基于能源精准控制集约化平台的研制-c

1能源精准控制集约化平台的研制付新明叶安理郝恒义刘洛宜（河南中烟工业有限责任公司洛阳卷烟厂河南洛阳471003）【摘要】本文介绍了运用国际先进的工业总线技术、网络传输技术、PLC控制技术、数据库应用技术。采用自主研制的网络集成，数据共享，信息传递的一体化数据精准控制平台，有效解决不同厂家、不同接口监测设备的信息接入，在系统数据存储方面使用嵌入式系统分布式数据存储方法，在提供WEB互联网服务同时，解决了系统数据潜在的安全问题。遵循实用性、可靠性、标准性、开放性、先进性、安全性、可扩展性的系统设计原则，进行了卷烟厂的能源精准控制集约化平台的研制。【关键词】工业总线网络传输PLC能源管理排产系统0引言随着烟草行业对节能减排管控的高度重视，在卷烟生产企业中，能源的合理供应不仅直接影响到卷烟生产的正常运行，而且对产品质量的有效保障、节能减排指标逐步降低，有着非常重要的作用。结合公司打造金叶制造“五精”模式，实现过程“精准控制”的具体要求。为进一步提高能源精准控制水平，提升卷烟产品质量、有效降低能源消耗，经济、合理、科学的使用能源，提高经济效益，需研制工厂的能源精准控制集约化平台，实现能源一体化科学管控。1现状调研洛阳卷烟厂现有制丝生产线、卷包设备和动力设备管控系统。分别由独立控制组成，各系统之间设备运行情况如各工序设备的工作状态、所需要的蒸汽、空压气及软化水压力等用能信息目前主要靠人工进行协调运作。由于各工序生产变化不确定，造成整条线停产时，才通知供能方。这样，常导致在生产将结束或区域生产线停产后，对该区域的供能在没必要的情况下仍长时间进行，造成部分工艺指标（如蒸汽压力、空压气气压等）波动较大，严重影响了工艺质量的稳定性。且由于部分管网处于高压状态，严重时会导致安全阀动作，存在着较大的安全隐患。同时，生产能耗也因以上原因而大大增加。在生产质量控制已经得到稳步发展的今天，对于保证生产质量和产量的控制已可做到精确2管理水品，生产的日常运营维护已经不能仅仅满足于可以保证生产系统的正常运行，而是要在这个基础之上，降低能源消耗成本和设备运行维护成本。对于生产管理来说，工业控制领域已经发展出一整套的管理体系来进行精细化管理，从质量控制、工艺控制等各个角度来保证高质量生产的正常运行。而在能源成本控制这一方面，不仅未能得到有效的管理，反而在很多情况下成为需要牺牲的要素，存在为了保证正常的生产，能源需要被大量的浪费掉。管理者无法对不可测量的资源进行管理。在这种情况下，企业内部能源基础设施建设在企业建设初期没有得到重视，因此当管理层对能源成本节约提出要求时，就会面临无法有效核算和计量的问题。从目前河南中烟工业有限责任公司洛阳卷烟厂的能源管理体系来看主要存在以下难点：1.1能源消耗数据不能实时计量。目前的能耗数据主要依靠手动抄写，首先耗费大量的人力资源，其次由于抄写时间因为人为因素导致不固定，或者录入错误，最后得到的结果并不能指导操作人员的正确使用，无法达到管理的目的。1.2数据的可分享性不高，只能在有限时间范围内和有限的范围内传播。当浪费情况发生时需要花费大量的时间和流程进行论证和讨论，再得出结论执行管理手段的时候，能源浪费已经非常的大，特别是对于英商马田的能源消耗量大的特点，这一点造成的损失尤其比较大。1.3能源管理目标不能明确。由于不能形成有效的能效基准线，不能制定统一的能源节约目标，因此各个部门虽然有节能目标，但是都按照自身对于能源管理的理解而进行日常操作，最终导致每个部门都花费大量的时间进行研究和讨论，但是无法和管理层的需求保持一致，投入产出比比较小。1.4管理策略或者改造项目无法有效测量和持续的优化。当公用设施部门或者生产部门通过观察发现了节能机会的时候，相关部门可以通过修改操作规程以及实施节能改造项目的手段进行管理升级。当升级完成后，由于缺乏有效的测量手段，得到的结果是无法精确的量化的，只能在一个范围内有效。更进一步，当管理手段出台后，在一段时间内可能收效显著，但是因为属于人为控制，如果不能持续测量的话，过了一定的时间以后，相关的管理措施可能因为种种原因而中止，而中止之后由于不对生产质量或者产量造成影响，因此对于能源消耗的影响在相当一段时间内无法被发现，在这种情况下，能源浪费仍然在发生。所以只有当持续有效的监管存在的时候，行为才能得到持续的纠正，能源节约才能持续进行。2研究目的为实现制丝线各工序、卷包系统各机台、动力设备各系统由分散模块化到集成节约化管理3的集成，实现用能设备和产能设备的精细化管理，精准化操控，降低生产能耗，稳定过程控制，降低卷烟生产安全隐患，确保产品质量稳定。在满足生产的前提下，通过能源在线监测和管理的手段，逐步控制能源浪费，制定有效的绩效考核制度，提升用能水平并逐步降低单位产品综合能耗，完成国家给予的节能减排目标。2.1使全厂网络互通，各车间生产及能耗信息共享，从而达到能源精准控制；2.2平台的搭建，为全厂大生产模式提供有效的技术支持和信息平台；2.3能源在线监测系统的建立，通过平台指导各生产线的工艺参数设定、操控，实现能源利用最大化，降低综合能耗指标；2.4使用构成1000Mbit/s工业以太网冗余光纤环网，实现快速数据交互，实时传递；2.5具有强大的在线错误诊断、故障告知及故障定位能力；2.6提前预知重点能耗设备的效率下降情况并及时维修、保养、更换；2.7针对分时电价合理的安排生产，降低能耗；2.8以天、周、月、季、年为时间单位，以区域、生产线、工序、设备为能耗单位对企业生产的综合能耗的实时数据进行分析并自动生成报表。同时对历史数据可进行同比、环比分析；3系统构成3.1采集层选用带数据存储功能的智能仪表按照区域、生产线、工序、设备将能耗数据进行计量，并通过485通讯线将采集到的数据通过网络层传输到数据中心。利用网络层将能源监控系统和其他系统进行数据对接，将其他系统数据采集并传输至数据中心。3.2网络层3.2.1动力车间工业以太网各子系统实现互连通过铺设光纤将动力车间的能源监控系统、空调系统、制冷系统、锅炉系统、除尘系统、配电系统六个子系统相互连接，组成动力车间工业以太网中枢网络，并实现数据交换及远程遥控、遥信、遥测等功能。43.2．2动力工业以太络与制丝控制网、卷接包控制网实现网络互连3.3能源精准控制集约化平台网络架构图54系统功能4.1动力能源管理系统网络架构延伸拓扑升级，形成动力中心工业以太网光纤环网。4.2移植制冷监控系统，使制冷自控系统网络接入动力中心工业以太网形成光纤环网，将制冷自控系统的工艺运行数据集成到动力中心的能源管理系统中进行交互管理。4.3升级空调监控站，并对空调监控系统进行移植，使空调自控系统网络接入动力中心工业以太网形成光纤环网，将空调自控系统的工艺运行数据集成到动力中心的能源管理系统中进行交互管理。4.4开发能管软件平台，通过网关路由器，使动力车间工业以太网与制丝车间以太网络相连接，使能管中心数采服务器与制丝生产线的相关数据进行交互管理。4.5开发动力制丝线运行排产系统，根据车间的实际生产需求，对生产车间用能（空调、蒸汽、正负压缩空气）实施精准化地动态供能管理。4.6对能管中心的2台数采服务器（SCADA）及1台文本服务器进行专业维护，降低服务器的负载，提升设备运行的稳定性及可靠性。4.7根据制丝车间提供的数据，制丝排产系统辅助操作员进行预热排产管理，操作员通过设定预热排产信息通知到动力车间，动力车间根据供能需求进行按需供能。64.8通过制丝车间设定预排产信息，能管中心锅炉房可以了解制丝生产情况，对生产和供能过程进行辅助跟踪管理及异常处理供能。4.9生产排产系统节能操作模式。通过开发制丝运行排产系统，使车间供能管理达到精益生产、精细指标、精准控制的效果：4.9．1制丝车间制丝车间通过制丝排产系统，将预排产信息发送至锅炉房，锅炉房操作员根据预排产信息及车间当前情况，按需供能。4.9.2制丝排产系统实时反馈生产线的运行状态，根据生产线当前的工艺，排产系统会自动判断车间实际的供能需求，辅助操作员进行供能分配。4.9.2制丝排产系统将生产线的运行状态与供能需求相结合，根据生产工艺标准，系统自动判断供能压力区间，实时监视供能情况，并提供预警处理供能，辅助操作员进行供能分配。5系统设计依据及设计原则5.1设计依据5.1.1工业以太网网络构架设计与应用采用以光纤为骨干，内部局域网为辅助将动力车间的能源监控系统、空调系统、制冷系统、锅炉系统、除尘系统、配电系统六个子系统相互连接，组成动力车间工业以太网中枢网络。5.1.2计算机与过程自动化控制技术的应用自动化生产线是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线。由此可见自动化生产线各项工作不仅联系的十分紧密，而且每个环节都不能出现任何纰漏，否则就会影响整个生产流程的进行。而且采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。5.1.3数据库技术数据库技术是通过研究数据库的结构、存储、设计、管理以及应用的基本理论和实现方法，并利用这些理论来实现对数据库中的数据进行处理、分析和理解的技术。即：数据库技术是研究、管理和应用数据库的一门软件科学。数据库技术研究和管理的对象是数据，所以数据库技术所涉及的具体内容主要包括：通过对数据的统一组织和管理，按照指定的结构建立相应的数据库和数据仓库；利用数据库管理系7统和数据挖掘系统设计出能够实现对数据库中的数据进行添加、修改、删除、处理、分析、理解、报表和打印等多种功能的数据管理和数据挖掘应用系统；并利用应用管理系统最终实现对数据的处理、分析和理解。5.1.4现场总线技术现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于现场总线技术过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多有实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点：具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。5.1.5PLC技术PLC的全称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需