能源精準(zhǔn)控制集約化平臺(tái)

文/付新明 葉安瑾 郝恒義 劉洛宣 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司洛陽(yáng)卷煙廠

在卷煙生產(chǎn)企業(yè)中，能源的合理供應(yīng)不僅直接影響到卷煙生產(chǎn)的正常運(yùn)行，而且對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的有效保障、節(jié)能減排指標(biāo)逐步降低，有著非常重要的作用。隨著煙草行業(yè)對(duì)節(jié)能減排管控的高度重視，結(jié)合公司打造金葉制造“五精”模式，實(shí)現(xiàn)過(guò)程“精準(zhǔn)控制”的具體要求。為進(jìn)一步提高能源精準(zhǔn)控制水平，提升卷煙產(chǎn)品質(zhì)量、有效降低能源消耗，經(jīng)濟(jì)、合理、科學(xué)的使用能源，提高經(jīng)濟(jì)效益，需研制工廠的能源精準(zhǔn)控制集約化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)能源一體化科學(xué)管控。

1 現(xiàn)狀調(diào)研

洛陽(yáng)卷煙廠現(xiàn)有制絲生產(chǎn)線、卷包設(shè)備和動(dòng)力設(shè)備管控系統(tǒng)。分別由獨(dú)立控制組成，各系統(tǒng)之間設(shè)備運(yùn)行情況，如各工序設(shè)備的工作狀態(tài)，所需要的蒸汽、空壓氣及軟化水壓力等用能信息目前主要靠人工進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)作。由于各工序生產(chǎn)變化不確定，造成整條線停產(chǎn)時(shí)，才通知供能方，經(jīng)常導(dǎo)致在生產(chǎn)將結(jié)束或區(qū)域生產(chǎn)線停產(chǎn)后，對(duì)該區(qū)域的供能仍長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行，造成部分工藝指標(biāo)（如蒸汽壓力、空壓氣氣壓等）波動(dòng)較大，嚴(yán)重影響了工藝質(zhì)量的穩(wěn)定性，生產(chǎn)能耗也因以上原因而大大增加。同時(shí)，由于部分管網(wǎng)處于高壓狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致安全閥動(dòng)作，存在著較大的安全隱患。

2 研究目的

實(shí)現(xiàn)制絲線各工序、卷包系統(tǒng)各機(jī)臺(tái)、動(dòng)力設(shè)備各系統(tǒng)由分散模塊化到集成節(jié)約化管理的集成，實(shí)現(xiàn)用能設(shè)備和產(chǎn)能設(shè)備的精細(xì)化管理，精準(zhǔn)化操控，降低生產(chǎn)能耗，穩(wěn)定過(guò)程控制，降低卷煙生產(chǎn)安全隱患，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

（1）使全廠網(wǎng)絡(luò)互通，各車(chē)間生產(chǎn)信息共享，從而達(dá)到能源精準(zhǔn)控制。

（2）平臺(tái)的搭建，為全廠大生產(chǎn)模式提供有效的技術(shù)支持和信息平臺(tái)。

（3）排產(chǎn)系統(tǒng)的建立，通過(guò)平臺(tái)指導(dǎo)各生產(chǎn)線的工藝參數(shù)設(shè)定、操控，實(shí)現(xiàn)能源利用最大化，降低綜合能耗指標(biāo)。

（4）使用構(gòu)成100Mbit/s工業(yè)以太網(wǎng)冗余光纖環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)快速介質(zhì)冗余，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)間。

（5）具有強(qiáng)大的在線錯(cuò)誤診斷、故障告知及故障定位能力。

圖1

3 系統(tǒng)構(gòu)成

（1）動(dòng)力車(chē)間工業(yè)以太網(wǎng)各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互連

通過(guò)鋪設(shè)光纖將動(dòng)力車(chē)間的能源監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、配電系統(tǒng)六個(gè)子系統(tǒng)相互連接，組成動(dòng)力車(chē)間工業(yè)以太網(wǎng)中樞網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換及遠(yuǎn)程遙控、遙信、遙測(cè)等功能。見(jiàn)圖1。

（2）動(dòng)力工業(yè)以太絡(luò)與制絲控制網(wǎng)、卷接包控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連見(jiàn)圖2。

（3）能源精準(zhǔn)控制集約化平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖2

圖3

4 系統(tǒng)功能

（1）動(dòng)力能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)延伸拓?fù)渖?jí)，形成動(dòng)力中心工業(yè)以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)。

（2）移植制冷監(jiān)控系統(tǒng)，使制冷自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入動(dòng)力中心工業(yè)以太網(wǎng)形成光纖環(huán)網(wǎng)，將制冷自控系統(tǒng)的工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)集成到動(dòng)力中心的能源管理系統(tǒng)中進(jìn)行交互管理。

（3）升級(jí)空調(diào)監(jiān)控站，并對(duì)空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行移植，使空調(diào)自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入動(dòng)力中心工業(yè)以太網(wǎng)形成光纖環(huán)網(wǎng)，將空調(diào)自控系統(tǒng)的工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)集成到動(dòng)力中心的能源管理系統(tǒng)中進(jìn)行交互管理。

（4）開(kāi)發(fā)能管軟件平臺(tái)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)路由器，使動(dòng)力車(chē)間工業(yè)以太網(wǎng)與制絲車(chē)間以太網(wǎng)絡(luò)相連接，使能管中心數(shù)采服務(wù)器與制絲生產(chǎn)線的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互管理。

（5）開(kāi)發(fā)動(dòng)力制絲線運(yùn)行排產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)車(chē)間的實(shí)際生產(chǎn)需求，對(duì)生產(chǎn)車(chē)間用能（空調(diào)、蒸汽、正負(fù)壓縮空氣）實(shí)施精準(zhǔn)化地動(dòng)態(tài)供能管理。

（6）對(duì)能管中心的2臺(tái)數(shù)采服務(wù)器（SCADA）及1臺(tái)文本服務(wù)器進(jìn)行專業(yè)維護(hù)，降低服務(wù)器的負(fù)載，提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性。

（7）根據(jù)制絲車(chē)間提供的數(shù)據(jù)，制絲排產(chǎn)系統(tǒng)輔助操作員進(jìn)行預(yù)熱排產(chǎn)管理，操作員通過(guò)設(shè)定預(yù)熱排產(chǎn)信息通知到動(dòng)力車(chē)間，動(dòng)力車(chē)間根據(jù)供能需求進(jìn)行按需供能。

（8）通過(guò)制絲車(chē)間設(shè)定預(yù)排產(chǎn)信息，能管中心鍋爐房可以了解制絲生產(chǎn)情況，對(duì)生產(chǎn)和供能過(guò)程進(jìn)行輔助跟蹤管理及異常處理供能。

（9）生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能操作模式。通過(guò)開(kāi)發(fā)制絲運(yùn)行排產(chǎn)系統(tǒng)，使車(chē)間供能管理達(dá)到精益生產(chǎn)、精細(xì)指標(biāo)、精準(zhǔn)控制的效果：

① 制絲車(chē)間通過(guò)制絲排產(chǎn)系統(tǒng)，將預(yù)排產(chǎn)信息發(fā)送至鍋爐房，鍋爐房操作員根據(jù)預(yù)排產(chǎn)信息及車(chē)間當(dāng)前情況，按需供能。

② 制絲排產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)生產(chǎn)線當(dāng)前的工藝，排產(chǎn)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷車(chē)間實(shí)際的供能需求，輔助操作員進(jìn)行供能分配。

③ 制絲排產(chǎn)系統(tǒng)將生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)與供能需求相結(jié)合，根據(jù)生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)自動(dòng)判斷供能壓力區(qū)間，實(shí)時(shí)監(jiān)視供能情況，并提供預(yù)警處理供能，輔助操作員進(jìn)行供能分配。

5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)原則

5.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

(1)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架設(shè)計(jì)與應(yīng)用；

(2)計(jì)算機(jī)與過(guò)程自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用；

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)；

(4)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；

(5)PLC技術(shù)；

(6)光網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。

5.2 設(shè)計(jì)原則

(1)先進(jìn)性和實(shí)用性原則

采用國(guó)際先進(jìn)的軟件體系結(jié)構(gòu)保證系統(tǒng)建在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)因技術(shù)平臺(tái)落后而大規(guī)模調(diào)整，并能夠通過(guò)升級(jí)保持系統(tǒng)的先進(jìn)性，延長(zhǎng)其生命周期。

(2)可靠性和穩(wěn)定性原則

保證在正常情況下和極端情況下業(yè)務(wù)邏輯的正確性，并能保證系統(tǒng)可靠連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行，避免由于單點(diǎn)故障或系統(tǒng)的升級(jí)而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

(3)可擴(kuò)展性和可伸縮性原則

在設(shè)計(jì)上具有適應(yīng)業(yè)務(wù)變化的能力，當(dāng)系統(tǒng)新增業(yè)務(wù)功能或現(xiàn)有業(yè)務(wù)功能改變時(shí)，可保證業(yè)務(wù)變化造成的影響局部化，新增功能時(shí)不應(yīng)需要改造原軟件系統(tǒng)。

(4)可管理性原則

具有良好的管理手段，提供業(yè)務(wù)全流程的管理手段，包括建模、實(shí)施、運(yùn)行、監(jiān)控等。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)能源精準(zhǔn)控制集約化信息平臺(tái)的成功研制，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力能源中心所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)卷煙生產(chǎn)線制絲各工序，卷包各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)信息時(shí)時(shí)采集監(jiān)控，并自動(dòng)傳送至動(dòng)力車(chē)間能管中心及鍋爐房控制系統(tǒng)，對(duì)空壓機(jī)、鍋爐、軟化水、空調(diào)系統(tǒng)等產(chǎn)能設(shè)備的運(yùn)行及參數(shù)進(jìn)行模塊化、精細(xì)化控制，以達(dá)到對(duì)制絲各工序、卷包各設(shè)備的用能情況進(jìn)行全方位精確的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源消耗。不但提高了數(shù)據(jù)的可靠性、正確性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)全面自動(dòng)化，而且也減少了由于人為環(huán)節(jié)出現(xiàn)的不準(zhǔn)確和誤差造成的損失，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力能源設(shè)施的無(wú)人值守和集中維護(hù)，提高了設(shè)備的維護(hù)效率和可靠性，極大的節(jié)約了生產(chǎn)制造成本，保證了系統(tǒng)信息采集和控制信號(hào)的可靠傳遞以及數(shù)據(jù)的安全性，有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠能源系統(tǒng)的集中精準(zhǔn)監(jiān)控、實(shí)時(shí)調(diào)整和有效管理，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)節(jié)能績(jī)效的科學(xué)管理及能源效率的持續(xù)改進(jìn)。