PLC和現場(chǎng)總線(xiàn)在工廠(chǎng)能源監測管理系統中的應用

一、項目簡(jiǎn)介
　　能源消耗是企業(yè)產(chǎn)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(lái)是耗能大戶(hù)， 隨著(zhù)國外先進(jìn)技術(shù)和成套設備的大量引進(jìn)，卷煙生產(chǎn)從過(guò)去的低速手工生產(chǎn)發(fā)展到高速全自動(dòng)生產(chǎn)，對能源的需求越來(lái)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(chǎn)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(jīng)營(yíng)的跨地區、跨行業(yè)、跨國界的企業(yè)集團。其核心企業(yè)濟南卷煙廠(chǎng)擁有目前世界上最先進(jìn)的卷煙設備及行業(yè)技術(shù)中心。公司現有員工 5000 余人，總資產(chǎn) 73 億元，是全國煙草行業(yè) 36 家重點(diǎn)企業(yè)之一。
　　本能源監測系統主要用來(lái)對濟南卷煙廠(chǎng)各部門(mén)的能源消耗情況進(jìn)行監測、統計、報表和打印等。本系統的主要監測量包括全廠(chǎng)各部門(mén)的電、水、蒸汽、空壓氣等相關(guān)的參數。

二、系統介紹
　　本系統由能源統計辦公室、鍋爐操作室和設備管理處組成三層能源監測管理系統。通過(guò)分布于全廠(chǎng)各個(gè)車(chē)間的傳感器將蒸氣、空壓氣、水量和電量233個(gè)點(diǎn)的參量采集到服務(wù)器中，鍋爐操作室和設備管理處負責對實(shí)時(shí)參數和設備的監測；能源統計辦公室實(shí)現數據的實(shí)時(shí)顯示、能源消耗的當日和當月累積顯示、累積量的日、月、時(shí)段數據的查詢(xún)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(wù)，對廠(chǎng)內的能源供應部門(mén)的投入、產(chǎn)出及能源使用用戶(hù)單位的耗能情況進(jìn)行統計分析，成本核算等，為提高廠(chǎng)內能源管理使用水平提供了可信依據。
　　本系統CPU主站選用Siemens 的Simatic S7-400的CPU414-2DP和S7-300的CPU314，400PLC主站配置9個(gè)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，這樣可在保證數據采集性能要求的前提下使硬件費用達到最低；同時(shí)400PLC主站通過(guò)MPI接口與上位機實(shí)現通訊。300PLC主站通過(guò)MPI接口與上位機實(shí)現通訊。采用Simatic WinCC作為上位監控軟件，采用VB6.0編輯統計辦公室的能源監測評估程序 。系統清單如下表
三、控制系統構成
1．系統的結構：系統配置如圖1所示。 圖1 能源管理監測系統圖
　　本系統共分為三大部分：上位監控中心、PLC主站、PLC從站。上位機由一臺服務(wù)器和三臺客戶(hù)機組成。把服務(wù)器并入了企業(yè)網(wǎng)，這樣，客戶(hù)機的擴展變的異常容易和簡(jiǎn)單：只需把計算機并入局域網(wǎng)，然后進(jìn)行簡(jiǎn)單的設置就可以作為一臺客戶(hù)機使用。400PLC主站通過(guò)MPI協(xié)議與服務(wù)器相連。MPI可用于單元級和現場(chǎng)級，用它可以非常經(jīng)濟的連接少數站。400主站與其子站之間通過(guò)Profibus DP 相連。這種組網(wǎng)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(guò)程大體如下：現場(chǎng)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(guò)通訊模塊送到400PLC主站，400PLC主站把各站送來(lái)的數據按要求進(jìn)行各種運算、處理后通過(guò)MPI網(wǎng)絡(luò )傳到服務(wù)器?？蛻?hù)機和服務(wù)器之間通過(guò)OPC方式進(jìn)行數據的傳遞 。

2．軟件設計
　　本系統PLC主站、PLC從站的編程使用STEP7編寫(xiě)，實(shí)現PLC對過(guò)程數據的初步處理；上位機監控使用SIMATIC WinCC編寫(xiě)服務(wù)器軟件（WinCC Server）和客戶(hù)端軟件（WinCC Client），實(shí)現數據的實(shí)時(shí)顯示、能源消耗的當日和當月累積顯示、累積量的日、月、時(shí)段數據的查詢(xún)以及報表打??；統計辦公室的能源監測評估程序采用Visual Basic 6.0 語(yǔ)言編寫(xiě)，完成班次的各項指標考核任務(wù)。
　?。?）PLC主站程序：該程序包括6個(gè)OB塊、20個(gè)FC塊、15個(gè)DB塊，完成對現場(chǎng)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(gè)變量的累積量。主程序（組織塊OB1）流程圖如下：
圖3 主程序（組織塊OB1）流程圖
　?。?）上位機WinCC程序：根據客戶(hù)的要求，使用WinCC編寫(xiě)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．統計辦公室能源監測評估程序設計方案的選擇
　　能源監測評估程序是用VB6.0開(kāi)發(fā)的應用程序，安裝在統計辦公室的客戶(hù)機上，要對各個(gè)部門(mén)進(jìn)行月結考核，并據此進(jìn)行獎金的評定。程序需要記錄鍋爐房、空壓站、薄片車(chē)間、總配電室的70多個(gè)量的變化并進(jìn)行相應的數據處理來(lái)實(shí)現對各部門(mén)各班次工人的考核，同時(shí)需要計算生產(chǎn)成本并打印詳細月報表等，工作量十分大。在實(shí)踐中，先后使用了以下幾種方案實(shí)現程序和服務(wù)期間的通訊。