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項目背景介紹

隨著中國經(jīng)濟30多年的快速發(fā)展，各行各業(yè)都有了長足的發(fā)展。中國工業(yè)在許多細分的行業(yè)的產(chǎn)能與產(chǎn)量都名列世界前茅，甚至是第一，我國工業(yè)對各種能源（如：電力，煤炭，石油等）的需求也同步名列前茅。但是由于工藝設(shè)計和技術(shù)實現(xiàn)等相對于產(chǎn)能的滯后，我國的能源效率比起發(fā)達國家還有非常大的差距，能源效率目前僅為33%，比發(fā)達國家落后20年，能耗強度大大高于發(fā)達國家及世界平均水平，約為美國的3倍，日本的7.2倍。如何提高能源利用效率, 已經(jīng)成為中國政府在中國未來經(jīng)濟發(fā)展中亟待解決的問題。

冶金工業(yè)能耗居高不下和環(huán)境質(zhì)量太差是長期困擾冶金企業(yè)的難題，也正是在這樣的背景下，為響應(yīng)國家政策，提高能源利用率，加強環(huán)境污染監(jiān)控需要，河北唐山某鋼鐵廠在近年上馬一套能源管理系統(tǒng)，將工廠的能源消耗量統(tǒng)計進行數(shù)字化，可視化和自動化，從而為制定能源管理策略提供真實有效的數(shù)字依據(jù)。

項目目標與原則

工廠的整個自動化系統(tǒng)，由于都是分批建設(shè)的，形成了多個相互獨立的系統(tǒng)，相互協(xié)同工作和整體運行與監(jiān)控效果都非常差。現(xiàn)需要通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將現(xiàn)有相互分離自動化系統(tǒng)升級為可以被統(tǒng)一管理和相互協(xié)同的智能數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得工藝系統(tǒng)控制和能源管理可以實現(xiàn)最優(yōu)化，從而提高能源效率，降低資源的配置成本，使生產(chǎn)過程高效地進行。

新建的能源管理項目建設(shè)原則需要滿足以下標準： 

第一：實施簡單。系統(tǒng)必須使用成熟的硬件聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，不需要進行二次開發(fā)就能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。

第二：開放。 系統(tǒng)對上進行數(shù)據(jù)傳輸提供不同的數(shù)據(jù)幾口，如：OPC Server, MOBUS/TCP等接口，便于和現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)進行對集成。

第三：穩(wěn)定可靠。新增的能源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)不能影響現(xiàn)有的各個系統(tǒng)功能的運行，并且具有一定的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)特性。

項目實施與應(yīng)用情況詳細介紹

此鋼廠規(guī)模龐大，建廠時間長，在不斷地建設(shè)過程中，由于工程設(shè)計或者設(shè)備供應(yīng)商的工藝原因，作為工廠內(nèi)自動化系統(tǒng)的核心部件PLC采用了不同的廠商的產(chǎn)品，主要有，西門子，施耐德, 羅克韋爾，還有GE。實際上此鋼廠的自動化系統(tǒng)配置在國內(nèi)鋼鐵行業(yè)具有一定的普遍性。 面對不同品牌的PLC控制系統(tǒng)，要在不影響現(xiàn)有系統(tǒng)工作的情況下，完成系統(tǒng)的整合是這個項目的最大挑戰(zhàn)。

經(jīng)過對比分析此鋼廠技術(shù)部門選擇了美國紅獅控制的萬能協(xié)議網(wǎng)關(guān)DSP系列產(chǎn)品作為此次物聯(lián)網(wǎng)改造的主要部件。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如下：

紅獅DSP萬能網(wǎng)關(guān)同時集成了近300種通訊工業(yè)協(xié)議，這300種通訊協(xié)議包含了不同種類的PLC，DCS，變頻器，RTU，掃碼器，以及智能相機等不同類型的設(shè)備通訊程序。通過DSP的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，可將不同種類的設(shè)備進行數(shù)據(jù)地址相互映射，從而很容易的實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的協(xié)同工作。這也是德國工業(yè)4.0概念中重要的一個核心內(nèi)容 — 橫向數(shù)據(jù)集成。

在這個項目中主要的接入的設(shè)備是西門子的S7-400 系列PLC，AB 的1756系列PLC，和施耐德的Quantum系列PLC。紅獅DSP網(wǎng)關(guān)分別通過不同的協(xié)議與這些PLC進行數(shù)據(jù)通訊。具體使用協(xié)議如下：

對SIEMENS S7-400 PLC，使用S7  TCP/IP協(xié)議 MASTER模式。

對 AB 1756 PLC，使用 DF1 協(xié)議，MASTER模式。

對 Schneider Quantum PLC,使用MODBUS/TCP 協(xié)議，MASTER模式。

由于采用的都是MASTER模式的通訊協(xié)議，不需要修改PLC的原始程序來適應(yīng)此全面的系統(tǒng)升級，從而降低了整個工程的難度，節(jié)約了大量的工作時間。也保證了整個工程的安全可靠的實施。

在與上級系統(tǒng)互聯(lián)通訊時采用了OPC Server接口進行通訊。紅獅隨DSP硬件系統(tǒng)提供的OPC WORX軟件，將來自整個網(wǎng)絡(luò)的DSP數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成到了EMS服務(wù)器中，實現(xiàn)了整廠的數(shù)據(jù)全集成，為WEB服務(wù)，設(shè)備管理，MES等增值系統(tǒng)提供了可靠而全面的實時數(shù)據(jù)。 

效益分析

通過能源管理系統(tǒng)的實施，鋼廠將它的能數(shù)據(jù)進行了精確的量化，實現(xiàn)了每一個車間，每一臺設(shè)備的能耗準確計量，為上層能管系統(tǒng)的分析提供了全面的分析數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)的實施過程中具有如下特點：

低成本：紅獅控制的萬能網(wǎng)關(guān)DSP是一款兼容性非常的數(shù)據(jù)，內(nèi)部集成的300多種不同設(shè)備的通訊協(xié)議，是一個真正的ALL-IN-ONE設(shè)備。同一個模塊可以應(yīng)用到不同的系統(tǒng)中，為客戶大大減少了備件采購清單的數(shù)量。

高效率：由于采用的紅獅DSP網(wǎng)關(guān)的各種 MASTER模式，不需要進行PLC的程序的修改，現(xiàn)場硬件集成用時非常少，大大提高了工作效率。

可持續(xù)性：紅獅DSP網(wǎng)關(guān)還集成了各種不同系統(tǒng)的協(xié)議，為工廠的下一步全面物聯(lián)網(wǎng)化提供了一個基礎(chǔ)，如：BIM 系統(tǒng)的BACNET協(xié)議等。