块的详情；可以设定和修改是否允许可以监控页面的点的报警状态。总部服务平台主要基于M2M网络和WebAccess组态软件实现远程测控，M2M的产生起源于上世纪90年代中后期，从狭义上说，M2M（MachinetoMachine）只代表机器和机器之间的通信。当前人们提到M2M的时候，更多的是指非IT机器设备通过移动通信网络与其他设备或IT系统的通信。本案扩展到人对机器、机器对人、移动网络对机器之间的连接与通信。在服务器平台上能够显示配有无线发射模块的压缩机是否在工作状态；平台上可以通过选择国家、地区、市县的方式，查阅已经投入运行的压缩机的工作状态，点链接通过vpn直接访问设备显示出当前或特定历史段的运行参数；平台上及时地显示压缩机故障预警、故障状态和故障参数等，平台上可以根据授权级别，对远程压缩机参数设定进行修改、源程序修改等三、结束语 基于网络技术的压