基于PROFIBUS的复烤能源检测管理系统

论文摘要

能源消耗是企业生产成本中重要的可控部分，降低能源消耗是企业降低生产成本的重要可行途径。近几年，随着能源价格的逐步上升，能源在企业生产成本中的比重也随之增加。我国企业的能源利用效率低，单位产品能耗高，无形的增加了企业的生产成本，削弱了企业的市场竞争力。企业想在竞争中求得生存，通过降低能耗的途径来减少生产成本，提高企业效益是切实可行的。随着计算机的普及，对于大量数据的快速处理和重复性计算由计算机来完成，而对于处理结果的分析、判断、决策等创造性劳动，则由管理人员来完成。这种人尽其才、物尽其用的人机系统是当前企业管理体系中计算机应用的主要格局。本文从实际出发，以红塔集团复烤厂为实例，设计了这套能源监测管理系统。主要分为系统的硬件设计、通讯网络的连接，和软件设计三部分。硬件设计部分具体介绍了系统硬件配置和现场仪表的连接；通讯网络连接方面介绍了PROFIBUS现场总线技术以及本系统的通讯结构和实现方式；软件设计方面具体介绍了WinAC的Step7编程、WinCC监控的组态、VB归档程序和C#能耗管理程序编制思路。该系统采用德国西门子公司的PROFIBUS-DP／PA总线、PC-Base控制器WinAC和E+H公司智能仪表构建，完成了现场31个点的数据采集、数据的汇总处理、耗能数据的实时显示、时段数据的查询、报表的打印和班次的考核等任务。该系统尝试引进了现场总线技术，提出了基于PROFIBUS现场总线的数据采集系统。对基于PC-BASE的下位控制器WinAC的编程采用西门子STEP7软件开发，实现对生产班组的水、蒸汽、压缩空气累计能耗采用不同的算法进行计算、补偿和转换，然后下载到WinAC控制器完成数据的计算和存储。上位机组态同样使用西门子公司的WinCC，通过形象的工控画面在线监视各设备的耗能情况，实现能耗归档设置。并绘制了各种能耗曲线图，为分析生产耗能趋势提供了依据。为了更好的实现能耗数据统计分析、维护和班次考核功能，我们编写了各班次的能耗数据手自动归档程序，实现了能耗数据的长期存储；并在此基础上实现了能耗数据管理与报表生成、打印等功能。能耗数据归档程序利用COM（组件对象模型）技术，编写程序对WinCC实时数据库进行数据读取。能耗数据管理与报表生成功能可对现场仪表能耗数据进行分析、维护，得到班次考核结果，给部门的考核工作提供可靠依据。该系统的投入使用，可以让管理人员实时监测生产过程中各种能源使用的真实情况，从而提高了复烤厂能源使用管理水平。该系统实现了分布式、多级能源采集与优化管理。系统在红塔集团复烤厂投入运行后，表明系统运行可靠、采集精度高。给用户提供了生产过程中详细的能源消耗情况，使用户可以及时发现问题，解决问题，以便更好地提高能源的利用率，达到节能降耗的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 节能降耗的重要性
• 1.2 实现节能的途径
• 第二章 能源监测管理系统的总体设计
• 2.1 SIMATIC全集成系统简介
• 2.2 玉溪复烤厂能源监测管理系统简介
• 第三章 能源监测管理系统硬件设计
• 3.1 系统配置
• 3.2 现场信号采集PA仪表
• 3.3 现场仪表连接和站点间的通信
• 3.4 PC-BASE系统WinAC与PC的融合
• 第四章 能源监测管理系统通信网络设计
• 4.1 工业现场总线技术
• 4.1.1 现场总线的发展
• 4.1.2 现场总线的技术特点
• 4.2 PROFIBUS现场总线
• 4.2.1 Profibus现场总线解决方案的优势
• 4.2.2 Profibus概貌
• 4.2.3 Profibus协议结构
• 4.2.4 Profibus传输技术
• 4.2.5 Profibus总线存取协议
• 4.3 过程控制现场总线Profibus-PA
• 4.3.1 Profibus-PA具有的特性
• 4.3.2 Profibus-PA协议结构
• 4.3.3 Profibus-PA的工作原理
• 4.3.4 PA行规分析
• 4.4 PROFIBUS总线在本系统中的应用
• 4.4.1 网络选择的背景
• 4.4.2 本系统通讯网络的具体结构
• 4.5 监控系统与控制器的通信
• 第五章 能源监测管理系统软件设计
• 5.1 软件系统简介
• 5.2 用STEP7编写的WINAC程序
• 5.2.1 水能耗计量的编程设计
• 5.2.2 蒸汽和压缩空气累计量计算
• 5.3 SIMATIC WINCC在本系统中的组态设计
• 5.3.1 能耗组态简介
• 5.3.2 WinCC在本系统中的应用
• 5.3.3 通过WinCC脚本实现程序的调用
• 5.3.4 WinCC使用过程中的经验技巧总结
• 5.4 能耗数据归档程序的实现
• 5.4.1 COM对象技术的应用
• 5.4.2 手自动归档程序的实现
• 5.5 能耗数据管理与报表的开发
• 5.5.1 .NET技术在能源管理系统开发的应用
• 5.5.2 能耗管理与报表系统的具体实现
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录A:攻读硕士学位期间发表的论文