研華能耗安全環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

研華（中國）有限公司

研華能耗安全環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

研華（中國）有限公司

為適應(yīng)節(jié)能減排及安全生產(chǎn)形式發(fā)展的新變化，能耗與安全監(jiān)測的內(nèi)涵也正逐步延伸。實踐證明，建立有效的能耗與安全監(jiān)測系統(tǒng)，對于提高能效、推進節(jié)能減排、促進安全生產(chǎn)作用明顯。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蔓延與普及，我國能耗安全監(jiān)測管理系統(tǒng)有著不同程度的改善，但依然存在各種問題，亟待完善。

項目介紹

某大型制造企業(yè)下屬的時代新材彈性元件本部、時代新材絕緣事業(yè)部、時代新材風機葉片事業(yè)部、半導體3號產(chǎn)線、半導體4號產(chǎn)線、時代電動事業(yè)部6個事業(yè)部的能耗、安全、環(huán)保等運行參數(shù)需要進行實時在線監(jiān)測，各個事業(yè)部存在不同的流水產(chǎn)線，而在不同的流水產(chǎn)線上則裝有各種不同類型的控制器、傳感器及數(shù)據(jù)服務(wù)器。

如此，則需要建設(shè)新的系統(tǒng)將所有的生產(chǎn)及能耗參數(shù)進行完整的采集與數(shù)據(jù)歸納，并及時遞送至中央服務(wù)器，以供生產(chǎn)控制中心把控全局，同時提供簡潔易于規(guī)劃的數(shù)據(jù)源給各事業(yè)群單獨處理。該公司投資2000萬元委托其下屬子公司湖南株洲某軌道交通集團公司實施能耗安全環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)解決方案，其中底層設(shè)備已經(jīng)運行多年，在本監(jiān)測系統(tǒng)實施過程中，原則上不允許影響原有系統(tǒng)的正常運行，要在不擾動不切換原有系統(tǒng)的前提下進行。

該企業(yè)下屬6個事業(yè)部分別是獨立的運營單位，且地理上分布在不通的區(qū)域，最近距離1km，最遠距離5km。其中時代新材彈性元件事業(yè)部有5個子站，時代新材風機葉片事業(yè)部有一個監(jiān)測站，時代新材絕緣事業(yè)部有一個監(jiān)測站，半導體3號線有8個監(jiān)測站，半導體4號線有12個監(jiān)測站，時代電動有18個監(jiān)測站。其中各個監(jiān)測站的類別各不相同，典型的有用水監(jiān)測、用電監(jiān)測、污水監(jiān)測、安全巡檢、電泳、空壓機房、鍋爐房、涂裝烘房、污水處理站、消防池監(jiān)測等等。設(shè)備信號有兩種情況，一種是RS-485總線，Modbus RTU協(xié)議；另一種是開關(guān)量輸入或者4～20mA輸入。因此，該企業(yè)希望現(xiàn)場所有設(shè)備均實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，各事業(yè)部工程師均可實時在線監(jiān)測所有設(shè)備的狀態(tài)及運行情況，而集團總部亦可實時監(jiān)控運行參數(shù)。

項目實施

面對該企業(yè)如此復雜、龐大的應(yīng)用需求，首先我們需要布置一套完整的通訊系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用了2層網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)，分別為各事業(yè)部底層局域網(wǎng)和事業(yè)部之間的骨干網(wǎng)。通過網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機EKI-7659C及EKI-7656C構(gòu)建一個穩(wěn)定可靠的冗余光纖環(huán)網(wǎng)，以此作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓歉删W(wǎng)，保障其系統(tǒng)的高穩(wěn)定性數(shù)據(jù)傳輸。每個事業(yè)部信息中心機房均部署一臺EKI-7659C或EKI-7656C工業(yè)以太網(wǎng)交換機，同時采用單模光纖以達到遠距離通信的目的。各個事業(yè)群間使用交換機進行VLAN劃分，在拓撲結(jié)構(gòu)上進行分割區(qū)域管理，使整個網(wǎng)絡(luò)布局更加簡潔明了。各個事業(yè)群間則因距離較遠而采用光纖來進行有效傳輸。事業(yè)群內(nèi)設(shè)備使用網(wǎng)線進行數(shù)據(jù)傳輸，光纖網(wǎng)線之間通過靈活方便的光電轉(zhuǎn)換模塊EKI-2541M進行轉(zhuǎn)換。此外，集團總部監(jiān)控中心以及未在現(xiàn)場的高階主管也需通過網(wǎng)絡(luò)訪問本系統(tǒng)，由于IP分屬不同的地址段，普通的二層交換機無法滿足用戶需求，因此，客戶選擇了3層交換機EKI-9428G，通過其核心交換功能實現(xiàn)了跨IP地址的網(wǎng)絡(luò)訪問。

事業(yè)部監(jiān)控中心的工程師站及車間監(jiān)控站均需配置上位機，最初的方案中采用了某品牌的商業(yè)PC。然而，經(jīng)過現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場電磁干擾過大導致通信故障頻發(fā)，電源供電電壓不穩(wěn)導致PC經(jīng)常性重啟，而狹小的電控柜也非常不便于安裝。經(jīng)過反復討論，事業(yè)群技術(shù)組認為應(yīng)該采用具有良好電磁兼容性、具備寬電源輸入特性，以及結(jié)構(gòu)緊湊的工控機才可滿足現(xiàn)場需求。最終選定研華最新型UNO-283G工控機，該系列IPC采用2U高度、19寸標準上架式設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)緊湊，性價比高等特點，電源寬輸入特性。此外，還為每臺工控機配置研華19寸標準支架式顯示器。

與此同時，現(xiàn)場的I/O信號分散，且存在較惡劣的電磁干擾，很多測點沒有空調(diào)且季節(jié)溫差大。因此，需要寬溫型高環(huán)境適應(yīng)性的工業(yè)I/O模塊才可完成相關(guān)數(shù)據(jù)采集功能。本方案中I/O均采用研華ADAM-4000系列堅固型分布式I/O模塊。其中ADAM-4051 為16DI模塊，ADAM-4015為熱電阻（PT100），ADAM-4117為8AI模塊，均支持Modbus協(xié)議。現(xiàn)場I/O模塊通過經(jīng)濟可靠的RS-485總線輸出至現(xiàn)場電控柜內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，而數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的組態(tài)軟件則將串口傳輸?shù)腎/O信號采集并存儲到本機。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)經(jīng)過相關(guān)預(yù)處理及協(xié)議轉(zhuǎn)換后透過以太網(wǎng)信號向上傳至事業(yè)部服務(wù)器或集團監(jiān)控中心服務(wù)器。

由于現(xiàn)場I/O數(shù)量各不相同，數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)根據(jù)I/O數(shù)量規(guī)模的不同，選用不同的嵌入式工控機。在串口少于8個的小規(guī)模I/O測控柜內(nèi)配置UNO-2178（8串口），在串口高于8個的中等規(guī)模的I/O測控柜內(nèi)配置1個或多個ECU-4674（16串口）。研華數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)均內(nèi)置數(shù)據(jù)采集軟件WebAccess（400點）。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場分散，體現(xiàn)在測控柜分布在不同的車間、泵站、消防間，且調(diào)試工期短，需要人機界面顯示。同時，現(xiàn)場數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)需要2個星期的暫存數(shù)據(jù)，事業(yè)部監(jiān)控中心及集團監(jiān)控中心則需更長時間的歷史數(shù)據(jù)存儲以及歷史曲線回放。本方案中數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)均內(nèi)設(shè)數(shù)據(jù)采集軟件WebAccess（400點），監(jiān)控中心軟件則采用無限點WebAccess SCADA軟件，該系列軟件基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計且適合分層、分級、分布式應(yīng)用場景。當網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可在網(wǎng)絡(luò)恢復時立即進行斷點續(xù)傳，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的連續(xù)及長時間存儲，使二次開發(fā)更加靈活方便，可迅速完成項目調(diào)試和施工。

研華產(chǎn)品在項目中的應(yīng)用如下：

系統(tǒng)架構(gòu)圖

能耗安全環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)總圖

彈性元件事業(yè)部監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架圖

項目總結(jié)

研華在能耗安全環(huán)保監(jiān)測領(lǐng)域擁有多年的實踐經(jīng)驗，并已為眾多大型工廠提供了相關(guān)解決方案。以該汽車制造企業(yè)為例，其原有設(shè)備及既有能耗系統(tǒng)仍處于運行中，且涉及數(shù)據(jù)龐大多樣，如何以低成本布建，準確、穩(wěn)定、高效地進行監(jiān)控成為關(guān)鍵所在。此外，在既有應(yīng)用中涉及到的品牌眾多，接口及協(xié)議多樣，如何無縫整合、靈活配置亦成為不可或缺的關(guān)鍵。而研華開放式架構(gòu)、無邊界整合的I/O數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、工業(yè)以太網(wǎng)通訊、中心監(jiān)控工控機、遠程監(jiān)控SCADA軟件等解決方案為用戶提供一站式整體解決方案，同時以調(diào)試高效和運行可靠的特性幫助客戶快速完成項目編程、實施與應(yīng)用。