谈动力能源管控系统的自控设计

摘 要：动力能源管控系统以“集中管理、全面监控、计量明确、高效可靠、节能降耗”为设计思路，采用分散控制、集中管理、综合监控模式，充分考虑能源管理、工艺生产，对动力能源设施控制与数据采集的需求，合理运用先进技术建设动力能源管控系统，实现节能减排目标。

关键词：PLC模块；动力能源；自控设计；电气输配；照明配电

1 前言

企业动力能源管控系统，运用计算机和网络、现代通信、智能检测和自动控制技术新成果，对制冷机组、空调机组、锅炉、空压机和真空泵、给排水、供电、照明和动力配电等设备进行遥测、遥信、遥控，实时监控其运行参数，监测和处理故障，记录和处理数据，实现公用设施无人值守和集中维护，提高设备运行效率和可靠性，减少维护人员。提供全厂综合能源信息系统平台和总体能源监控与决策手段，为企业在能源数据进行采集、加工分析、处理，实现对能源设备、实绩、计划、平衡和预测，推进节能减排发挥了重要作用。

2 设计目标

要实现能源设备的分散控制、设备的集中监控、设备的经济运行、能源的全面计量核算和能耗指标的在线监管目标；提供节能降耗的决策支持环境和全员节能管理的支撑平台。

3 设计原则

先进性、可靠性、维护性、操作性、实用性、标准性、扩展性和开放性（采用的技术和产品应具有很强的扩展性，满足现有的资源、系统投资的长期效应和系统功能不断扩展的需要，所采用的软硬件平台要具有开放性，PLC模塊需考虑余量）。节能性：部分风机要求利用变频器，采用变风量、变流量、全年多工况等软件策略，降低空调制冷等设备运行费用；节约能源，实现自动控制效益。

4 设计方案

集成系统的网络建设，对空压系统及其辅助系统、真空及其辅助系统、给水、供热、供汽系统的自动控制；完成对淋浴水供水系统、三醋酸甘油醋输送系统的自动控制；与配电系统、空调冷冻系统、中水处理系统、实验室恒温恒湿机及办公室VKV空调完成网络的集成。动力能源集成管理系统采用现场设备层、集中监控层、信息执行管理层。

4.1 现场设备层由现场设备、计量仪表、西门子S7系列控制器、现场操作站等组成，以PROFINET构成控制网络；连接检测仪表、执行机构等，可使用PROFIBUS一DP，或者支持Profibus-DP/A仪表，不支持通讯总线的采用传统4-2OmA信号。对于某些提供其他通讯协议的设备，如空压机，直接接入S7-PLC主站，满足该协议的通讯模块进行数据通讯。在每个区域现场，按分区各设置现场操作站，可以监控相关现场的所有设备，通过软硬件与集中监控中心，实现控制指令输出互锁，现场优先于集控，同一时刻只有一方可进行操作，保障系统操作的安全性。

4.2 集中监控层是信息执行管理层与现场设备层连接的纽带，由监控计算机、数据采集服务器、实时历史库数据服务器、WEB服务器、工程师站和打印机等通用设成。集中监控层是整个系统的核心，完成的任务：动力设备运行参数的采集、存储管理、计量仪表读数的采集、存储管理、动力设备的运行控制等，对所有数据进行分析、处理和优化，为生产管理和决策提供依据。集中监控层为操作人员提供了监视和控制动力设备计量仪表的平台，有完善的监视和控制功能。

5 系统的网络构成

动力能源集成管理系统，将能源介质部分的多套PLC系统，利用西门子工业以太网技术组成一套可靠网络。在系统集成中网络建设是核心，网络结构为单环形加星形网络拓扑结构，根据PLC系统分布，可将系统网络分为多个系统接入点。利用ScalanceX414-3E交换机构成千兆光纤核心骨干冗余环网，保证骨干网数据的高效、高质传输，再从分控室分别成星型扩展到其他楼层，连接相应的控制设备。

6 动力能源管控各子系统监控方案

6.1 空压控制子系统监控对象为空压机、干燥机，冷却水系统及相关管路阀门，完成空压系统温度、露点、压力、流量等参数的采集、监控，负责空压机组节能优化的群控，将机组运行数据上传监控中心进行监控。

6.2 真空控制子系统监控对象为真空泵、冷却水系统及相关管路阀门，完成真空系统温度、压力、流量等参数的采集、监控，负责真空机组节能优化的群控，具备手动/自动/本控/远控功能，将运行数据上传监控中心监控。

6.3 供热、供汽子系统主要完成参数监视；低压蒸汽分汽缸压力，各支管蒸汽流量；高压蒸汽分汽缸压力，各支管蒸汽流量；蒸汽凝结水箱液位；热水泵给定和反馈状态；送回水压力，供水温度，回水温度，空调给水温度，空调回水温度；空调给水电动阀门状态；旁通阀门状态。将以上监视对象的相关信号，接到能源计量系统PLC模块，通过集中监控层的监控界面，完成工艺流程等图形、数据显示和检索、发出命令和对数据分析、作图任务。

6.4 供水子系统监控对象为市政供水、加压供水、软水供水、纯净水供水流量检测；生产生活水池液位检测。采用恒压供水，设定压力作为水泵PIC控制的给定值，结合管网压力反馈来控制水泵运行速度，保证供水管网压力平稳，满足生产需要。

6.5 能源计量子系统主要是对各部门的蒸汽、压缩空气、水、冷冻水、天然气等介质的使用，采用一套PLC进行数据采集，部分能源计量仪表，根据就近原则接入其自控制系统。对于流量、温度及压力等，通过4-2OmA PLC与动力管控中心，以太网进行数据交换，可以传输实时监控数据和各个设备的状态。通过FMS完成各种能源介质的计量统计和分析，对各部门的蒸汽、压缩空气、水、冷冻水、冷却水等介质流量、压力、温度进行生产管理，完成计量相关的各项数据记录与考核。

7 仪表专业技术保证措施

7.1 选择高精度、高稳定性、高质量的智能化仪表：选择具有精度、稳定性、重复性、可靠性指标，有空管检测功能，高智能化程度，能够满足计量系统的检测仪表。

7.2 合理的仪表口径选型设计：按照工艺实际参数及高精度计量要求选择仪表，考虑管网流量、压损和节能等因素，选择适合的仪表类型和口径大小。

7.3 精准温压补偿：基于PLC、EMS数据库，针对蒸汽和压缩空气，建立全量程范围、精细的压力和温度对应密度表曲线，进行实时补偿，实现质量流量计量。

7.4 标准规范的仪表安装施工：按照 “化工自控设计规定”、“化工自控安装图册”、“工业自动化仪表工程施工及验收规范”进行施工安装。遵照各仪表厂家技术资料中的前后直管段数据，考虑工艺管路的布局情况和周围环境的影响等因素，确定最佳仪表安装前后直管段长度和安装位置。

8 绿色建筑理念融合在动力能源管控系统自控设计中

冷热源、电气输配系统、照明配电等各部分能耗的独立计量；全空气空调系统可调新风比的控制要求；全空气空调系统变风量的控制方式；按实际用途设置用水计量的流量计；建筑物处于部分冷热负荷时和仅部分空间使用时，采取有效措施节约通风空调系统能耗。根据工房负荷情况，细分空调区域，实现空调系统分区控制；有条件的用户补充室内空气质量监控点，设置监控系统。

9 结语

动力系统运行的稳定与否直接影响产品质量和企业效益。动力能源管控系统以"集中管理、全面监控、计量明确、高效可靠、节能降耗"为设计思路，采用分散控制、集中管理、综合监控模式，充分考虑能源管理、工艺生产对动力能源设施控制与数据采集的需求，合理运用先进技术建设动力能源管控系统，实现节能减排目标。

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