2022年能源监控管理系统 .pdf

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1、2 能源监控管理系统总体设计要合理使用和调配能源的前提是要清楚的了解能源的使用情况，这就需要把生产现场的实时耗能数据采集汇总。一个大型的烟草生产企业，要采集数据的地点分布在整个厂区，而且数量也很多，在数据采集和传输方面需解决分布广，数量多的问题。为了解决这个问题，在传统的 DCS 系统上，尝试引进了现场总线技术，提出了基于现场总线的 DCS 控制系统。现场总线技术是当今工业自动化领域技术发展的热点，适用于现场仪表、控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多点、多站的通讯系统，被誉为自动化领域的计算机局域网。 现场总线将现场设备和控制器连接起来，可将控制分散在整个网内，现场

2、设备也可以通过现场总线直接供电。该卷烟厂能源管理监测系统主要用来实现该卷烟厂各部门233个点的数据采集、数据的汇总处理、耗能数据的实时显示、时段数据的查询、报表的打印和班次的考核等功能。该系统采用德国西门子公司的现场控制设备SIMATIC PCS7系列产品搭建，其中包括 1 个 S7 400 主站和 1 个 S7 300 主站，下设 9 个 ET200M 子站，完成了蒸汽、空压气、水量和电量的233个点的采集任务。其中包括二期工程中的15 个蒸汽流量， 15 个蒸汽压力， 15 个蒸汽温度， 7 个空压气流量， 7 个空压气压力， 9 个水流量、 131 个电量和一期工程的2 个蒸汽流量、 2

3、 个蒸汽压力、 2个蒸汽温度、 1 个用煤量、 2 个用油量、 19 个电量、 3 个水流量、 1名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 个空压气流量、 1 个空压气压力、 1 个空压气温度。 PLC 的编程使用西门子开发的 STEP7 编程软件，下载到 PLC 的程序主要完成数据的存储和计算。上位机组态同样使用西门子公司的SIMATIC WINCC ，通过形象的工控画面在线监视各部门耗能情况，实现时段查询和耗能明细报表

4、打印功能。 为了更好的实现统计分析、 成本核算和班次考核功能，我们使用 Visual Basic6.0编制了能源监测评估软件，该软件通过自编的 OPC 简单程序与 WINCC 内部集成的 OPC 程序接口相连进行数据传输。 该软件可对记录的现场数据进行更细致分析，得到成本核算和班次考核结果，给各个部门的考核工作提供可靠依据，提高了管理水平。同时，通过该软件绘制的各种能耗曲线图，为分析生产耗能趋势提供依据。本系统可大体分为三部分：上位机、主站（300 主站和 400 主站）及其子站（总共9 个 ET200M 子站）如图 1 所示。上位机由一台服务器和三台客户机组成， 我们把服务器并入企业网， 因

5、为西门子公司的上位机组态软件WINCC 内置了 OPC 通讯功能，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， 然后进行简单的设置就可以作为一台客户机使用。为了方便锅炉操作工的工作，我们在锅炉操作间和油炉操作间分别添加了一台客户机，实时显示有关锅炉操作的数据。 为了企业管理层可以实时掌握生产耗能情况，我们在办公楼设备管理处用同样的方式添加了第三台客户机。400PLC主站及 300 站通过 MPI 协议与服务器相连。 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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

6、- - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - PROFIBUS-DP相连。这种组网方式可在保证数据采集性能要求的前提下，使硬件费用达到最低。数据采集过程大体如下：现场传感器的输出信号由各站信号模板采集、 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行各种运算、处理后通过MPI 网络传到服务器。客户机和服务器之间通过 OPC 方式进行数据的传递。 PLC300 站以满足就近采集传感器信号和高速计数器的要求。PLC 编程使用西门子公司编程软件

7、STEP7 ，上位机监控使用西门子公司 SIMATIC WINCC 实现，统计办公室的能源监测评估应用软件使用 Visual Basic6.0语言开发。STEP7 编程实现 PLC 对过程数据的初步处理。 上位软件完成数据的实时显示、能源消耗的当日和当月累积显示、累积量的日、月、时段数据的查询以及报表打印。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，对厂内的能源供应部门的投入、 产出及能源使用用户单位的耗能情况进行统计分析，成本核算等，为提高厂内能源管理使用水平提供了可信依据。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -

8、- - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 图 1 系统总体结构图3 能源监控管理系统具体实现3.1 软件设计本系统 PLC 编程使用西门子公司编程软件STEP7 ，上位机监控使用西门子公司 SIMATICWINCC实现，统计办公室的能源监测评估程序采用 VisualBasic6.0语言编写。STEP7 编程实现 PLC 对过程数据的初步处理。上位软件完成数据的实时显示、能源消耗的当日和当月累积显示、累积量的日、月、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

9、名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 时段数据的查询以及报表打印。 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。STEP7 是用于 SIMATICS7300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件， 可使用梯形逻辑图、 功能块图或语句表3 种方式编写具体程序。在根据工程实际要求编程前， 首先要确定系统中用到的主要硬件设备，比如 PLC 型号，信号采集模块类型，通讯模块等，并根据实际情况在 STEP7 的 SIMATICManager窗口中，给工程添加相应的硬件组态。把 PLC 主站与服务器通过CP5611网卡连接好，

10、通过STEP7 在线的将编好的PLC 控制程序下载到 PLC 的 CPU 中，下面以S7-400PLC程序为例介绍。该程序包括 6 个 OB 块、20 个 FC 块、15 个 DB 块，完成对现场采集到的空压气、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。（1）主程序（组织块OB1 ）主程序流程图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 用到的主要 FC 简介：FC1 数据采

11、集：将现场采集的数字量分别放入各个子站对应的数据块中，等待处理。FC10 全局数据分配：用于分配一些全局数据，便于以后调用和修改，减少错误机率。程序中定义的M 存储区如表 1 所示：表 1 程序中定义的主要M 存储区存储区 存储取的用途存放数值MW10 在 FC1 中用到，表示 DP 分布式 I/O 的起始地址528 MD16 空压气要求的压力值，单位kg/cm26.033 MW20 4mA 对应的输入数字量0 MD22 水蒸汽要求的温度值， 单位 K 通过 MD26 的值，查表可得到。4.5235 MD26 水蒸汽要求的压力值，单位kg/cm29.0 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

12、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - MW30 20mA对应的输入数字量27648 MW32 （20 4）mA 对应的数字量27648 MD34 累积系数，浮点数3600.0 MB38 求温度时查表要到的标志区MD40 1kg/cm2对应的 MPa 值0.0980665 MPa MD44 压力表量程1.2MPa MD48 温度表量程180 摄氏度MD52 1 个大气压对应的 Mpa 值0.101325 MPa MD56 0 摄氏度对应的绝对温度273.15K

13、 MW60 3 公斤对应的数字量6778 MW62 8 公斤对应的数字量18076 MW64 13 公斤对应的数字量27648 MB66 OB86 硬件中断标志区MB67 OB86_EV_CLASS MW68 OB86_FLT_ID MD70 OB86_MDL_ADDR MD72 OB86_RACKS_FLTD MD76OB86_DATE_TIME 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - - MD80 FC100 累积量清零：用于将存放累积量的数据块存储单元清零。FC106 功率线性化：调用 FC107 ，实现对现场采集的功率信号根据量程转换。FC107 功率线性化：功率千瓦值（现场数字量/27648）功率表量程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -