卷煙廠能源SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　煙草行業(yè)向來(lái)是耗能大戶，隨著國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和成套設(shè)備的大量引進(jìn)，卷煙生產(chǎn)從過(guò)去的低速手工生產(chǎn)發(fā)展到高速全自動(dòng)生產(chǎn)，對(duì)能源的需求越來(lái)越大。例如：卷煙生產(chǎn)要求車間保持恒溫、恒濕，這將直接影響煙絲的質(zhì)量，決定了成品煙的質(zhì)量，所以需要大量的空調(diào)設(shè)備和除塵設(shè)備，再加上生產(chǎn)設(shè)備的耗電，這意味著煙草行業(yè)對(duì)電量的需求是相當(dāng)大的。煙草行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備多是依靠氣體的推動(dòng)力生產(chǎn)，那么要生產(chǎn)設(shè)備所需要的氣體，要消耗煤、油把水加熱成蒸汽，或是通過(guò)耗電能的設(shè)備把空氣壓縮生成空壓氣。可見(jiàn)大型的卷煙生產(chǎn)廠每天都要消耗大量的能源，因此降低能源的損耗、合理調(diào)配能源將直接提高其生產(chǎn)效益。

　　隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的逐漸深入，采用計(jì)算機(jī)輔助管理系統(tǒng)的觀念越來(lái)越深入人心。為了減輕員工的負(fù)擔(dān)提高工作的效率，完善自己的經(jīng)營(yíng)管理，該卷煙廠決定建立自己的計(jì)算機(jī)輔助管理系統(tǒng)，主要完成能源的監(jiān)測(cè)管理功能。建立該監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)可以給企業(yè)帶來(lái)巨大的效益。具體地可以帶來(lái)如下好處：

　　(1)使用本系統(tǒng)能使用戶全面了解生產(chǎn)過(guò)程的能源、物料消耗情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并解決問(wèn)題，以便最大限度地提高能源、物料的利用率，從而達(dá)到全面節(jié)能降耗的目的，與此同時(shí)也就提高了經(jīng)濟(jì)效率和管理水平。

　　(2)提高了數(shù)據(jù)的可靠性和正確性，提高了計(jì)算準(zhǔn)確率，減少了由于人為計(jì)算不準(zhǔn)確和誤差造成的損失。

　　(3)極大的節(jié)約了人員，也減輕了統(tǒng)計(jì)辦公室實(shí)際操作人員計(jì)算的負(fù)擔(dān)，減少了計(jì)算時(shí)間。

　　2 能源監(jiān)控管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　要合理使用和調(diào)配能源的前提是要清楚的了解能源的使用情況，這就需要把生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)耗能數(shù)據(jù)采集匯總。一個(gè)大型的煙草生產(chǎn)企業(yè)，要采集數(shù)據(jù)的地點(diǎn)分布在整個(gè)廠區(qū)，而且數(shù)量也很多，在數(shù)據(jù)采集和傳輸方面需解決分布廣，數(shù)量多的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)上，嘗試引進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，提出了基于現(xiàn)場(chǎng)總線的DCS控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，適用于現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多點(diǎn)、多站的通訊系統(tǒng)，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。現(xiàn)場(chǎng)總線將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器連接起來(lái)，可將控制分散在整個(gè)網(wǎng)內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備也可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線直接供電。

　　該卷煙廠能源管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)該卷煙廠各部門233個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)的匯總處理、耗能數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、時(shí)段數(shù)據(jù)的查詢、報(bào)表的打印和班次的考核等功能。

　　該系統(tǒng)采用德國(guó)西門子公司的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備SIMATIC PCS7系列產(chǎn)品搭建，其中包括1個(gè)S7－400主站和1個(gè)S7－300主站，下設(shè)9個(gè)ET200M子站，完成了蒸汽、空壓氣、水量和電量的233個(gè)點(diǎn)的采集任務(wù)。其中包括二期工程中的15個(gè)蒸汽流量，15個(gè)蒸汽壓力，15個(gè)蒸汽溫度，7個(gè)空壓氣流量，7個(gè)空壓氣壓力，9個(gè)水流量、131個(gè)電量和一期工程的2個(gè)蒸汽流量、2個(gè)蒸汽壓力、2個(gè)蒸汽溫度、1個(gè)用煤量、2個(gè)用油量、19個(gè)電量、3個(gè)水流量、1個(gè)空壓氣流量、1個(gè)空壓氣壓力、1個(gè)空壓氣溫度。PLC的編程使用西門子開發(fā)的STEP7編程軟件，下載到PLC的程序主要完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算。上位機(jī)組態(tài)同樣使用西門子公司的SIMATIC WINCC，通過(guò)形象的工控畫面在線監(jiān)視各部門耗能情況，實(shí)現(xiàn)時(shí)段查詢和耗能明細(xì)報(bào)表打印功能。為了更好的實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析、成本核算和班次考核功能，我們使用Visual Basic6.0編制了能源監(jiān)測(cè)評(píng)估軟件，該軟件通過(guò)自編的OPC簡(jiǎn)單程序與WINCC內(nèi)部集成的OPC程序接口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該軟件可對(duì)記錄的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行更細(xì)致分析，得到成本核算和班次考核結(jié)果，給各個(gè)部門的考核工作提供可靠依據(jù)，提高了管理水平。同時(shí)，通過(guò)該軟件繪制的各種能耗曲線圖，為分析生產(chǎn)耗能趨勢(shì)提供依據(jù)。

　　本系統(tǒng)可大體分為三部分：上位機(jī)、主站（300主站和400主站）及其子站（總共9個(gè)ET200M子站）如圖1所示。上位機(jī)由一臺(tái)服務(wù)器和三臺(tái)客戶機(jī)組成，我們把服務(wù)器并入企業(yè)網(wǎng)，因?yàn)槲鏖T子公司的上位機(jī)組態(tài)軟件WINCC內(nèi)置了OPC通訊功能，這樣，客戶機(jī)的擴(kuò)展變的異常容易和簡(jiǎn)單：只需把計(jì)算機(jī)并入局域網(wǎng)，然后進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置就可以作為一臺(tái)客戶機(jī)使用。為了方便鍋爐操作工的工作，我們?cè)阱仩t操作間和油爐操作間分別添加了一臺(tái)客戶機(jī)，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)鍋爐操作的數(shù)據(jù)。為了企業(yè)管理層可以實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)耗能情況，我們?cè)谵k公樓設(shè)備管理處用同樣的方式添加了第三臺(tái)客戶機(jī)。400PLC主站及300站通過(guò)MPI協(xié)議與服務(wù)器相連。MPI可用于單元級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，用它可以非常經(jīng)濟(jì)的連接少數(shù)站。400主站與其子站之間通過(guò)PROFIBUS-DP相連。這種組網(wǎng)方式可在保證數(shù)據(jù)采集性能要求的前提下，使硬件費(fèi)用達(dá)到最低。數(shù)據(jù)采集過(guò)程大體如下：現(xiàn)場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)由各站信號(hào)模板采集、轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)然后通過(guò)通訊模塊送到400PLC主站，400PLC主站把各站送來(lái)的數(shù)據(jù)按要求進(jìn)行各種運(yùn)算、處理后通過(guò)MPI網(wǎng)絡(luò)傳到服務(wù)器。客戶機(jī)和服務(wù)器之間通過(guò)OPC方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。PLC300站以滿足就近采集傳感器信號(hào)和高速計(jì)數(shù)器的要求。

　　PLC編程使用西門子公司編程軟件STEP7，上位機(jī)監(jiān)控使用西門子公司SIMATIC WINCC實(shí)現(xiàn)，統(tǒng)計(jì)辦公室的能源監(jiān)測(cè)評(píng)估應(yīng)用軟件使用Visual Basic6.0語(yǔ)言開發(fā)。STEP7編程實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)的初步處理。上位軟件完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、能源消耗的當(dāng)日和當(dāng)月累積顯示、累積量的日、月、時(shí)段數(shù)據(jù)的查詢以及報(bào)表打印。統(tǒng)計(jì)辦公室的能源監(jiān)測(cè)評(píng)估程序完成班次的各項(xiàng)指標(biāo)考核任務(wù)，對(duì)廠內(nèi)的能源供應(yīng)部門的投入、產(chǎn)出及能源使用用戶單位的耗能情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，成本核算等，為提高廠內(nèi)能源管理使用水平提供了可信依據(jù)。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖