PLC和现场总线在工厂能源监测管理系统中的应用.docx

PLC和现场总线在工厂能源监测管理系统中的应用成立于1993年度，位于山东省济南市，是一家以烟草为主业、多元化经营的跨地区、跨行业、跨国界的企业集团。其核心企业济南卷烟厂拥有目前世界上最先进的卷烟设备及行业技术中心。公司现有员工5000余人，总资产73亿元，是全国烟草行业36家重点企业之一。本能源监测系统主要用来对济南卷烟厂各部门的能源消耗情况进展监测、统计、报表和打印等。本系统的主要监测量包括全厂各部门的电、水、蒸汽、空压气等相关的参数。二、系统介绍本系统由能源统计办公室、锅炉操作室和设备管理处组成三层能源监测管理系统。通过分布于全厂各个车间的传感器将蒸气、空压气、水量和电量233个点的参量收集到效劳器中，锅炉操作室和设备管理处负责对实时参数和设备的监测；能源统计办公室实现数据的实时显示、能源消耗的当日和当月累积显示、累积量的日、月、时段数据的查询和报表打印。统计办公室的能源监测评估程序完成班次的各项指标考核任务，对厂内的能源供给部门的投入、产出及能源使用用户单位的耗能情况进展统计分析，本钱核算等，为进步厂内能源管理使用程度提供了可信根据。本系统CPU主站选用Siemens的SimaticS7-400的CPU414-2DP和S7-300的CPU314，400PLC主站配置9个ET200M子站。CPU414-2DP集成MPI通讯口和Profibus-DP通讯口，各子站与400PLC主站采用Profibus-DP方式相连，这样可在保证数据收集性能要求的前提下使硬件费用到达最低；同时400PLC主站通过MPI接口与上位机实现通讯。300PLC主站通过MPI接口与上位机实现通讯。采用SimaticWinCC作为上位监控软件，采用VB6.0编辑统计办公室的能源监测评估程序。系统清单如下表三、控制系统构成1系统的构造：系统配置如图1所示。图1能源管理监测系统图本系统共分为三大局部：上位监控中心、PLC主站、PLC从站。上位机由一台效劳器和三台客户机组成。把效劳器并入了企业网，这样，客户机的扩展变的异常容易和简单：只需把计算机并入局域网，然后进展简单的设置就可以作为一台客户机使用。400PLC主站通过MPI协议与效劳器相连。MPI可用于单元级和现场级，用它可以非常经济的连接少数站。400主站与其子站之间通过ProfibusDP相连。这种组网方式可在保证数据收集性能要求的前提下，使硬件费用到达最低。数据收集经过大体如下：现场传感器的输出信号由各站信号模板收集、转化为相应的数字信号然后通过通讯模块送到400PLC主站，400PLC主站把各站送来的数据按要求进展各种运算、处理后通过MPI网络传到效劳器。客户机和效劳器之间通过OPC方式进展数据的传递。2软件设计本系统PLC主站、PLC从站的编程使用STEP7编写，实现PLC对经过数据的初步处理；上位机监控使用SIMATICWinCC编写效劳器软件WinCCServer和客户端软件WinCCClient，实现数据的实时显示、能源消耗的当日和当月累积显示、累积量的日、月、时段数据的查询和报表打印；统计办公室的能源监测评估程序采用VisualBasic6.0语言编写，完成班次的各项指标考核任务。1PLC主站程序：该程序包括6个OB块、20个FC块、15个DB块，完成对现场收集到的空压气、水蒸汽、电量和水量的数据的处理包括蒸汽流量补偿和蒸汽温度计算，并记录各个变量的累积量。主程序组织块OB1流程图如下：图3主程序组织块OB1流程图2上位机WinCC程序：根据客户的要求，使用WinCC编写友好的上位机人机界面。如下列图：图2上位机空压气分布界面3统计办公室能源监测评估程序设计方案的选择能源监测评估程序是用VB6.0开发的应用程序，安装在统计办公室的客户机上，要对各个部门进展月结考核，并据此进展奖金的评定。程序需要记录锅炉房、空压站、薄片车间、总配电室的70多个量的变化并进展相应的数据处理来实现对各部门各班次工人的考核，同时需要计算消费本钱并打印详细月报表等，工作量特别大。在理论中，先后使用了以下几种方案实现程序和效劳期间的通讯。1方案一：使用VB6.0开发一个OPC客户端应用程序，利用该程序与效劳器进展通讯。缺点：客户端程序中没有实现较为完善的容错和故障诊断功能，当效劳器出现短暂错误时造成OPC连接中段，造成死机。2方案二：在客户端中参加诊断程序，通过不断连接效劳器来判断效劳器是否出现故障，假设效劳器状态不正常便重新启动该系统软件，实现故障的诊断和处理。缺点：客户机与效劳器频繁的连接与断开，造成效劳器资源消耗大。3方案三：OPC通讯分成两局部：第一局部，在客户机上开发一个小型的WinCC客户端应用程序，利用WinCC内部集成的OPC接口进展效劳器和客户机之间的数据传输；第二局部，利用VB6.0开发一个OPC客户端应用程序，实现该程序与客户机上的WinCC进展通讯。优点：使用WinCC内部集成的OPC接口进展效劳器和客户机之间的数据传输，有较好的稳定性和较完善的故障诊断与处理，彻底防止死机。4方案选择：鉴于以上几种方案的优缺点，选择第三种方案。如图3所示。图3方案三示意图四、控制系统完成的功能1系统主要功能本系统主要用于收集各消费车间的蒸气、空压气、水量和电量四种参数进展统计计算，为消费安排提供数据根据。详细功能如下：(1)实时显示：本系统包括五局部工况图实时显示消费参数，包括系统总工况图、制丝车间工况图、卷接包车间工况图、能源动力车间工况图、非消费部门工况图。2状态曲线：显示各车间收集数据的状态曲线，包括总量、制丝车间、卷接包车间、能源动力和非消费等部门所收集数据瞬时变化趋势。3统计计算：将要考核的各部门的当前半小时库中的数据进展整理、统计、生成8小时数据库和天数据库。4统计报表：将各部门的数据按要求显示报表5参数设置：对本系统用到的参数进展设置，包括：班次参数、班次表、口令设置和曲线参数设置。2工程中的技术难点用户需要记录锅炉房，空压站，薄片车间，总配电室的70多个量的变化并进展相应的数据处理，有多种复杂报表输出要求：日报、旬报、月报、季报、年度报，同时各种报表格式也不尽一样，这在wincc实现起来较为复杂，故考虑采用VB的灵敏方便报表制作功能。在选择的方案中，WinCC.Client的角色非常特殊，它对于WinCC。Server来讲是客户端，而对于能源管理软件来讲那么成了效劳器端。五、完毕语本系统已经投入使用，系统运行可靠稳定，进步了数据的可靠性、正确性和计算准确率，减少了由于人为计算不准确和误差造成的损失。并且极大的节约了人员，减轻了实际操作人员的计算负担，并获得了良好的社会效益和经济效益。参考文献：1.李攀张家毅程哲等（）卷烟企业自动控制技术的开展趋势）烟草科技2002.022.李超群（）基于PROFIBUS总线技术的再造烟叶消费线控制系统）烟草科技2003.013.卢毅VisualBasic6.0数据库设计实例导航科学出版社2001.024.周爱华，汪仁智OPC接口技术标准上、中、下世界仪表与自动化20035.张旭旭,刘文煌,李秀等（）卷烟企业计算机辅助管理系统的实现）烟草科技2002.016.SIEMENSSTEP75.0编程手册7.SIEMENSWINCC组态手册8.SIEMENSS7-300硬件安装及模板标准手册9.SIEMENSFM350-2技术功能模块安装组态手册10.SIEMENSS7-400硬件安装及模板标准手册作者简介：马思乐男1964年度2月生山东大学控制科学与工程学院副教授硕士生导师主要研究方向：计算机控制与智能系统张纪明男1979年度6月生山东大学控制科学与工程学院在读硕士研究生。主要研究方向：计算机控制与智能系统