基于多协议集成的动力系统数字化改造

朱宝利 姜炜铭 赵志凌 柯细勇

摘要：针对首都航天机械公司远郊厂区6座厂房动力设备的智能化数字改造工程，基于多协议集成方式，将电加热器、空气处理机、电加湿器、冷水机组等多个设备进行通信协议处理。改造后实现了多台设备的集中监控和信息管理，实现了机组的远程控制，提高了工厂管理的安全性，大大降低工人劳动强度。所进行的数字化改造具有重要意义。

关键词：数字化改造多协议集成远程监控工厂节能

中图分类号： P231 文献标识码文章编号：

Abstract：According to Intelligent digital reconstruction project of power equipment in 6 plants in the outer suburb factory of capital aerospace machinery company，based on multi-protocol integrated mode, Processed electric heater、air processor、electrical humidifier、water chiller and so on equipment with communication protocol. Multiple devices of the centralized monitoring and information management was achieved after reconstruction. The remote control of many units, improve the plant safety, greatly reduce the labor intensity of works. The digital reconstruction has important significance.

Key words：digital transformation；multi-protocol integration；remote monitoring；factory energy saving.

首都航天机械公司远郊厂区承担着国家重点项目任务，但是由于建设之初，厂房动力设备采用人工控制方式，控制精度低，可靠性差，影响了生产效率和生产安全，增加了产品成本。近年来随着电子信息技术向制造业的不断渗透，生产设备的智能化水平不断提高，该厂区6座厂房动力设备进行智能化数字改造，实现多台设备的集中监控和信息管理。这6座厂房中有电锅炉、空气处理机、电加湿、加热器、冷水机组等设备，需要实现风机系统、空调系统、电锅炉系统、加湿系统的综合监控。

改造后的系统要求是动态模拟界面，分为冬季和夏季两种模式，系统包含所有的各季节的运行设备，包括冷水机组、空气处理机、电加热器、电锅炉、循环泵、补水泵、加湿器等；界面所含的内

收稿日期：2012-07-xx

作者简介：柯细勇（1971--）男，博士

容文字全部中文化，设备图例需要区分出“运行、停止、故障”这三种状态；监控参数包括空气处理机的风压、冷水机组、电锅炉的出水、回水温度、压力参数、厂房的温湿度参数、回风的温湿度等。另外，此次加装的远程监控系统不影响现有设备的就地控制并为以后扩展预留空间容量。

1. 系统方案

1.1 设计原则

采用符合国际标准的、先进且成熟的计算机系统、存储系统、操作系统和数据库系统等先进技术和产品；系统的软硬件平台和环境支持方面应选用开放式系统，便于异种机、异种网、异种软件平台的互连，以满足开发和使用的要求；系统不但要能满足现阶段的业务要求，而且要能满足将来业务的增长和新技术发展的要求，支持将来系统不断更新和便于升级，从而保护原有投资；系统应具有完善的系统管理措施和功能，便于网络中各种计算机系统和网络存储设备的安装、配置和维护，以及对各种软硬件资源的分配、调度和管理，提高资源和资产利用率，减轻系统管理人员的工作负担。

1.2 系统方案概述

1.2.1 1~5# 厂房的系统方案

1) 在设备间内安装集中控制柜，采用高可靠性工业控制器HY18810作为主控设备，并以通信方式监控其它相关现场设备；

2) 电锅炉柜中，升级PLC，重新编制控制程序，满足通信和远程控制要求；

3) 风机系统中，增加现场控制柜，实现远程监视和远程操作控制功能；

4) 通过RS485连接到加湿控制柜，实现状态采集和远程操作控制；

5) 通过RS485连接到空调控制柜PLC，实现空调系统远程监控；

6) 同时还安装采集柜，实现对管道的供水压力和回水压力检测。

系统方案设计图如图1所示。

图11~5#厂房的系统方案设计图

1.2.2 9# 厂房的系统方案

1) 在设备间内安装集中控制柜，采用高可靠性工业控制器HY18810作为主控设备，并以通信方式监控其它相关现场设备；

2) 电锅炉柜中，升级PLC，重新编制控制程序，满足通信和远程控制要求；

3) 同时还安装采集柜，实现对管道的供水压力和回水压力检测。

系统方案设计图如图2所示。

图29# 厂房的系统方案设计图

1.2.3 总体控制点

表1 总体控制点列表

1.2.4 各厂房与监控中心的光纤通信

系统设立集中监控中心，在监控中心设立数据库服务器、通信服务器和监控工作站，值班人员在监控中心就可以充分掌握系统各个现场单元和设备的运行状态，并及时进行设备操作和处理。

在监控中心与各车间之间利用以太网进行通信。因为各车间地理位置分散，它们与监控中心的距离有的超过了1公里，考虑到通信实现的高效、可靠，故采用光纤通信——在监控中心与各个车间之间敷设光缆，每个车间与监控中心均采用1对“光-LAN”转换器将光信号转换成以太网信号，再接入监控中心交换机。

1.2.5 监控中心及系统平台软件IES.net

在监控中心部署平台软件IES.net。IES.net结合目前最先进的工艺设计理念和工艺设备，采用面向对象设计，并引入了工业控制领域中流行的集散控制、组态、脚本编程等重要思想，辅以成熟的工业级自动化设备的大量应用等，从而实现工艺动态调整、设备灵活运用、过程有效记录的一种简单的实现手段。

数据库采用SQL SERVER大型数据库管理系统，原始数据库、分项数据库等相互独立，通过软件数据总线实现数据联结。

在全图形方式下运行，界面美观友好，充分利用了显示器资源，表达信息丰富。采用真彩色高分辨率图形的处理和显示，使图形更加清晰美观。

图4系统在线远程监控效果图

2. 系统实现

2.1 和冷水系统连接

冷水机组控制系统采用西门子S7-200控制器实现的。所采用的CPU本身带有2个485接口，通过修改软件，将其中的一个设置为MODBUS-RTU通信接口，

通过MODBUS-RTU协议，实现了冷水机组的状态采集，包括各种运行状态和故障状态，可以远程设定冷水机组的设定温度。

2.2 和电锅炉连接

电锅炉基于OMRONPLC和OMRON温控表头。采用标准的422接口连接了OMRON的PLC模块，根据OMRON提供的标准通信协议实现了数据通信。OMRON温控表头本身带有485接口和MODBUS-RTU通信协议，通过标准485接口和MODBUS-RTU通信协议可以集成到分厂控制单元中。

通过协议，实现了电锅炉运行状态采集，同时实现了能够远程锅炉的启动和停止，锅炉单组电加热设备的启动和停止，电锅炉的运行保护等功能。

2.3 和空调系统连接

空调系统采用了西门子的POL系列控制控制专用DDC，该系列DDC具有一个对外的485接口，可以定义MODBUS协议。通过重新定制和修改其内部软件，在满足基本功能的前提下，增加了远程通信接口，按照指定的规格的协议连接到分厂控制单元中。

通过协议，可以实现空调运行状态和参数的读取，实现了空调远程启动和停止，自动运行和手动运行模式下的切换，冬季和夏季工况的切换和判断等等功能。

2.4 其他设备连接和控制

系统采集了供水温度和回水温度、供水压力和回水压力，实现了循环水泵、补水泵的远程控制，实现了单台机组控制和多台机组联动控制。

系统同时实现了循环泵的定时切换调度控制、自动补水控制、空调机组的单台独立控制和两台连锁保护控制，较好地满足了工厂的实际需求。

3. 结果与分析

通过1个月调试和运行，将各种不同设备不同协议集成到一个系统中，同时对原系统必须具备的功能进行了全面验证。整个系统不仅能够完全保存原系统已经具备的功能，还实现了远程监控功能。

系统实现的整体功能如下：

1， 实现了6个厂房的全部动力和环境设备的远程监控，能够在中心站画面上实现远程监视和报警功能；

2， 能够在中心站实现远程控制，包括机组启停、泵等设备启停，远程参数设定等功能；

3， 能够自定义报警，通过声光报警通知操作人员；

4， 对系统运行的历史数据进行自动记录和保存，能够根据需要自动生成历史曲线；

5， 具有自定义报表生成和打印功能；

6， 在中心站能够实现远程程序升级和配置修改功能；

操作人员能够：

1， 在同一个时刻及时了解每个分厂每个设备的运行情况，

2， 在中心站对现场发生的情况进行快速应急处理；

3， 根据系统记录的历史情况进行分析判断，进行预警分析；

4， 根据系统运行记录，分析节能操作的模式和策略，进行节能操作设计和验证。

4. 结束语

对首都航天机械公司6个厂房进行了智能数字化改造，告别了长期的人工控制方式，对公司的发展来说具有较大的意义。此次数字化改造不但大大提高了系统运行的安全性能，而且很大程度上降低了工人的劳动强度，这进一步体现公司“以人为本”的管理理念。改造后实现了多套设备的集中监控和远程在线监测，也实现了后期的各方面数据分析与信息管理，同时为工厂的节能运行创造了条件。在电子信息技术日新月异的今天，制造业逐渐成为信息技术的应用大户，工厂的智能数字化改造的步伐正在加快，向前迈进。

参考文献：

[1]，史培普.工业锅炉节能减排应用技术[M].北京:化学工业出版社，2009年.

[2]，崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京:机械工业出版社，2006年.

[3]，张雪申，叶西宁.集散控制系统及其应用[M].

北京:机械工业出版社，2007年.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。