卷煙廠能源SCADA系統設計

分類：技術教程日期：2011-12-12 00:00:00 來源：西部工控網

　　1 引言

　　煙草行業向來是耗能大戶，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展到高速全自動生產，對能源的需求越來越大。例如：卷煙生產要求車間保持恒溫、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，再加上生產設備的耗電，這意味著煙草行業對電量的需求是相當大的。煙草行業的生產設備多是依靠氣體的推動力生產，那么要生產設備所需要的氣體，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效益。

　　隨著市場經濟的逐漸深入，采用計算機輔助管理系統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，完善自己的經營管理，該卷煙廠決定建立自己的計算機輔助管理系統，主要完成能源的監測管理功能。建立該監測管理系統可以給企業帶來巨大的效益。具體地可以帶來如下好處：

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

　　(2)提高了數據的可靠性和正確性，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)極大的節約了人員，也減輕了統計辦公室實際操作人員計算的負擔，減少了計算時間。

　　2 能源監控管理系統總體設計

　　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，這就需要把生產現場的實時耗能數據采集匯總。一個大型的煙草生產企業，要采集數據的地點分布在整個廠區，而且數量也很多，在數據采集和傳輸方面需解決分布廣，數量多的問題。為了解決這個問題，在傳統的DCS系統上，嘗試引進了現場總線技術，提出了基于現場總線的DCS控制系統。現場總線技術是當今工業自動化領域技術發展的熱點，適用于現場儀表、控制系統和控制室之間的一種全分散、全數字化、智能、雙向、互聯、多點、多站的通訊系統，被譽為自動化領域的計算機局域網。現場總線將現場設備和控制器連接起來，可將控制分散在整個網內，現場設備也可以通過現場總線直接供電。

　　該卷煙廠能源管理監測系統主要用來實現該卷煙廠各部門233個點的數據采集、數據的匯總處理、耗能數據的實時顯示、時段數據的查詢、報表的打印和班次的考核等功能。

　　該系統采用德國西門子公司的現場控制設備SIMATIC PCS7系列產品搭建，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的STEP7編程軟件，下載到PLC的程序主要完成數據的存儲和計算。上位機組態同樣使用西門子公司的SIMATIC WINCC，通過形象的工控畫面在線監視各部門耗能情況，實現時段查詢和耗能明細報表打印功能。為了更好的實現統計分析、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據傳輸。該軟件可對記錄的現場數據進行更細致分析，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，提高了管理水平。同時，通過該軟件繪制的各種能耗曲線圖，為分析生產耗能趨勢提供依據。

　　本系統可大體分為三部分：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網，因為西門子公司的上位機組態軟件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，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據。為了企業管理層可以實時掌握生產耗能情況，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協議與服務器相連。MPI可用于單元級和現場級，用它可以非常經濟的連接少數站。400主站與其子站之間通過PROFIBUS-DP相連。這種組網方式可在保證數據采集性能要求的前提下，使硬件費用達到最低。數據采集過程大體如下：現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方式進行數據的傳遞。PLC300站以滿足就近采集傳感器信號和高速計數器的要求。

　　PLC編程使用西門子公司編程軟件STEP7，上位機監控使用西門子公司SIMATIC WINCC實現，統計辦公室的能源監測評估應用軟件使用Visual Basic6.0語言開發。STEP7編程實現PLC對過程數據的初步處理。上位軟件完成數據的實時顯示、能源消耗的當日和當月累積顯示、累積量的日、月、時段數據的查詢以及報表打印。統計辦公室的能源監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。

圖1 系統總體結構圖

　　3 能源監控管理系統具體實現

　　3.1軟件設計

　　本系統PLC編程使用西門子公司編程軟件STEP7，上位機監控使用西門子公司SIMATICWINCC實現，統計辦公室的能源監測評估程序采用VisualBasic6.0語言編寫。

　　STEP7編程實現PLC對過程數據的初步處理。上位軟件完成數據的實時顯示、能源消耗的當日和當月累積顯示、累積量的日、月、時段數據的查詢以及報表打印。統計辦公室的能源監測評估程序完成班次的各項指標考核任務。

　　STEP7是用于SIMATICS7300/400站創建可編程邏輯控制程序的標準軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖或語句表3種方式編寫具體程序。

　　在根據工程實際要求編程前，首先要確定系統中用到的主要硬件設備，比如PLC型號，信號采集模塊類型，通訊模塊等，并根據實際情況在STEP7的SIMATICManager窗口中，給工程添加相應的硬件組態。把PLC主站與服務器通過CP5611網卡連接好，通過STEP7在線的將編好的PLC控制程序下載到PLC的CPU中，下面以S7-400PLC程序為例介紹。

　　該程序包括6個OB塊、20個FC塊、15個DB塊，完成對現場采集到的空壓氣、水蒸汽、電量和水量的數據的處理（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。

（1）主程序（組織塊OB1）

主程序流程圖：