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PLC和現(xiàn)場總線在工廠能源監(jiān)測管理系統(tǒng)上的應用

2016/1/6 9:27:14

一、項目簡介 能源消耗是企業(yè)產品成本中重要的可控部分，降低能源消耗是企業(yè)降低成本的重要途徑。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，卷煙生產從過去的低速手工生產發(fā)展到高速全自動生產，對能源的需求越來越大，因此降低能源的損耗、合理調配能源將直接提高其生產效益。將軍煙草集團有限公司成立于1993年，位于山東省濟南市，是一家以煙草為主業(yè)、多元化經營的跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨國界的企業(yè)集團。其核心企業(yè)濟南卷煙廠擁有目前世界上最先進的卷煙設備及行業(yè)技術中心。公司現(xiàn)有員工5000余人，總資產73億元，是全國煙草行業(yè)36家重點企業(yè)之一。本能源監(jiān)測系統(tǒng)主要用來對濟南卷煙廠各部門的能源消耗情況進行監(jiān)測、統(tǒng)計、報表和打印等。本系統(tǒng)的主要監(jiān)測量包括全廠各部門的電、水、蒸汽、空壓氣等相關的參數(shù)。

二、系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)由能源統(tǒng)計辦公室、鍋爐操作室和設備管理處組成三層能源監(jiān)測管理系統(tǒng)。通過分布于全廠各個車間的傳感器將蒸氣、空壓氣、水量和電量233個點的參量采集到服務器中，鍋爐操作室和設備管理處負責對實時參數(shù)和設備的監(jiān)測；能源統(tǒng)計辦公室實現(xiàn)數(shù)據的實時顯示、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。本系統(tǒng)CPU主站選用Siemens的SimaticS7-400的CPU414-2DP和S7-300的CPU314，400PLC主站配置9個 ET200M子站。CPU414-2DP集成MPI通訊口和Profibus-DP通訊口，各子站與400PLC主站采用Profibus-DP方式相連，這樣可在保證數(shù)據采集性能要求的前提下使硬件費用達到最低；同時400PLC主站通過MPI接口與上位機實現(xiàn)通訊。300PLC主站通過MPI接口與上位機實現(xiàn)通訊。采用SimaticWinCC作為上位監(jiān)控軟件，采用VB6.0編輯統(tǒng)計辦公室的能源監(jiān)測評估程序。系統(tǒng)清單如下表

三、控制系統(tǒng)構成 1．系統(tǒng)的結構：系統(tǒng)配置如圖1所示。圖1能源管理監(jiān)測系統(tǒng)圖

本系統(tǒng)共分為三大部分：上位監(jiān)控中心、PLC主站、PLC從站。上位機由一臺服務器和三臺客戶機組成。把服務器并入了企業(yè)網，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，然后進行簡單的設置就可以作為一臺客戶機使用。400PLC主站通過MPI協(xié)議與服務器相連。MPI可用于單元級和現(xiàn)場級，用它可以非常經濟的連接少數(shù)站。400主站與其子站之間通過ProfibusDP相連。這種組網方式可在保證數(shù)據采集性能要求的前提下，使硬件費用達到最低。數(shù)據采集過程大體如下：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)據按要求進行各種運算、處理后通過MPI網絡傳到服務器。客戶機和服務器之間通過OPC方式進行數(shù)據的傳遞。 2．軟件設計本系統(tǒng)PLC主站、PLC從站的編程使用STEP7編寫，實現(xiàn)PLC對過程數(shù)據的初步處理；上位機監(jiān)控使用SIMATICWinCC編寫服務器軟件（WinCCServer）和客戶端軟件（WinCCClient），實現(xiàn)數(shù)據的實時顯示、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)測評估程序采用VisualBasic6.0語言編寫，完成班次的各項指標考核任務。（1）PLC主站程序：該程序包括6個OB塊、20個FC塊、15個DB塊，完成對現(xiàn)場采集到的空壓氣、水蒸汽、電量和水量的數(shù)據的處理（包括蒸汽流量補償和蒸汽溫度計算），并記錄各個變量的累積量。主程序（組織塊OB1）流程圖如下：

主程序（組織塊OB1）流程圖

圖3主程序（組織塊OB1）流程圖

（2）上位機WinCC程序：根據客戶的要求，使用WinCC編寫友好的上位機人機界面。如下圖：

圖2上位機空壓氣分布界面

3．統(tǒng)計辦公室能源監(jiān)測評估程序設計方案的選擇能源監(jiān)測評估程序是用VB6.0開發(fā)的應用程序，安裝在統(tǒng)計辦公室的客戶機上，要對各個部門進行月結考核，并據此進行獎金的評定。程序需要記錄鍋爐房、空壓站、薄片車間、總配電室的70多個量的變化并進行相應的數(shù)據處理來實現(xiàn)對各部門各班次工人的考核，同時需要計算生產成本并打印詳細月報表等，工作量十分大。在實踐中，先后使用了以下幾種方案實現(xiàn)程序和服務期間的通訊。（1）方案一：使用VB6.0開發(fā)一個OPC客戶端應用程序，利用該程序與服務器進行通訊。缺點：客戶端程序中沒有實現(xiàn)較為完善的容錯和故障診斷功能，當服務器出現(xiàn)短暫錯誤時造成OPC連接中段，造成死機。（2）方案二：在客戶端中加入診斷程序，通過不斷連接服務器來判斷服務器是否出現(xiàn)故障，若服務器狀態(tài)不正常便重新啟動該系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)故障的診斷和處理。缺點：客戶機與服務器頻繁的連接與斷開，造成服務器資源消耗大。（3）方案三：OPC通訊分成兩部分：第一部分，在客戶機上開發(fā)一個小型的WinCC客戶端應用程序，利用WinCC內部集成的OPC接口進行服務器和客戶機之間的數(shù)據傳輸；第二部分，利用VB6.0開發(fā)一個OPC客戶端應用程序，實現(xiàn)該程序與客戶機上的WinCC進行通訊。優(yōu)點：使用WinCC內部集成的OPC接口進行服務器和客戶機之間的數(shù)據傳輸，有較好的穩(wěn)定性和較完善的故障診斷與處理，徹底避免死機。（4）方案選擇：鑒于以上幾種方案的優(yōu)缺點，選擇第三種方案。如圖3所示。圖3方案三示意圖

四、控制系統(tǒng)完成的功能 1．系統(tǒng)主要功能本系統(tǒng)主要用于采集各生產車間的蒸氣、空壓氣、水量和電量四種參數(shù)進行統(tǒng)計計算，為生產安排提供數(shù)據依據。具體功能如下： (1)實時顯示：本系統(tǒng)包括五部分工況圖實時顯示生產參數(shù)，包括系統(tǒng)總工況圖、制絲車間工況圖、卷接包車間工況圖、能源動力車間工況圖、非生產部門工況圖。（2）狀態(tài)曲線：顯示各車間采集數(shù)據的狀態(tài)曲線，包括總量、制絲車間、卷接包車間、能源動力和非生產等部門所采集數(shù)據瞬時變化趨勢。（3）統(tǒng)計計算：將要考核的各部門的當前半小時庫中的數(shù)據進行整理、統(tǒng)計、生成8小時數(shù)據庫和天數(shù)據庫。（4）統(tǒng)計報表：將各部門的數(shù)據按要求顯示報表（5）參數(shù)設置：對本系統(tǒng)用到的參數(shù)進行設置，包括：班次參數(shù)、班次表、口令設置和曲線參數(shù)設置。 2．項目中的技術難點用戶需要記錄鍋爐房，空壓站，薄片車間，總配電室的70多個量的變化并進行相應的數(shù)據處理，有多種復雜報表輸出要求：日報、旬報、月報、季報、年報，同時各種報表格式也不盡相同，這在wincc實現(xiàn)起來較為復雜，故考慮采用VB的靈活方便報表制作功能。在選擇的方案中，WinCC.Client的角色非常特殊，它對于WinCC。Server來說是客戶端，而對于能源管理軟件來說則成了服務器端。

五、結束語 本系統(tǒng)已經投入使用，系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定，提高了數(shù)據的可靠性、正確性和計算準確率，減少了由于人為計算不準確和誤差造成的損失。并且極大的節(jié)約了人員，減輕了實際操作人員的計算負擔，并取得了良好的社會效益和經濟效益。