王彥華 陳 欣 張志明 常士中

（安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限公司，河南 安陽(yáng) 455004）

0 前言

安鋼焦化廠原有電能計(jì)量主要依靠人工統(tǒng)計(jì)的方法。這種方法不可避免地存在抄讀數(shù)據(jù)有誤差，操作難以規(guī)范化，數(shù)據(jù)采集不及時(shí)，耗費(fèi)人工多、成本高、效率低的弊端。建立一套完善的電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)可以使電能計(jì)量更加科學(xué)準(zhǔn)確、細(xì)致全面，便于管理，實(shí)現(xiàn)電能消耗的有效監(jiān)管。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電能計(jì)量自動(dòng)采集系統(tǒng)是一種將電能計(jì)量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸和處理的系統(tǒng)，它可以克服傳統(tǒng)人工抄表模式效率低和容易出差錯(cuò)的缺點(diǎn)，實(shí)時(shí)采集設(shè)備電流，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量的自動(dòng)化管理。安鋼焦化廠電能計(jì)量自動(dòng)采集系統(tǒng)通過(guò)對(duì)9個(gè)高壓配電室，10個(gè)低壓電磁站的各用電回路進(jìn)行逐一核查，統(tǒng)計(jì)整理出320個(gè)需要計(jì)量的設(shè)備點(diǎn)數(shù)。根據(jù)各高壓配電室、低壓電磁站位置分散，距離較遠(yuǎn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)使用14個(gè)分布式I/O遠(yuǎn)程站，通過(guò)光纖、DP線把各個(gè)遠(yuǎn)程站連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)的采集和管理。

設(shè)計(jì)工作流程為：電流互感器—電流轉(zhuǎn)換器—模擬量輸入模板—IM132接口模板—DP轉(zhuǎn)接—OLM光電路模塊—光纖盒—光纖—光纖盒—OLM光電路模塊— DP轉(zhuǎn)接— CP工業(yè)PROFIBUS-DP卡—CPU。系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，分為三層：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、PLC數(shù)據(jù)處理層以及運(yùn)行監(jiān)控層。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)控制層

現(xiàn)場(chǎng)控制層由現(xiàn)場(chǎng)電流互感器、電流變送器構(gòu)成。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，使用電流變送器直接將電流數(shù)值轉(zhuǎn)換為4-20mA信號(hào)送入控制系統(tǒng)模塊。

1.2 PLC 數(shù)據(jù)處理層

PLC數(shù)據(jù)處理層位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層和運(yùn)行監(jiān)控中心層之間，主要完成上下層之間的網(wǎng)絡(luò)連接轉(zhuǎn)換和信息的處理交換。通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線，把采集的數(shù)據(jù)傳送到PLC數(shù)據(jù)處理層，對(duì)數(shù)據(jù)作規(guī)范化預(yù)處理，處理的數(shù)據(jù)與時(shí)標(biāo)相對(duì)應(yīng)，并可在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中儲(chǔ)存一周。PLC獲取和處理的數(shù)據(jù)有選擇性地上傳到控制中心，以便于集中監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)工況信息；同時(shí)，下達(dá)來(lái)自于控制中心的遙控和遙調(diào)信息給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的各類智能設(shè)備及儀表。通過(guò)組態(tài)編程，PLC能夠自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的智能設(shè)備。

1.3 運(yùn)行監(jiān)控層

運(yùn)行監(jiān)控層由高速工業(yè)以太網(wǎng)以及連接在總線上的擔(dān)任監(jiān)控任務(wù)的工作站或顯示操作站、工程師站、PLC/DCS控制器組成。監(jiān)控中心軟件由WinCC開(kāi)發(fā)出友好的人機(jī)界面。配電實(shí)時(shí)工況信息以曲線、表格以及參數(shù)化處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，也可顯示整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)對(duì)重要的信息進(jìn)行存盤(pán)歸檔，同時(shí)，提供靈活豐富的報(bào)表功能，可以依據(jù)實(shí)際需求靈活自定義報(bào)表。

2 設(shè)備選型

系統(tǒng)采用了西門(mén)子公司的S7300系列PLC控制，主控操作設(shè)在四配電主控室，設(shè)有兩臺(tái)HMI操作站和S7-300 PLC控制站。控制站由電源單PS6ES7-307、控制器CPU6ES7-315、通信處理器CP工業(yè)PROFIBUS-DP卡及IM153接口模板，連接的14個(gè)分布式I/O ET200M遠(yuǎn)程站組成，具體設(shè)備研究選型如下：

2.1 控制器SMATIC S7-300PLC

控制器選用MATIC S7-300PLC，具有以下特點(diǎn)：①功能強(qiáng)：極強(qiáng)的計(jì)算性能，完善的指令集，MPI接口和通過(guò)SIMATIC NET聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能力，功能更強(qiáng)；②快速：指令處理極其快速，功能強(qiáng)大的CPU只需0.3ms就可處理1024個(gè)二進(jìn)制語(yǔ)句，在面向字處理方面也同樣表現(xiàn)出色；③通用：高性能模板和六種CPU適用任一應(yīng)用場(chǎng)合；模塊可擴(kuò)至3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架；集成了MMI(人機(jī)界面)接口電路；用戶友好的WINDOWS STEP7編程；④全集成：全部模塊化，運(yùn)行可靠，性能價(jià)格比高。

2.2 上位監(jiān)控軟件WINCC6.2

WINCC是西門(mén)子公司推出的組態(tài)軟件平臺(tái)，它使用方便，可構(gòu)造靈活的界面和強(qiáng)大的功能，用WINCC組態(tài)軟件能開(kāi)發(fā)出較強(qiáng)的組合畫(huà)面。它具有功能特點(diǎn)：①快速靈活的畫(huà)面切換；②靈活有效的報(bào)警方式；③強(qiáng)大的功能和簡(jiǎn)單直觀的操作方式；④靈活實(shí)用的設(shè)置功能；⑤實(shí)用的管理功能。

2.3 下位軟件STEP7 5.4

系統(tǒng)使用STEP7編程軟件對(duì)硬件和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組態(tài)。STEP7的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在：與PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線有機(jī)地結(jié)合在一體；模塊化結(jié)構(gòu)，通用的硬件模塊，系統(tǒng)配置靈活，易于擴(kuò)展；吸收了各種先進(jìn)技術(shù)，面向工藝對(duì)象編程；更分散的系統(tǒng)配置，特別適用于分散的過(guò)程控制應(yīng)用場(chǎng)合；強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件和高度統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，組態(tài)與編程輕松簡(jiǎn)單；豐富直觀的人機(jī)界面，可提高監(jiān)控與管理的水平。

3 結(jié)束語(yǔ)

安鋼焦化廠電能計(jì)量自動(dòng)采集系統(tǒng)系統(tǒng)克服了站點(diǎn)多、距離遠(yuǎn)的難點(diǎn)，通過(guò)光纖、DP線把各個(gè)遠(yuǎn)程站連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了以下功能特點(diǎn)：①采用遠(yuǎn)程站通過(guò)光纖數(shù)據(jù)傳輸方式傳輸配電室電流數(shù)據(jù)，無(wú)需人工干預(yù)，采集及時(shí)，計(jì)量準(zhǔn)確，安全性高，實(shí)現(xiàn)了抄表的自動(dòng)化。②實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、及時(shí)了解重要設(shè)備的電流變化趨勢(shì)，防止設(shè)備異常。③系統(tǒng)可以接入調(diào)度系統(tǒng)，成為調(diào)度管理的重要依據(jù)。