随着螺杆压缩机在国内的普及以及行业的迅速发展， 螺杆压缩机的单片机电控系统的发展也日趋成熟。其高可靠性、低故障率以及良好的性价比成为螺杆压缩机电控设计的首选（除了少量的防爆、无油螺杆机采用逻辑继电、仪表控制外）。单片机电控系统在行业内称微电脑控制器或电脑智能控制器，实际上其核心均采用单片机开发而成（以下简称单片机），单片机所开发的电脑控制器其商业价值是：一旦产品研发成功形成大批量其价格优势显著，现在市场上一套单片机的配套价格都降至千元以下，经济型产品甚至低于500元，这样就使整个电控成本占整机价格的比例变得很低。螺杆压缩机的控制核心如此低价的优势，必然成为所有螺杆压缩机制造商的选择，据了解市场上90%以上螺杆压缩机的电控采用单片机方案。虽然单片机具有性能可靠、稳定、价格便宜的特点和优势，但其也不可避免地存在不足之处，即单片机一旦开发定型完成，其控制资源是固定的，硬件不可扩展，软件不可编程。对于一些特殊的复杂控制要求的用户（如电厂、军工、钢厂、化工厂、水泥厂等，以下简称特殊用户），单片机系统就无法满足控制要求了。原因是单片机的制造商不会去为这些用量不大的特殊用户去开发复杂的产品，单片机低价优势对应的是标准型、大批量的产品，即使制造商生产出相应产品，其价格用户也无法接受。有了上述问题PLC就自然成为承担这些特殊复杂螺杆压缩机电控要求的必然选择。
采用PLC设计螺杆压缩机电控与单片机相比，最大优势就是硬件控制资源的可扩展性，即螺杆压缩机的输入信号、执行输出信号、压力、温度、电流等模拟量输入输出信号、各种不同通讯协议的接口均可按设计需求通过选择配置而进行扩展。也就是说PLC的数字量模块、模拟量模块、通讯接口模块是可以随意组合的。软件上来说PLC的控制程序是可编程的，通过改变PLC程序就可得到螺杆压缩机不同的控制要求。另外PLC的通用性使其还能应用到螺杆压缩机以外的所有电气控制中去，显然PLC和单片机相比具有配套齐全、功能完善、适用性强、变更修改程序方便等特点。另外一些名牌PLC中所采用的CPU芯片均为工业级，要比目前市场上的单片机开发的螺杆压缩机微电脑控制器高出一个级别，因此具有更高可靠性及更强的抗干扰能力。当然PLC在有上述优点的同时其成本相对单片机要高出不少，即使一个简单的PLC电控配置：例如一块带有I/O的CPU模块，一块标准模拟量的模块，一块文本显示器其价格也要将近3000元RMB，复杂控制要求的螺杆压缩机PLC配置大概在10000元RMB上下，上述还只是采用小型PLC的价格。虽然用PLC开发成本比单片机要高，但这是终端用户所需求的，实际上其费用和螺杆压缩机的总价相比还是可以接受的，因此对于用户有特殊要求时采用PLC控制应该具有很强的优势。下面本文将分类介绍PLC在螺杆压缩机电控设计中不同于单片机的各种应用。
数字量输入输出（I/O）
标准单片机螺杆压缩机控制器的输入信号为：紧停按钮、冷却水故障、空滤压差、油滤压差、油分压差、远程启动、远程停机7个输入信号。标准单片机螺杆压缩机控制器的输出信号为：主接触器、星接触器、角接触器、加卸载电磁阀、风机接触器5个信号。但往往许多特殊用户对I/O的需求要多于上述点数，例如要求有：电机三相绕组的突跳式温度开关报警信号、配套后处理设备无故障信号、特殊供电电源故障信号、高压电源故障、高压合闸信号、排污阀控制、压滤机控制、电气控制柜加温、油分桶油加温、高压柜运行允许等等。采用了PLC设计就可方便地通过增加数字量输入输出模块来满足I/O的点数需求，然后在程序编制中将I/O点的逻辑控制关系编入程序下载到PLC模块。完成设计的PLC在运行时若收到电机绕组超温信号，PLC就会控制螺杆压缩机电控执行重故障程序，即立即执行卸载、停止电机运行的保护操作。若在螺杆压缩机与后处理一对一控制模式中，PLC未收到后处理无故障信号，PLC就会不执行螺杆压缩机的启动运行的操作，做故障等待处理。在直流电力机车刹车用螺杆压缩机控制系统中，压缩机主电机的供电电源使用架空DC 750V直流转换为三相AC 380V的变频电源，PLC控制系统电源为DC 24V，若在运行中收到变频电源故障信号，PLC立即按螺杆压缩机重故障程序执行保护操作。在螺杆压缩机不同电压等级类别的双电源系统中（高压电源螺杆压缩机也属此类型），若没有变频电源故障信号，DC 24V的控制系统永远无法知道主电机供电电源的状态。还有一些信号就不一一表述了，总之扩展好I/O的点数，编制好程序，PLC就会按照预先设计的要求执行满意的控制了，这一点单片机是望尘莫及的。
模拟量输入输出（A/D D/A）
标准单片机螺杆压缩机控制器的模拟量输入信号为排气压力、排气温度两个，若再特殊一点再增加喷油压力、水温或者油温两个就到顶了（高压电源螺杆压缩机例外），还需特殊订货，另外单片机目前还没有模拟量输出信号的配置产品。但是螺杆压缩机的制造商接到特殊订单的技术协议中会有许多超出上述模拟量的要求，例如会有冷却水进口温度、冷却水出口温度、冷却水压力、储气罐压力、储气罐温度、润滑压力、排气出口温度、油分罐油温、电气控制柜温度、油分压差等等。模拟量输出信号特殊用户通常需要两个：排气压力、排气温度，主要用于总控室DCS系统对螺杆压缩机压力、温度两个重要参数的监控。上述超出部分的模拟量需求单片机肯定是无能为力了，特别是模拟量输出信号。采用了PLC设计就能简单方便地予以解决。设计方案就是增加模拟量模块来满足N路模拟量点数的需求，这里要说明的是标准通用型的模拟量模块只能接收4～20mA电流信号（当然也可以接收标准规定的电压信号，但压缩机行业为了提高模拟量信号的抗干扰能力，一般均采用电流信号），为此PLC标准通用型的模拟量模块在接收热电阻类的温度信号时需要在模块和热电阻传感器间增加温度变送器，即将热电阻的电阻值通过温度变送器转换成4～20mA的标准信号供模块采样。当然PLC模拟量模块产品中也有直接接收热电阻温度传感器信号的专用模块选择，但其价格要高出标准通用型的模拟量模块，在设计配置中如何选择，设计者应要考虑电控成本和整机的利润问题。PLC模拟量的程序编制相对要繁琐一些，编制中的主要工作是把模块接收到实时的4～20mA电流信号转换成对应的压力、温度、电流等物理量数值。编制中要注意的是：⑴提高模拟量采样的抗干扰能力，软件通常措施是求平均值法。⑵选择必要合理的算法精度，即在数据转换运算中对精度要求不高的采用整数运算，这样可以提高PLC的运算速度，对数据精度要求高的则需采用浮点数运算。对于排气压力、排气温度的模拟量输出程序编制，只需将PLC采样到的电流信号直接送至模拟量输出模块相对应的点位即可。若采用西门子S7-200系列的PLC，其模拟量模块有5种选择：
DCS控制系统开关量输入输出信号
螺杆压缩机在发电厂、钢铁厂、化工等大型行业使用通常会碰到DCS系统控制的概念，即用户将整个企业运行设备中相关的开关量、模拟量、网络通讯等分散数据采集到中央控制室来执行集中监视操控。当然螺杆压缩机作为企业设备相对重要的一部分，无论是作为动力还是作为工艺用气都会纳入DCS系统，为此螺杆压缩机的运行模式被要求为：压缩机房无人值守（需定时巡视），机组的运行、停机、加载、卸载则由中控室依据采集数据分析进行集中监视操控。本节内容只叙述DCS的开关量信号，模拟量上节已说过，原理都是相同的，只是数字量和模拟量的区别，网络通讯则在下一节介绍。标准单片机能提供的开关量DCS信号为：输入有远程启动、远程停机，输出有运行指示、故障指示、预警指示，共计5个。螺杆压缩机高端用户的特殊订单中，DCS系统的设计者、企业仪表部门工程师们都会依据自己设计习惯，制定出种种不同的DCS开关量的信号需求。经常碰到的会有：输入信号除远程启动、停机外，还要求远程加载、远程卸载、远程急停、选择为维修等；输出信号大致有电源指示、电机运行状态、加卸载状态、重故障报警、轻故障报警、卸载过久停机、排气压力超、排气温度超、三滤堵塞、冷却水断水、润滑压力低等等。那么多的特殊DCS开关量信号的要求，单片机肯定是无法解决，采用PLC设计的DCS的开关量输入输出信号所用硬件相同于第一节所述，设计中只需配置一定量的数字量输入输出模块来满足技术文件要求。另外设计中要注意的是输出信号接点要求为无源干接点（即给用户提供不带任何电源的赋予具体内容的触点），接点容量要求为AC 220V、5A，DC 110V、3A。但PLC输出口继电器触点电流通常最大只有2A，显然不能满足设计要求，为此必须增设中间继电器来放大触点容量。同理DCS系统输出到PLC输入口的开关量信号同样也要求是无源干接点，在与设计院或用户沟通时应予以注意。PLC的程序编制针对的也是开关量输入输出电气逻辑关系，程序编制相对容易简单，在此不再叙述。上述信号通过控制电缆来往于螺杆压缩机和用户中控室之间，螺杆压缩机输出的是本机运行状态信息，接收到的是中控室发出的控制命令。但也有不少系统是通过第三方来传输信息和控制命令的，通常做法是在螺杆压缩机房增设总的PLC控制系统，对下用于对各台螺杆压缩机的运行信息采集存储及发出控制命令，对上接受上位机对各台螺杆压缩机的运行信息集中采集及接受并转发上位机的控制命令。下面对几个信号作简单介绍：⑴当某台螺杆压缩机接收到选择为维修信号，PLC即停止该机运行并且不再接受任何启动运行命令。⑵机旁/远程操作切换信号用于DCS系统辨别该机能否执行远程命令，还是只限于在螺杆压缩机旁操作。⑶卸载过久停机信号用于DCS系统区别该机是执行停机命令的停机，还是卸载延时后的自动停机，前者若要启动必须发出启动命令，后者是排气压力低于加载压力时PLC会控制螺杆压缩机自动启动。
螺杆压缩机联网通讯
螺杆压缩机在通讯上的功能应用，无论是单片机还是PLC大致用于三个方面。⑴与人机界面的通讯，即文本显示器或触摸屏。⑵多台螺杆压缩机间的联网通讯，用于多机系统中的联控。⑶ 与上位机的联网通讯，上位机既可以是机房内的总PLC系统，也可以是中控室的工控机（PC）。单片机的通讯接口通常为RS485，单片机的通讯协议由于制造商在商业上的考虑往往采用内部标准，原因是所有的制造商都不太希望自己的系统能和其他公司的产品进行联网通讯。除内部标准协议外还会提供一个通用标准的Modbus通讯协议（但不是完整的）。若螺杆压缩机制造商选择一家公司的单片机产品进行上述通讯⑴⑵两项是没问题的，例如多机联控时选一台作为主机，其它N台作为从机，主机则依据系统用气量自动投入/切换机组台数来稳定供气和平衡各机的运行时间。⑶项内容若采用Modbus通讯还可融入用户的DCS的上位机系统，但内部协议只能和独立的PC通讯，单片机制造商会提供单片机和PC机的通讯软件，用户可以方便地在PC机上监视和操控所联网的各台螺杆压缩机，但无法融入用户的DCS网络系统。为此碰到超出上述通讯协议的要求，单片机所提供的通讯资源就不能胜任了，或者说不太好用。特殊用户订单的技术协议上会提出：⑴要求螺杆压缩机电控的通讯接口及协议直接能与用户DCS进行对接和通讯。⑵规定螺杆压缩机电控的通讯接口为某种类型，例如RS422接口、RJ45接口等。⑶规定螺杆压缩机电控的通讯接口协议为某种标准，例如通讯协议为Frofibus或者为工业以太网等。上述要求的问题主要集中在螺杆压缩机电控和上位机的通讯上（为此本节只介绍上位机通讯）。采用PLC设计螺杆压缩机电控就能方便地解决特殊要求的联网通讯，例如用户要求Modbus通讯，上位机是主站，螺杆压缩机PLC系统是从站。对此PLC硬件只要选择带有双通讯接口的机型，1个用于人机界面通讯，另1个用于Modbus通讯，接口标准为9针RS485口。Modbus通讯软件在PLC编程软件指令库中，程序编制为两条，即初始化和执行程序，按软件要求在初始化指令中填入模式选择、从站地址、通讯波特率及效验等数据、I/O点数、模拟量点数、数据区大小及起始地址等，执行指令仅给出控制Modbus运行的内部控制点名称即可，程序完成后螺杆压缩机的PLC系统就可以接受上位机主站的数据采集和命令的下达了。例如用户要求是Profibus通讯，通讯的主从关系同上，螺杆压缩机单片机目前还没有此通讯协议的产品，对此PLC设计的硬件解决方式就是配置一块Profibus通讯模块（若采用S7-200的PLC,选用EM-277模块，模块接口标准为9针RS485口），Profibus通讯不需编制通讯程序，只要简单地制作一张表格，用以说明每个I/O、模拟量、寄存器内数据的具体名称和地址即可，螺杆压缩机的通讯地址直接在模块上通过旋钮开关设定，这样上位机就可通过通讯模块对螺杆压缩机PLC系统执行读取和写入了。例如用户要求是工业以太网通讯，同样单片机也无此产品，对此PLC硬件解决方案就是简单地配置一块以太网通讯模块（若采用S7-200的PLC，选用CP243-1模块，模块接口标准为RJ45口）。以太网通讯是目前最流行的通讯方式，其特点是通信带宽宽，通讯速率高，实时性好。实际应用中远端上位机为客户机，CP243-1模块为服务器，通讯模块投入运行要做两项操作：⑴对模块进行组态，组态软件在PLC编程软件中提供；⑵在PLC程序中编制一个以太网控制子程序调用指令。模块组态参数为：服务器IP地址、子网掩码、模块占用输出地址、模块配置为SERVER，客户机IP地址、传输层TSAP地址、CRC效验选择、模块占用PLC数据区地址等。在此要说明的是两个IP地址等参数要在PLC电控设计时提前与用户确认好，因为以太网通讯是以客户机端为主，IP地址应该由上位机的设计者来统一分配，否则设备出厂通讯上就会出现问题。调用以太网控制子程序指令编制比较简单，在指令中只要选择确定好运行信息字、故障信息字即可，其功能用于以太网组态配置生效和查询以太网运行时的各种信息。
PLC与人机界面
人机界面是人与电脑之间传递、交换信息的媒介和对话窗口，是螺杆压缩机电控系统的重要组成部分，它实现终端用户的电气技术人员及操作人员通过人机界面对螺杆压缩机的运行进行数据的查询、设置、变更等操作。为此PLC控制系统的设计同样也要配置人机界面，人机界面通常有文本显示器和触摸屏两类产品选择。而对文本显示器的编程及组态又分为两类，即与PLC组合时需编程的和不需编程的。例如西门子TD-200、TD-400两款文本显示器是不用编程的，直接连上通讯电缆即可方便地和PLC一并投入运行。但问题也不是那么简单，其实文本显示器的程序是做在PLC程序中的，这种方式其优点是文本显示器损坏后更换方便，缺点是PLC编程时占用存储空间太大（编程软件规定任何一条数据要占用20个字节）。需要编程的文本显示器程序设计编制，只要按照螺杆压缩机的控制原理再加上用户的特殊要求实施编制即可，通常文本显示器程序编制设5个菜单，每个菜单下编制N条内容就可为用户提供非常圆满的控制操作了，其菜单分别为参数查询、用户参数设置、工厂参数设置、参数清零操作、故障信息查询。这种方式的优缺点正好和不需编程的文本显示器相反，若用户要更换文本显示器还需制造商提供程序下载。文本显示器通常设有8～10个按键，有些按键都有多重操作含义，需学习掌握后方可进行操作。触摸屏在人机界面中具有操控便捷、信息量大等优点，但价格要比文本显示器贵了不少，若要选用小型、单色的价格还是可以接受的，台达和Pro-face均有5.7寸的产品（价格在1400及1800元RMB左右），其操控资源足够满足螺杆压缩机的控制要求，没有特殊需求一般情况下也没必要去选择真彩、大屏的产品。触摸屏的操控直截了当，几乎不用培训，只要根据屏显提示操作即可，所谓的界面友好就由此而来。触摸屏的信息量与文本显示器相比要大出很多，本人开发设计的项目一般都要有50～60个屏显。以故障查询来说，文本显示器最多也就能做5～8个，但触摸屏可以做出100多个，还可以提供故障发生时的年、月、日、时、分、秒和故障恢复时间的查询，并且故障信息是不可清除的，这对制造商的售后服务及用户的设备管理都非常有利。另外信息查询中还可以设置PLC的I/O实时状态信息表，方便用户在螺杆压缩机电气故障维修时观察I/O触点ON还是OFF的状态，不再用打开电气箱门去查看PLC的I/O的LED指示灯来判断故障。还有采用触摸屏可以编制动态画面、模拟仪表等电气元件画面，使控制界面更为生动直观。其它如压力、温度、时间、电流等参数的查询、设置、清零等的触摸屏程序编制就不一一叙述了。上述PLC和人机界面组合设计与单片机系统相比，其优势是：⑴可以灵活方便地将新增或者特殊要求的信息加入人机界面程序编制中来满足特殊用户的控制需求；⑵采用人机界面可提高整个产品的档次及控制可靠性；⑶ 人机界面操控资源的提升使螺杆压缩机的控制运行更为简洁、准确、方便和人性化。
结束语
采用PLC设计开发螺杆压缩机控制系统目前市场上大致有以下几种产品：⑴高压电源螺杆压缩机。其特点是使控制系统--高压开关柜--高压电机三者间的控制及信号联络更为完整、合理、可靠。使高压电机标配模拟量保护信号完整实现（即三相绕组、前后轴承温度）。⑵无油螺杆压缩机。因该产品比有油螺杆复杂，电气系统数字量、模拟量控制点数多，因此没有专门的单片机供应，市场上除早期有继电逻辑+仪表控制外，均为PLC+触摸屏控制。⑶工厂用工艺防爆螺杆压缩机。例如氮气压缩机、化工厂现场反应釜供气压缩机等，通常防爆等级为dIIBT4的防爆压缩机都采用继电逻辑+仪表控制，但用户需DCS系统融入场合、室外受冬夏气温影响的场合只有选用PLC控制了。⑷软启动器螺杆压缩机。理论上软启动器螺杆压缩机采用单片机控制是没有问题，现在市场上好多产品就是这样的配置，问题是运行中单片机的文本显示器提示信息还是星三角模式，若用户还需一些不同于单片机要求，采用PLC控制就是一个很好的选择。⑸变频螺杆压缩机。单片机制造商有专门的变频控制器产品，但用户在PID参数设置、变更时只能根据感觉来修正参数，没有工具来帮助。PLC的变频控制系统在参数修正时可以借助PID调整控制板软件，使变频螺杆压缩机PID参数调整更为精准。⑹螺杆压缩机PLC总控制柜。用于N台螺杆压缩机系统的集中控制，控制方式有硬接线及联网通信两种。用于压缩机房现场各管网压力、辅助设备等监视和控制。用于与上位机联网通讯，接受上位机信息采集及指令执行。
上述5节各类应用例子和有关与单片机不同的数字量、模拟量、通讯应用仅仅是本人在螺杆压缩机PLC电控设计中遇到的部分内容，理论上特殊用户提出的所有要求只要PLC系列配置中能找到，就可以通过硬件配置、软件程序编制设计出满足所有特殊用户要求的螺杆压缩机控制系统。
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