PLC和現(xiàn)場總線在工廠能源監(jiān)測管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

一、項目簡介
　　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)向來是耗能大戶， 隨著國外先進技術(shù)和成套設(shè)備的大量引進，卷煙生產(chǎn)從過去的低速手工生產(chǎn)發(fā)展到高速全自動生產(chǎn)，對能源的需求越來越大，因此降低能源的損耗、合理調(diào)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)營的跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨國界的企業(yè)集團。其核心企業(yè)濟南卷煙廠擁有目前世界上最先進的卷煙設(shè)備及行業(yè)技術(shù)中心。公司現(xiàn)有員工 5000 余人，總資產(chǎn) 73 億元，是全國煙草行業(yè) 36 家重點企業(yè)之一。
　　本能源監(jiān)測系統(tǒng)主要用來對濟南卷煙廠各部門的能源消耗情況進行監(jiān)測、統(tǒng)計、報表和打印等。本系統(tǒng)的主要監(jiān)測量包括全廠各部門的電、水、蒸汽、空壓氣等相關(guān)的參數(shù)。

二、系統(tǒng)介紹
　　本系統(tǒng)由能源統(tǒng)計辦公室、鍋爐操作室和設(shè)備管理處組成三層能源監(jiān)測管理系統(tǒng)。通過分布于全廠各個車間的傳感器將蒸氣、空壓氣、水量和電量233個點的參量采集到服務(wù)器中，鍋爐操作室和設(shè)備管理處負責對實時參數(shù)和設(shè)備的監(jiān)測；能源統(tǒng)計辦公室實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的查詢以及報表打印。統(tǒng)計辦公室的能源監(jiān)測評估程序完成班次的各項指標考核任務(wù)，對廠內(nèi)的能源供應(yīng)部門的投入、產(chǎn)出及能源使用用戶單位的耗能情況進行統(tǒng)計分析，成本核算等，為提高廠內(nèi)能源管理使用水平提供了可信依據(jù)。
　　本系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集性能要求的前提下使硬件費用達到最低；同時400PLC主站通過MPI接口與上位機實現(xiàn)通訊。300PLC主站通過MPI接口與上位機實現(xiàn)通訊。采用Simatic WinCC作為上位監(jiān)控軟件，采用VB6.0編輯統(tǒng)計辦公室的能源監(jiān)測評估程序 。系統(tǒng)清單如下表
三、控制系統(tǒng)構(gòu)成
1．系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)配置如圖1所示。 圖1 能源管理監(jiān)測系統(tǒng)圖
　　本系統(tǒng)共分為三大部分：上位監(jiān)控中心、PLC主站、PLC從站。上位機由一臺服務(wù)器和三臺客戶機組成。把服務(wù)器并入了企業(yè)網(wǎng)，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(wǎng)，然后進行簡單的設(shè)置就可以作為一臺客戶機使用。400PLC主站通過MPI協(xié)議與服務(wù)器相連。MPI可用于單元級和現(xiàn)場級，用它可以非常經(jīng)濟的連接少數(shù)站。400主站與其子站之間通過Profibus DP 相連。這種組網(wǎng)方式可在保證數(shù)據(jù)采集性能要求的前提下，使硬件費用達到最低。數(shù)據(jù)采集過程大體如下：現(xiàn)場傳感器的輸出信號由各站信號模板采集、轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)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(shù)據(jù)按要求進行各種運算、處理后通過MPI網(wǎng)絡(luò)傳到服務(wù)器。客戶機和服務(wù)器之間通過OPC方式進行數(shù)據(jù)的傳遞 。

2．軟件設(shè)計
　　本系統(tǒng)PLC主站、PLC從站的編程使用STEP7編寫，實現(xiàn)PLC對過程數(shù)據(jù)的初步處理；上位機監(jiān)控使用SIMATIC WinCC編寫服務(wù)器軟件（WinCC Server）和客戶端軟件（WinCC Client），實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的查詢以及報表打??；統(tǒng)計辦公室的能源監(jiān)測評估程序采用Visual Basic 6.0 語言編寫，完成班次的各項指標考核任務(wù)。
　　（1）PLC主站程序：該程序包括6個OB塊、20個FC塊、15個DB塊，完成對現(xiàn)場采集到的空壓氣、水蒸汽、電量和水量的數(shù)據(jù)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。主程序（組織塊OB1）流程圖如下：
圖3 主程序（組織塊OB1）流程圖
　　（2）上位機WinCC程序：根據(jù)客戶的要求，使用WinCC編寫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(tǒng)計辦公室能源監(jiān)測評估程序設(shè)計方案的選擇
　　能源監(jiān)測評估程序是用VB6.0開發(fā)的應(yīng)用程序，安裝在統(tǒng)計辦公室的客戶機上，要對各個部門進行月結(jié)考核，并據(jù)此進行獎金的評定。程序需要記錄鍋爐房、空壓站、薄片車間、總配電室的70多個量的變化并進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理來實現(xiàn)對各部門各班次工人的考核，同時需要計算生產(chǎn)成本并打印詳細月報表等，工作量十分大。在實踐中，先后使用了以下幾種方案實現(xiàn)程序和服務(wù)期間的通訊。