設(shè)備遠(yuǎn)程停送電技術(shù)方案設(shè)計(jì)

張 威

(北京金自天正智能控制股份有限公司)

0 引言

隨著工業(yè)領(lǐng)域的信息化建設(shè)不斷深入, 除了互聯(lián)網(wǎng)以外, 云技術(shù)、大數(shù)據(jù)以及人工智能等技術(shù), 也相繼在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用, 通過以上先進(jìn)技術(shù)手段,工業(yè)生產(chǎn)中的各設(shè)備也實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程智慧停送電。本文以某鋼鐵企業(yè)為對象, 在生產(chǎn)中為了達(dá)到現(xiàn)場操作換牌信息化的目標(biāo), 針對場中所有設(shè)備的檢修操作流程開展了創(chuàng)新, 重點(diǎn)采用線上智能化改造的手段, 初步實(shí)現(xiàn)利用手機(jī)、集控室、現(xiàn)場設(shè)備大屏實(shí)施遠(yuǎn)程停送電?；诖? 針對設(shè)備遠(yuǎn)程停送電的實(shí)現(xiàn), 本文主要探討遠(yuǎn)程停送電技術(shù)方案的設(shè)計(jì), 提出可靠的設(shè)計(jì)建議, 著重體現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)備遠(yuǎn)程控制的智能化。

1 項(xiàng)目概況

該鋼鐵企業(yè)已有三條產(chǎn)線, 已經(jīng)完成了部分信號(hào)進(jìn)入能量鎖的改造, 冷床后設(shè)備已經(jīng)有一套能量鎖系統(tǒng), 即西門子S7-300 主站帶一從站, 能量鎖數(shù)量為18 個(gè); 軋線區(qū)包括兩套能量鎖系統(tǒng), 均為西門子S7-300 主站帶兩從站, 能量鎖數(shù)量為41 個(gè); 軋線區(qū)包括一套能量鎖系統(tǒng), 是西門子1500 主站帶兩從站?？傮w來說, 能量鎖系統(tǒng)和現(xiàn)場操作系統(tǒng)并未實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。

該企業(yè)中已有設(shè)備進(jìn)行定期檢修, 發(fā)現(xiàn)故障緊急搶修時(shí)間會(huì)對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直觀影響。因?yàn)樵O(shè)備停電檢修相關(guān)人員數(shù)量多, 而且面臨較大的人為因素影響, 安保措施也會(huì)面臨隱患, 從而增加管理難度。為此, 針對以上問題, 需要針對設(shè)備進(jìn)行智能化改造, 進(jìn)行遠(yuǎn)程停送電設(shè)計(jì)。

2 設(shè)備遠(yuǎn)程停送電技術(shù)設(shè)計(jì)方案

2.1 遠(yuǎn)程停送電流程

此次設(shè)計(jì)設(shè)備遠(yuǎn)程停送電, 計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)和手機(jī)APP 對接, 提出檢修申請, 利用能量鎖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程停送電。其中應(yīng)用PLC 對停送電狀態(tài)進(jìn)行反饋, 電子智慧安全牌則代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紙質(zhì)安全牌, 在集控室內(nèi)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度, 為人員集中的管理、操作便捷性提供支持。遠(yuǎn)程停送電流程見圖1。

2.2 總設(shè)計(jì)思路

項(xiàng)目以車間區(qū)域進(jìn)行劃分, 分別為一線、二線軋線、三線軋線, 并且針對原能量鎖系統(tǒng)整改、新增設(shè)備、區(qū)域能量鎖等提出設(shè)計(jì)的建議。

(1) 原能量鎖系統(tǒng)整改建議。ER1 電氣室安裝1臺(tái)服務(wù)器, 服務(wù)器與CS1 操作臺(tái)之間鋪設(shè)光纖, 起到連接內(nèi)網(wǎng)的作用; 服務(wù)器和1 級(jí)交換機(jī)之間鋪設(shè)一根網(wǎng)線。除此之外, 還需增加一臺(tái)交換機(jī)。原能量鎖系統(tǒng)主站接入網(wǎng)絡(luò)到1 級(jí)系統(tǒng), 并在兩者之間建立通訊,1 級(jí)系統(tǒng)顯示能量鎖狀態(tài), 上位機(jī)畫面修改狀態(tài)顯示。設(shè)備取牌之后便不能在畫面操作。整改時(shí)還需更換新的從站操作柜, 新操作箱安裝了工業(yè)平板, 并在轉(zhuǎn)換開關(guān)以外新增保護(hù)罩, 重新接入信號(hào)后組織調(diào)試。

(2) 新增設(shè)備。ER1 電氣室需要新增S7-300PLC, 該設(shè)備包括雙網(wǎng)卡模塊, 可以支持1 級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部從站交互網(wǎng)絡(luò)。待接入了信號(hào)點(diǎn)后, 粗中軋、精軋、加熱爐區(qū)需要依次增加一臺(tái)操作箱。此外, 增加加熱爐遠(yuǎn)程站, 并由ER2 電氣室開始, 一直到加熱爐從站之間鋪設(shè)光纖。要求其中一組光纖作用于PLC 通訊, 一組光纖負(fù)責(zé)服務(wù)器和工業(yè)平板之間的數(shù)據(jù)交互。最后工作人員需要調(diào)試精整操作室的12m 鏈?zhǔn)占僮飨洹?/p>

(3) 區(qū)域能量鎖。雖有生產(chǎn)線均要增加區(qū)域能量鎖設(shè)備, 在遠(yuǎn)程停送電平臺(tái)中也增加了區(qū)域停送電流程功能, 工作人員可以直接通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程停送電操作。

2.3 遠(yuǎn)程停送電架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 系統(tǒng)物理拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

因?yàn)樵撈髽I(yè)三條產(chǎn)線之間有一定距離, 加上網(wǎng)絡(luò)具有特定性, 在手機(jī)端APP 中, 發(fā)揮企劃部防火墻、反向代理的作用, 與相應(yīng)產(chǎn)線服務(wù)器連接, 便可以滿足人員認(rèn)證、能量鎖操作臺(tái)申請檢修、能量鎖遠(yuǎn)程停電、接收通知操作等各項(xiàng)操作需求。如果是PC 平臺(tái)管理端和集控室, 便可以連接服務(wù)器, 展開內(nèi)網(wǎng)通訊操作。物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖2 物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.3.2 系統(tǒng)平臺(tái)軟件架構(gòu)

此次設(shè)計(jì)設(shè)備遠(yuǎn)程停送電控制系統(tǒng), 是在springboot+springcloud 微服務(wù)整體框架基礎(chǔ)上行進(jìn)行, 系框架可以實(shí)現(xiàn)7*24h 連續(xù)運(yùn)行, 且能夠保證安全性、穩(wěn)定性、可操作性、可擴(kuò)展性。此外, 終端方面可同時(shí)在PC 和手機(jī)APP、集控室點(diǎn)控屏中進(jìn)行操作, 滿足了多端協(xié)同操作的要求。

2.4 遠(yuǎn)程停送電流程設(shè)計(jì)

1) 整體流程

此次設(shè)計(jì)采用中小棒電子換牌系統(tǒng), 主要涉及移動(dòng)端手機(jī)APP、能量鎖操作臺(tái)觸控界面、集控室PC 端這三個(gè)部分。移動(dòng)端手機(jī)APP 負(fù)責(zé)錄入用戶的個(gè)人信息, 能量鎖操作臺(tái)則進(jìn)行停送電的具體操作, 集控室PC 端的功能為是否允許分閘停電。整體流程如圖3。

圖3 整體流程圖

2) 取牌設(shè)計(jì)

檢修取牌的這一環(huán)節(jié), 設(shè)計(jì)人員對電子換牌系統(tǒng), 主要利用ERP 系統(tǒng)得到任務(wù)計(jì)劃、臨時(shí)性錄入檢修任務(wù)計(jì)劃。開始檢修之后, 檢修人員在能量鎖操作臺(tái)上, 提出目標(biāo)任務(wù)的檢修申請, 同時(shí)停止設(shè)備的運(yùn)行。執(zhí)行檢修任務(wù)過程中, 涵蓋了申請人、目標(biāo)設(shè)備、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、預(yù)計(jì)檢修用時(shí)、檢修說明等內(nèi)容。當(dāng)集控室獲得檢修任務(wù)信息后, 便會(huì)檢查HMI 界面的運(yùn)行情況, 決定是否同意檢修允許停電操作。如果同意檢修, 且允許分閘, 那么任務(wù)步驟將重新返回能量鎖操作臺(tái), 能量鎖操作臺(tái)操作能量鎖, 達(dá)到最終停電的操作效果。系統(tǒng)在智能換牌時(shí), 作業(yè)通知主要利用能量鎖操作臺(tái), 通過語音加界面這種形式, 用于聯(lián)系檢修工。

3) 還牌設(shè)計(jì)

檢修還牌的設(shè)計(jì)過程中, 檢修人員在能量鎖操作臺(tái)上提出還牌申請, 集控室在獲得還牌申請后, 值班員結(jié)合實(shí)際, 對是否允許送電做出判斷。確定集控室允許送電, 能量鎖操作臺(tái)便會(huì)快速收到還牌通知, 促使能量鎖執(zhí)行送電指令, 集控室合閘后即完成還牌。

4) 交叉作業(yè)

此次設(shè)計(jì)中的交叉作業(yè), 包括機(jī)械、電氣、流體的工作人員, 在同一時(shí)間段針對同一臺(tái)設(shè)備申請檢修。一般交叉作業(yè)程序會(huì)以員工為對象, 自動(dòng)生成檢修任務(wù), 并根據(jù)“取牌流程”以及相應(yīng)步驟執(zhí)行操作, 彼此之間不會(huì)產(chǎn)生影響。設(shè)備目前執(zhí)行檢修任務(wù)過程中, 設(shè)備狀態(tài)將被調(diào)整為檢修狀態(tài), 檢修工提出設(shè)備的檢修申請, 無需經(jīng)過集控室允許, 但卻可以將檢修申請記錄予以保留。此外, “還牌流程”判斷設(shè)備當(dāng)下是否存在檢修任務(wù), 若還牌申請?jiān)O(shè)備面臨檢修任務(wù)需要完成, 檢修工僅還牌, 當(dāng)最后一名檢修工提出還牌申請后便可以還牌, 從而表示設(shè)備可送電。

5) PLC 控制系統(tǒng)

此次設(shè)計(jì)中的配電柜, 對其進(jìn)行遠(yuǎn)程分合閘改造。遠(yuǎn)程分合閘系統(tǒng)PLC 負(fù)責(zé)采集抽屜單元回路需要讀取的所有元件狀態(tài)數(shù)據(jù), 隨后發(fā)出控制指令, 完成低壓塑殼斷路器分合閘處理。利用軌道巡檢機(jī)器人、球形數(shù)字高清攝像頭, 按照系統(tǒng)傳輸?shù)姆趾祥l數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)跟蹤并監(jiān)控動(dòng)作回路, 采集到現(xiàn)場畫面后傳輸?shù)郊厥抑? 從而實(shí)現(xiàn)低壓供配電系統(tǒng)送電。

6) 控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)中繼

PLC 數(shù)據(jù)利用OPC (Object Linkingand Embedding for Process Control, 過程控制的OLE) 協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換,成為上層軟件所需數(shù)據(jù)[1]。這里提到的OPC 協(xié)議, 是面向過程控制提出的一種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn), 訪問現(xiàn)場設(shè)備過程中, 采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口, 并提供給用戶。OPC 的應(yīng)用, 建立Windows 應(yīng)用程序、現(xiàn)場過程控制應(yīng)用之間的聯(lián)系[2]。此外, OPC 標(biāo)準(zhǔn)在微軟公司提出的OLE技術(shù)要求下, 利用標(biāo)準(zhǔn)OLE/CUM 接口, 將OPC 技術(shù)和OLE 2 技術(shù)結(jié)合, OLE 標(biāo)準(zhǔn)可以支持不同的微機(jī)實(shí)現(xiàn)文檔與圖形的交換。因?yàn)镺PC 具有協(xié)議轉(zhuǎn)換功能,所以在遠(yuǎn)程停送電設(shè)計(jì)中, 可以將各協(xié)議轉(zhuǎn)換為滿足用戶需求的通訊協(xié)議。利用OPC 協(xié)議和PLC 控制系統(tǒng)連接, 對數(shù)據(jù)上傳、下達(dá)加以控制, 以指令控制WEB 端、移動(dòng)端, 實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程停送電操作。

7) 停送電流程APP

作業(yè)現(xiàn)場所有工作人員通過移動(dòng)端APP 界面提出停電申請, 按照具體的流程需求, 設(shè)置一級(jí)審批、二級(jí)審批。其中一級(jí)審批需要在調(diào)度室審批后進(jìn)行停送電操作, 而二級(jí)審批則是調(diào)度室完成審批后, 再由上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)審批, 只有通過兩級(jí)審批方可進(jìn)行停送電遠(yuǎn)程控制[3]。待通過了審批后, 電工按照指令進(jìn)行停電處理, 此時(shí)程序便會(huì)按照接收到的指令自動(dòng)執(zhí)行電子掛牌。如果有多名工作人員面向一臺(tái)設(shè)備展開停電操作, 那么電子掛牌數(shù)量也會(huì)增多。電子掛牌數(shù)量為零, 此時(shí)可達(dá)到送電要求。

按照規(guī)定, 提出設(shè)備停電申請的工作人員同樣具有送電申請的權(quán)限, 這主要是為了避免流程混亂, 也為操作回溯提供了方便[4]。若施工人員交接時(shí)并未完成停電操作, 那么提出停電申請工作人員便可以向下一班操作人員進(jìn)行記錄轉(zhuǎn)接, 繼續(xù)執(zhí)行送電申請操作。

3 設(shè)計(jì)效果

設(shè)備遠(yuǎn)程停送電系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后, 分別對手機(jī)端申請、確認(rèn)、查看流程等進(jìn)行測試。通過測試得出結(jié)論, 在系統(tǒng)中增加人員定位功能, 工作人員務(wù)必要在廠區(qū)200m 內(nèi), 進(jìn)行手機(jī)終端的有效操作, 以免工作人員未到時(shí), 提前申請停電。此外, 在系統(tǒng)中增加檢修、點(diǎn)檢方、電氣人員三方確認(rèn)流程, 確保停送電操作能夠由多方同時(shí)知曉并確認(rèn)。

4 結(jié)束語

綜上所述, 根據(jù)鋼鐵企業(yè)實(shí)際, 針對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程停送電控制, 大力應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)以及人工智能等技術(shù)手段, 一方面可以提高設(shè)備控制與管理的效率與精度, 保證生產(chǎn)質(zhì)量。另一方面在遠(yuǎn)程停送電的作用下, 一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障, 可以馬上通過手機(jī)APP 或者其他操作端進(jìn)行處理, 避免故障影響范圍擴(kuò)大, 從而為設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性奠定了基礎(chǔ)。