能源精準控制集約化平臺

文/付新明 葉安瑾 郝恒義 劉洛宣 河南中煙工業有限責任公司洛陽卷煙廠

在卷煙生產企業中，能源的合理供應不僅直接影響到卷煙生產的正常運行，而且對產品質量的有效保障、節能減排指標逐步降低，有著非常重要的作用。隨著煙草行業對節能減排管控的高度重視，結合公司打造金葉制造“五精”模式，實現過程“精準控制”的具體要求。為進一步提高能源精準控制水平，提升卷煙產品質量、有效降低能源消耗，經濟、合理、科學的使用能源，提高經濟效益，需研制工廠的能源精準控制集約化平臺，實現能源一體化科學管控。

1 現狀調研

洛陽卷煙廠現有制絲生產線、卷包設備和動力設備管控系統。分別由獨立控制組成，各系統之間設備運行情況，如各工序設備的工作狀態，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行協調運作。由于各工序生產變化不確定，造成整條線停產時，才通知供能方，經常導致在生產將結束或區域生產線停產后，對該區域的供能仍長時間進行，造成部分工藝指標（如蒸汽壓力、空壓氣氣壓等）波動較大，嚴重影響了工藝質量的穩定性，生產能耗也因以上原因而大大增加。同時，由于部分管網處于高壓狀態，嚴重時會導致安全閥動作，存在著較大的安全隱患。

2 研究目的

實現制絲線各工序、卷包系統各機臺、動力設備各系統由分散模塊化到集成節約化管理的集成，實現用能設備和產能設備的精細化管理，精準化操控，降低生產能耗，穩定過程控制，降低卷煙生產安全隱患，確保產品質量穩定。

（1）使全廠網絡互通，各車間生產信息共享，從而達到能源精準控制。

（2）平臺的搭建，為全廠大生產模式提供有效的技術支持和信息平臺。

（3）排產系統的建立，通過平臺指導各生產線的工藝參數設定、操控，實現能源利用最大化，降低綜合能耗指標。

（4）使用構成100Mbit/s工業以太網冗余光纖環網，實現快速介質冗余，網絡重構時間。

（5）具有強大的在線錯誤診斷、故障告知及故障定位能力。

圖1

3 系統構成

（1）動力車間工業以太網各子系統實現互連

通過鋪設光纖將動力車間的能源監控系統、空調系統、制冷系統、鍋爐系統、除塵系統、配電系統六個子系統相互連接，組成動力車間工業以太網中樞網絡，并實現數據交換及遠程遙控、遙信、遙測等功能。見圖1。

（2）動力工業以太絡與制絲控制網、卷接包控制網實現網絡互連見圖2。

（3）能源精準控制集約化平臺網絡架構見圖3。

圖2

圖3

4 系統功能

（1）動力能源管理系統網絡架構延伸拓撲升級，形成動力中心工業以太網光纖環網。

（2）移植制冷監控系統，使制冷自控系統網絡接入動力中心工業以太網形成光纖環網，將制冷自控系統的工藝運行數據集成到動力中心的能源管理系統中進行交互管理。

（3）升級空調監控站，并對空調監控系統進行移植，使空調自控系統網絡接入動力中心工業以太網形成光纖環網，將空調自控系統的工藝運行數據集成到動力中心的能源管理系統中進行交互管理。

（4）開發能管軟件平臺，通過網關路由器，使動力車間工業以太網與制絲車間以太網絡相連接，使能管中心數采服務器與制絲生產線的相關數據進行交互管理。

（5）開發動力制絲線運行排產系統，根據車間的實際生產需求，對生產車間用能（空調、蒸汽、正負壓縮空氣）實施精準化地動態供能管理。

（6）對能管中心的2臺數采服務器（SCADA）及1臺文本服務器進行專業維護，降低服務器的負載，提升設備運行的穩定性及可靠性。

（7）根據制絲車間提供的數據，制絲排產系統輔助操作員進行預熱排產管理，操作員通過設定預熱排產信息通知到動力車間，動力車間根據供能需求進行按需供能。

（8）通過制絲車間設定預排產信息，能管中心鍋爐房可以了解制絲生產情況，對生產和供能過程進行輔助跟蹤管理及異常處理供能。

（9）生產排產系統節能操作模式。通過開發制絲運行排產系統，使車間供能管理達到精益生產、精細指標、精準控制的效果：

① 制絲車間通過制絲排產系統，將預排產信息發送至鍋爐房，鍋爐房操作員根據預排產信息及車間當前情況，按需供能。

② 制絲排產系統實時反饋生產線的運行狀態，根據生產線當前的工藝，排產系統會自動判斷車間實際的供能需求，輔助操作員進行供能分配。

③ 制絲排產系統將生產線的運行狀態與供能需求相結合，根據生產工藝標準，系統自動判斷供能壓力區間，實時監視供能情況，并提供預警處理供能，輔助操作員進行供能分配。

5 系統設計依據及設計原則

5.1 設計依據

(1)工業以太網網絡構架設計與應用；

(2)計算機與過程自動化控制技術的應用；

(3)數據庫技術；

(4)現場總線技術；

(5)PLC技術；

(6)光網絡傳輸技術。

5.2 設計原則

(1)先進性和實用性原則

采用國際先進的軟件體系結構保證系統建在相當長一段時間內不會因技術平臺落后而大規模調整，并能夠通過升級保持系統的先進性，延長其生命周期。

(2)可靠性和穩定性原則

保證在正常情況下和極端情況下業務邏輯的正確性，并能保證系統可靠連續無故障運行，避免由于單點故障或系統的升級而影響整個系統的正常運行。

(3)可擴展性和可伸縮性原則

在設計上具有適應業務變化的能力，當系統新增業務功能或現有業務功能改變時，可保證業務變化造成的影響局部化，新增功能時不應需要改造原軟件系統。

(4)可管理性原則

具有良好的管理手段，提供業務全流程的管理手段，包括建模、實施、運行、監控等。

6 結束語

經過對能源精準控制集約化信息平臺的成功研制，實現了動力能源中心所有數據的統一采集、管理，實現了對卷煙生產線制絲各工序，卷包各設備的運行狀態及參數信息時時采集監控，并自動傳送至動力車間能管中心及鍋爐房控制系統，對空壓機、鍋爐、軟化水、空調系統等產能設備的運行及參數進行模塊化、精細化控制，以達到對制絲各工序、卷包各設備的用能情況進行全方位精確的實時監測，及時采取應對措施，實現安全生產、保證產品質量、降低能源消耗。不但提高了數據的可靠性、正確性，實現了系統全面自動化，而且也減少了由于人為環節出現的不準確和誤差造成的損失，實現了動力能源設施的無人值守和集中維護，提高了設備的維護效率和可靠性，極大的節約了生產制造成本，保證了系統信息采集和控制信號的可靠傳遞以及數據的安全性，有效地實現對全廠能源系統的集中精準監控、實時調整和有效管理，創造了顯著的經濟效益和社會效益，實現節能績效的科學管理及能源效率的持續改進。