卷煙廠能源SCADA系統(tǒng)設計

　　1 引言

　　煙草行業(yè)向來是耗能大戶，隨著國外先進技術和成套設備的大量引進，卷煙生產(chǎn)從過去的低速手工生產(chǎn)發(fā)展到高速全自動生產(chǎn)，對能源的需求越來越大。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量，決定了成品煙的質量，所以需要大量的空調設備和除塵設備，再加上生產(chǎn)設備的耗電，這意味著煙草行業(yè)對電量的需求是相當大的。煙草行業(yè)的生產(chǎn)設備多是依靠氣體的推動力生產(chǎn)，那么要生產(chǎn)設備所需要的氣體，要消耗煤、油把水加熱成蒸汽，或是通過耗電能的設備把空氣壓縮生成空壓氣。可見大型的卷煙生產(chǎn)廠每天都要消耗大量的能源，因此降低能源的損耗、合理調配能源將直接提高其生產(chǎn)效益。

　　隨著市場經(jīng)濟的逐漸深入，采用計算機輔助管理系統(tǒng)的觀念越來越深入人心。為了減輕員工的負擔提高工作的效率，完善自己的經(jīng)營管理，該卷煙廠決定建立自己的計算機輔助管理系統(tǒng)，主要完成能源的監(jiān)測管理功能。建立該監(jiān)測管理系統(tǒng)可以給企業(yè)帶來巨大的效益。具體地可以帶來如下好處：

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

　　(2)提高了數(shù)據(jù)的可靠性和正確性，提高了計算準確率，減少了由于人為計算不準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)計辦公室實際操作人員計算的負擔，減少了計算時間。

　　2 能源監(jiān)控管理系統(tǒng)總體設計

　　要合理使用和調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)場的實時耗能數(shù)據(jù)采集匯總。一個大型的煙草生產(chǎn)企業(yè)，要采集數(shù)據(jù)的地點分布在整個廠區(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)量多的問題。為了解決這個問題，在傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)上，嘗試引進了現(xiàn)場總線技術，提出了基于現(xiàn)場總線的DCS控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線技術是當今工業(yè)自動化領域技術發(fā)展的熱點，適用于現(xiàn)場儀表、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、多站的通訊系統(tǒng)，被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)。現(xiàn)場總線將現(xiàn)場設備和控制器連接起來，可將控制分散在整個網(wǎng)內，現(xiàn)場設備也可以通過現(xiàn)場總線直接供電。

　　該卷煙廠能源管理監(jiān)測系統(tǒng)主要用來實現(xiàn)該卷煙廠各部門233個點的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)的匯總處理、耗能數(shù)據(jù)的實時顯示、時段數(shù)據(jù)的查詢、報表的打印和班次的考核等功能。

　　該系統(tǒng)采用德國西門子公司的現(xiàn)場控制設備SIMATIC PCS7系列產(chǎn)品搭建，其中包括1個S7－400主站和1個S7－300主站，下設9個ET200M子站，完成了蒸汽、空壓氣、水量和電量的233個點的采集任務。其中包括二期工程中的15個蒸汽流量，15個蒸汽壓力，15個蒸汽溫度，7個空壓氣流量，7個空壓氣壓力，9個水流量、131個電量和一期工程的2個蒸汽流量、2個蒸汽壓力、2個蒸汽溫度、1個用煤量、2個用油量、19個電量、3個水流量、1個空壓氣流量、1個空壓氣壓力、1個空壓氣溫度。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)的存儲和計算。上位機組態(tài)同樣使用西門子公司的SIMATIC WINCC，通過形象的工控畫面在線監(jiān)視各部門耗能情況，實現(xiàn)時段查詢和耗能明細報表打印功能。為了更好的實現(xiàn)統(tǒng)計分析、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)測評估軟件，該軟件通過自編的OPC簡單程序與WINCC內部集成的OPC程序接口相連進行數(shù)據(jù)傳輸。該軟件可對記錄的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行更細致分析，得到成本核算和班次考核結果，給各個部門的考核工作提供可靠依據(jù)，提高了管理水平。同時，通過該軟件繪制的各種能耗曲線圖，為分析生產(chǎn)耗能趨勢提供依據(jù)。

　　本系統(tǒng)可大體分為三部分：上位機、主站（300主站和400主站）及其子站（總共9個ET200M子站）如圖1所示。上位機由一臺服務器和三臺客戶機組成，我們把服務器并入企業(yè)網(wǎng)，因為西門子公司的上位機組態(tài)軟件WINCC內置了OPC通訊功能，這樣，客戶機的擴展變的異常容易和簡單：只需把計算機并入局域網(wǎng)，然后進行簡單的設置就可以作為一臺客戶機使用。為了方便鍋爐操作工的工作，我們在鍋爐操作間和油爐操作間分別添加了一臺客戶機，實時顯示有關鍋爐操作的數(shù)據(jù)。為了企業(yè)管理層可以實時掌握生產(chǎn)耗能情況，我們在辦公樓設備管理處用同樣的方式添加了第三臺客戶機。400PLC主站及300站通過MPI協(xié)議與服務器相連。MPI可用于單元級和現(xiàn)場級，用它可以非常經(jīng)濟的連接少數(shù)站。400主站與其子站之間通過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，使硬件費用達到最低。數(shù)據(jù)采集過程大體如下：現(xiàn)場傳感器的輸出信號由各站信號模板采集、轉化為相應的數(shù)字信號然后通過通訊模塊送到400PLC主站，400PLC主站把各站送來的數(shù)據(jù)按要求進行各種運算、處理后通過MPI網(wǎng)絡傳到服務器。客戶機和服務器之間通過OPC方式進行數(shù)據(jù)的傳遞。PLC300站以滿足就近采集傳感器信號和高速計數(shù)器的要求。

　　PLC編程使用西門子公司編程軟件STEP7，上位機監(jiān)控使用西門子公司SIMATIC WINCC實現(xiàn)，統(tǒng)計辦公室的能源監(jiān)測評估應用軟件使用Visual Basic6.0語言開發(fā)。STEP7編程實現(xiàn)PLC對過程數(shù)據(jù)的初步處理。上位軟件完成數(shù)據(jù)的實時顯示、能源消耗的當日和當月累積顯示、累積量的日、月、時段數(shù)據(jù)的查詢以及報表打印。統(tǒng)計辦公室的能源監(jiān)測評估程序完成班次的各項指標考核任務，對廠內的能源供應部門的投入、產(chǎn)出及能源使用用戶單位的耗能情況進行統(tǒng)計分析，成本核算等，為提高廠內能源管理使用水平提供了可信依據(jù)。

圖1 系統(tǒng)總體結構圖