DCS在大型鋰電池廠空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

何治國 張龍超 張恒賓

（中航鋰電（洛陽）有限公司，河南洛陽 471003）

DCS在大型鋰電池廠空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

何治國 張龍超 張恒賓

（中航鋰電（洛陽）有限公司，河南洛陽 471003）

在鋰離子電池生產(chǎn)的過程中，對電池生產(chǎn)環(huán)境溫度、濕度和含濕量等參數(shù)都有著嚴(yán)格的要求，其參數(shù)主要由空調(diào)設(shè)備調(diào)節(jié)。針對目前鋰電池廠房中空調(diào)設(shè)備種類眾多、品牌分散、無間歇運行等特點，導(dǎo)致在實際操作過程中存在著數(shù)據(jù)記錄繁瑣、人工耗時以及歷史數(shù)據(jù)查詢、分析極其不便等問題。本文將DCS系統(tǒng)應(yīng)用于鋰電池廠空調(diào)系統(tǒng)中，可以對整個廠區(qū)的空調(diào)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行實時顯示、記錄和運行參數(shù)異常報警；可以生成數(shù)據(jù)變化曲線圖，具備歷史數(shù)據(jù)查詢和生成數(shù)據(jù)分析報表功能；可以在看板上顯示空調(diào)機(jī)房控制區(qū)域分布圖和報警設(shè)備位置。系統(tǒng)實際應(yīng)用結(jié)果表明，各項功能均可實現(xiàn)，系統(tǒng)運行良好。

DCS；鋰電池廠；空調(diào)設(shè)備

隨著社會的發(fā)展，我國能源消耗速率逐漸增加，能源儲存量逐漸成為我國發(fā)展的短板。為了緩解國家能源危機(jī)，有必要大力發(fā)展新能源技術(shù)——鋰電池。近幾年，鋰電池行業(yè)發(fā)展迅速，而且潛力巨大。穩(wěn)定的車間環(huán)境參數(shù)是鋰電池保持正常生產(chǎn)的條件，而空調(diào)設(shè)備則是控制車間環(huán)境參數(shù)的關(guān)鍵設(shè)備，因而空調(diào)設(shè)備的運行監(jiān)測不容忽視。

目前鋰電池廠都有較大的規(guī)模，廠房數(shù)量較多，而且空調(diào)機(jī)房布置較為分散。空調(diào)設(shè)備參數(shù)的監(jiān)測主要是靠人工巡檢的方式進(jìn)行記錄，缺點是人工巡檢工作量較大，巡檢周期較長；并且隨著設(shè)備使用年限的增加，設(shè)備故障率也在上升，當(dāng)人工發(fā)現(xiàn)故障報警不及時，則會嚴(yán)重影響空調(diào)設(shè)備的運行管理和鋰電池的連續(xù)生產(chǎn)。

曹志曄、劉增環(huán)等［1，2］分析了DCS（Distributed Control System）技術(shù)在化工行業(yè)的應(yīng)用，應(yīng)用表明該系統(tǒng)能夠提高生產(chǎn)自動化水平、穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)能降耗。朱明飄、陳榮超等［3-5］對如何提高大型火電廠中DCS系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析，分析表明DCS系統(tǒng)對火電廠的安全運行和日常維護(hù)有一定的提升作用，并得到了影響系統(tǒng)可靠性的因素，提出了改進(jìn)措施。劉立峰等［6］提出了一種基于DCS結(jié)構(gòu)的工況監(jiān)控系統(tǒng)，主要是解決在包括多種且數(shù)量巨大的傳感器的監(jiān)控系統(tǒng)中如何提高監(jiān)控效率的問題。

從國內(nèi)的研究可以看出，DCS系統(tǒng)的應(yīng)用行業(yè)十分廣泛，在化工行業(yè)和火電廠都有所應(yīng)用。實際應(yīng)用表明，DCS系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。但對于設(shè)備布置分散、種類眾多的空調(diào)系統(tǒng)方面應(yīng)用較少，本文有效彌補(bǔ)了DCS系統(tǒng)應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)方面的空缺。

1 研究對象及建立DCS系統(tǒng)

1.1 研究對象

本文主要是針對A、B 2個廠房作為研究對象，A、B廠房中的空調(diào)設(shè)備種類及數(shù)量見表1。從表1可知，每個廠房中不僅空調(diào)數(shù)量較多，而且同一種設(shè)備有不同廠家，每個廠家的通訊協(xié)議不完全一樣，所以這對DCS系統(tǒng)的建立增加了難度。

表1 A、B廠房中空調(diào)設(shè)備種類及數(shù)量

1.2 建立空調(diào)設(shè)備的DCS系統(tǒng)

DCS系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)的簡稱，是計算機(jī)、通信、CRT顯示、控制技術(shù)逐漸發(fā)展起來的產(chǎn)物。DCS系統(tǒng)有操作集中、可靠性高、管理方便、配置靈活和便于維護(hù)等特點，對所控制的空調(diào)設(shè)備可以達(dá)到實時、準(zhǔn)確、快速、穩(wěn)定的控制效果。本文所建立的DCS系統(tǒng)主要有工業(yè)計算機(jī)、I/O模塊、模擬量模塊和通訊模塊等。以A廠房為例，所建空調(diào)設(shè)備DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D1。

圖1 A廠房空調(diào)設(shè)備DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

本文主要是針對空氣溫度、濕度、露點溫度，冷水的進(jìn)、回水溫度、再生風(fēng)溫度以及真空泵水溫和水壓等參數(shù)建立空調(diào)設(shè)備的DCS系統(tǒng)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時顯示、獲取精準(zhǔn)數(shù)據(jù)、自動記錄、數(shù)據(jù)歷史記錄可查詢和設(shè)備故障報警等功能。為了方便查看空調(diào)設(shè)備的運行狀況和定位報警空調(diào)設(shè)備，DCS系統(tǒng)也可實現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)備看板上顯示廠房空調(diào)設(shè)備運行狀況和控制區(qū)域分布，見圖2。

圖2 空調(diào)機(jī)房控制區(qū)域分布圖

2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)的實時顯示、記錄

空調(diào)設(shè)備在運行過程中各項監(jiān)測參數(shù)均是由傳感器產(chǎn)生的模擬量，經(jīng)過模擬量模塊采集后進(jìn)入PLC內(nèi)部并在CRT上顯示出數(shù)值。DCS與空調(diào)設(shè)備系統(tǒng)建立通信后，通過讀取PLC內(nèi)的參數(shù)數(shù)據(jù)地址即可實現(xiàn)對監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)的采集。室外環(huán)境溫、濕度由室外溫度傳感器測量，然后室外溫度傳感器通過485通信實現(xiàn)室外溫濕度的采集。空調(diào)設(shè)備參數(shù)和室外環(huán)境溫、濕度的顯示見圖3。同時，DCS系統(tǒng)將相應(yīng)的數(shù)值保存在對應(yīng)的Excel表格中，可以查看單臺空調(diào)設(shè)備運行的詳細(xì)數(shù)據(jù)，具體顯示見圖4。

圖3 空調(diào)設(shè)備和室外的參數(shù)顯示

圖4 單臺空調(diào)設(shè)備的數(shù)據(jù)顯示

2.2數(shù)據(jù)的圖形化顯示

在空調(diào)設(shè)備運行期間，有時需要查看空氣的物性參數(shù)，確保空調(diào)設(shè)備運行良好。為了方便操作人員進(jìn)行檢查，DCS系統(tǒng)將如參數(shù)溫度、濕度的變化曲線顯示在同一張圖形上，圖形上還可以實現(xiàn)當(dāng)鼠標(biāo)點擊參數(shù)曲線某一個點時，可以在圖形右方突出顯示具體參數(shù)數(shù)值，見圖5。由圖5可知，空調(diào)設(shè)備參數(shù)的變化曲線可以直觀地顯示空調(diào)設(shè)備在某段時間內(nèi)的參數(shù)變化，并判斷出空調(diào)系統(tǒng)的運行情況，為后期設(shè)備的運行維護(hù)和保養(yǎng)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖5 數(shù)據(jù)的圖形化顯示

2.3 數(shù)據(jù)異常報警顯示

鋰離子電池的生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)要求非常嚴(yán)格，當(dāng)空調(diào)設(shè)備出現(xiàn)故障，環(huán)境參數(shù)不能達(dá)到工藝要求時，會對電池生產(chǎn)造成極大的損失。因此，使故障設(shè)備及時報警能夠最大程度上減少電池的損壞，其報警會以紅色顯示，具體見圖6。

圖6 設(shè)備數(shù)據(jù)異常報警顯示

2.4 歷史數(shù)據(jù)查詢

DCS系統(tǒng)會一直記錄空調(diào)運行期間的參數(shù)數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)設(shè)置的查詢條件進(jìn)行查詢。對于某一臺空調(diào)設(shè)備，通過對歷史數(shù)據(jù)的查詢可以方便地看出設(shè)備狀態(tài)的變化，方便進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，通過分析可以得出影響空調(diào)設(shè)備可靠性的性能指標(biāo)，并以此為依據(jù)提高空調(diào)設(shè)備的運行效率。歷史數(shù)據(jù)顯示見圖7。

圖7 設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)查詢

3 結(jié)論

DCS系統(tǒng)在鋰電池行業(yè)空調(diào)設(shè)備方面的應(yīng)用還處于初步階段，此次的應(yīng)用取得了較好的效果，為以后空調(diào)設(shè)備的自動監(jiān)測奠定了基礎(chǔ)，本次的應(yīng)用可以實現(xiàn)以下功能：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與記錄，為以后節(jié)能降耗提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；實現(xiàn)圖形化和報警顯示，更加簡潔和直觀，故障報警更加及時地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障；查詢歷史數(shù)據(jù)并顯示數(shù)據(jù)報表，為日后數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)。

［1］曹志曄.DCS技術(shù)在化工行業(yè)中的應(yīng)用［J］.自動化與儀器儀表，2010（6）：81-83.

［2］劉增環(huán)，楊兵.DCS控制系統(tǒng)在甲醛生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用［J］.化工自動化及儀表，2011（38）：982-984.

［3］朱明飄，席亞賓.DCS系統(tǒng)常見故障分析及處理措施探討［J］.自動化與儀器儀表，2008（5）：65-68.

［4］陳榮超，崔振武.火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)可靠性分析［J］.電力科學(xué)與工程，2012（1）：42-45.

［5］翟永杰，張鵬，張悅.火電廠仿真機(jī)中的DCS仿真方式與關(guān)鍵技術(shù)［J］.電力技術(shù)，2010（17）：7-14.

［6］劉立峰，芮立國.一種基于DCS結(jié)構(gòu)的工況監(jiān)控系統(tǒng)［P］.CN：104731076A，2015-06-24.

Application of DCS in Air Conditioning System of Large Scale Lithium Battery Plant

He ZhiguoZhang LongchaoZhang Hengbin
（China Aviation Lithium Battery Co.,Ltd.，Luoyang Henan 471003）

In the process of lithium ion battery production,it has strict requirements on the temperature,humidity and moisture content of the battery production environment,the parameters are mainly regulated by the air conditioning.In view of the characteristics of the air conditioning equipment in the lithium battery factory,such as many kinds of brands,scattered and uninterrupted operation,there are many problems in the actual operation process,such as tedious data recording,manual time consuming,inconvenient query and analysis of historical data.In this paper,the DCS system was applied to the air conditioning system of the lithium battery factory,which can display and record the parameters of the air conditioning equipment in the whole plant and abnormal operating parameters alarm;can generate data change curve,has the function of historical data query and data analysis;and can also show the air conditioning room control area thumbnail and alarm device on board position.The practical application of the system results show that all the functions can be realized and the system runs well.

DCS；lithium battery plant；air conditioning equipment

TM921.5；TU831

A

1003-5168（2017）04-0100-03

2017-03-12

何治國（1987-），男，碩士，助理工程師，研究方向：自動控制。