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★袁霏（南通職業大學，江蘇南通226007）

★李繼松（科德寶寶翎襯布（南通）有限公司，江蘇南通226000）

關鍵詞：節能服務器；CC-Link

1　引言

傳統的能源數據采集如電能采集，僅是通過安裝相應設備的電能表，通過抄表或者在線實時查看用電量。這種方式并不能對數據進行有效分析，只能通過人為分析月報表數據簡單提取能源使用信息。基于三菱節能服務器能源采集系統，使用CC-LinK通信方式獲取各個設備站點的電能表數據，不僅能準確無誤采集數據，還能實現大容量數據存儲和智能處理。應用相應的軟件算法，可將能耗數據以圖表形式演示出來，也可進行數據的不同時段、不同對象的比較，可精確至單位分鐘比較。甚至將來進行數據相關性分析，通過EcoAdviserAI軟件幫助管理人員找到能耗可疑點，并提供設備改進和管理提升意見，從而有效完成能源節約。

2　印染工藝流程

印染工藝設備一般包含前處理的溢流染色機、冷染機、氧漂機、水洗機以及整理機。后道工藝包含雙點機、粉點機、預縮機、質檢機等，輔助設備還包括廢水處理系統、煙氣凈化系統等。這些生產設備主要使用傳動電機、風機、電加熱裝置和水泵等大功率裝置，且電機均采用變頻控制。例如一臺整理機的額定功率在120kW左右，一臺雙點機的運行功率在200kW左右，這些設備在生產流程中，從準備、生產中、換線、衛生和維修等待過程中，均在不同程度地消耗能源。

如圖1所示，常規襯布的加工工藝流程從坯布開始，需要經過多道前處理工藝，設備包括染色退漿機、溢流染色機、氧漂機、水洗機、定型機以及雙點機等重要的大功率設備機臺，輔助設備還包含有廢氣凈化裝置和污水MBR膜處理裝置。其中氧漂機、溢流染色機還使用蒸汽熱能。定型機、雙點機使用天然氣能源。這些車間大功率設備均安裝有RS-485通信功能的能源儀表。

圖1 襯布設備工藝流程圖

3　控制系統

3.1　系統硬件結構

為了獲取車間大部分能源監控，需要對整體的設備電能信息采集進行有效布局。設備分散于生產車間，服務器的安裝位置盡可能考慮每個通信儀表的總體分散中心點，CC-Link的連接布局至關重要。

如圖2所示，每個設備所安裝的電能表普遍使用一致的兩線制485通信，其中節能服務器Ecowebserverlll的CH2網口可轉接485通信模式。為了能夠準確地采集數據，硬件設計中增加了一個觸摸屏作為485通信的中轉屏顯示，該屏具有兩線制485接口輸出，作為主站連接到所有的485從站儀表。然后由觸摸屏的網絡接口輸出至節能服務器。可以設置網口模式為轉接485模式，這樣服務器和觸摸屏可以使用普通網線直接插入連接，設置好IP地址即可將儀表數據傳輸至服務器站。

圖2 能源采集的通信硬件架構

對于一些特殊的電能采集，使用三菱特有的電能監控模塊EMU4-HD1-MB產品，該模塊向左側搭載CC-Link通信模塊可將數據上傳至服務器的擴展通信QJ61BT11N模塊。廠內的制冷系統采用L02型主站PLC系統，擴展模塊LJ61BT11N通過CC-Link通信連接兩個從站，分別是車間空氣能熱泵系統和廢水熱能回收系統，均是采用FX3U控制系統，通過擴展FX3U-64CCL通信模塊上傳數據至L02系統，再由L02的第二個LJ61BT11N上傳至服務器EcoWebServerIII系統。最后，服務器的CH1網口接入車間的局域網中，辦公室登錄IP網頁即可獲取相應的圖表數據。

3.2　節能系統的設置與編程

硬件框架根據現場設備的實際布局位置進行有效布局，同時兼顧通信的架構進行設計。如圖3所示，為節能系統整體的具體通信接線圖。主車間的大功率設備額外增加帶通信功能的電能儀表，可設置485通信波特率19200，E偶校驗，數據位8和停止位1。通過觸摸屏的2線制485接口，可將數據顯示到觸摸屏上，便于在車間直接查看數據。觸摸屏的網口與服務器的CH2網口直接使用網絡線連接即可，在軟件設計上進行網關轉Modbus模式，不需要轉接器即可實現能源數據上傳至服務器。

圖3 節能服務器系統的CC-Link具體連接架構

制冷系統使用L02控制器，設置網口通信輸出2個觸摸屏，其中一個觸摸屏用于現場操作控制，另一個觸摸屏用于轉接向下的FX3U蒸汽冷凝回用控制系統，采用RS422通信連接。L02系統擴展模塊同時向右擴展兩個LJ61BT11N，均設置波特率為156kbps。一個模塊作為主站，向下層連接兩個從站的各自32個16寄存器數值，然后通過內部數據轉化。另一個模塊作為從站，向上傳輸至服務器的CC-Link主站模塊。

本系統中設計有多個觸摸屏，主要用于現場的操控和數據的穩定上傳。觸摸屏通信與FX3U主要通過RS422直接連接，只需要單獨設置觸摸屏的通信19200E71，并選擇三菱FX3U類型即可。而每個FX3U向左擴展485BD板進行本單元的變頻器通信控制，主要用于控制本單元內變頻器的設定頻率和獲取實際的輸出頻率以及每個變頻器的電能消耗數據值。如圖4所示，L02的主站設置CC-Link界面，設置總連接數為2，設定好網絡模式Ver.2以及傳輸波特率的速度156kbps。主站設定好輸入/輸出的寄存器值和輔助繼電器起始位，站信息內設置占用4站，可以最大限度傳輸32個寄存器數據，且L02主站不需要編寫相應的通信程序代碼。

圖4 L02系統的CC-Link主站設置和LJ61BT11N模塊的工作顯示

如圖5所示，作為從站模塊FX3U-64CCL需要設定站地址的撥碼開關分別為2或3，波特率開關為0，即選擇156kbps速度，占用站數STATION撥碼至7。對于FX3U擴展模塊從站需要編寫通信程序，如圖5所示只需寫定向主站L02收發的寄存器和輔助節點信息。

圖5 從站FX3U模塊硬件撥碼設置和通信程序編寫

節能服務器的QJ61BT11N主站CC-Link通信線上還掛載了若干三菱電能采集EMU4-HD1-MB模塊。該模塊左側擴展CC-Link通信EMU4-CM-C模塊，只需手動設定“站地址”和“波特率156kbps”的撥碼開關即可，電能采集模塊主要調節設定界面參數中測量電能的接線方式為“3P4W”三相四線制，設定互感器電流值200A類型，電流互感器也是選用三菱特有類型，設定電壓等級為400V。

當完成設備層軟件參數設置后，才能建立穩定可靠的數據上傳通信模式。最后是對主服務器EcoWebEcoWebServerIII進行數據采集的設置。

圖6為使用MES3-255C-DM-CN設定軟件信息采集的設置界面，這樣服務器只需要網線接入到觸摸屏，即可建立數據通信。車間內多數電能計量的主設備通過觸摸屏485協議進行中間接力轉換，可以統一將不同類別的485電能儀表進行有效的數據匯總，以及進行必要的格式轉化或計算等。然后再將轉換的數據直接傳輸給服務器，保證數據的可靠性。同時服務器EcoWebServerIII建立CC-Link連接方式，用于獲得三菱產品的終端設備數據。系統默認服務器右側擴展模塊QJ61BT11N為固定的通信波特率156kbps，所以整個設備層也需要設定統一的從站波特率為156kbps，可以保證總體的CC-Link有足夠的布線長度，覆蓋整個車間的數據采集。

圖6 服務器通過網線485協議連接觸摸屏設置

4　上位機監控和智能精益管理

如圖7所示，使用MES3-255C-DM-CN設定軟件在設定好所有的數據采集點并進行登錄，需要注意所有數據的格式，如電流值采集為瞬時值，電能的采集需要設定為“累計值”，系統將開始自動進行能源數據采集。

圖7 服務器的測量點數據量登錄

建立完善的CC-Link能源采集體系后，服務器處在穩定運行的階段，可以通過web網頁功能實時查看數據內容。隨著三菱節能技術的不斷升級，推出了自動智能算法軟件EcoAdviserAI功能。它可以全覆蓋之前的軟件功能，并且能夠進行基本數據表格和曲線展示。

如圖8所示，更新的軟件系統，可以更好地管理多點數據的收集和存儲。管理員可以調取任意生產設備的能源數據。如需要從多個設備能耗中找到耗能的主體，則使用帕累托圖，將所有采集的電能對象放入并自動生成由高到低的柱狀數據。如需檢查設備能耗的不同日期比較，則可以選擇時間系列圖。如需獲取不同設備能耗相對占比，則選擇餅圖成分比率。若管理員想要獲取兩個設備之間能耗數據是否存在相互關聯，可以將兩個設備的能耗數據選入，選擇散布圖相關性R自動生成散布點圖，并給出相關性r值，如數值接近1，則代表相關性很高，這樣幫助管理員查找能耗浪費問題。

圖8 新的軟件進行能源數據圖表顯示

在將來的應用中，EcoAdviserAI軟件不僅能將數據圖表具象化，為管理員提供快速簡潔的能源信息，還具備能源浪費診斷功能。如圖9所示，當選擇特定的生產設備進行AI智能推算后，它將顯示時間軸上能耗的柱狀序列圖，同時自動給出能源標識線，最后根據數據顯示，給出能源浪費的可疑時間點位。如果采集的設備數據足夠詳細如包含生產流程產量、功耗等待和多工序參數信息等，軟件就會給出更加精確的診斷結果，甚至可展示改進措施后將獲得提升的數據結果。

圖9 節能服務器AI給出分析能源浪費以及改進措施

5　結語

通過基于CC-Link通信技術為主構建印染車間的節能管理系統，可以將生產線內主要的大功率能耗設備、輔助的制冷/制熱系統設備以及煙氣凈化設備的電能表聯入到服務器系統中，簡化了能源采集的布線復雜度。實現數據穩定上傳和存儲后，管理員可以輕松登錄web網頁獲取生產能源數據，節約時間成本。節能服務器的數據還可以通過EcoAdviserAI軟件進行有效的數據整理，以各種圖表的形式展現給管理員，快速查找能耗浪費的疑點。以后節能服務器甚至還可以通過智能算法對設備進行能源浪費診斷，幫助管理員找到浪費原因，并給出合理的改進措施建議。綜上，通過三菱的節能服務器系統管理車間的設備運行，可以顯著地提高印染設備能源的精益化管理，實現能源效率最大化。

★基金項目：2022年度南通市基礎科學研究和社會民生科技計劃項目（JCZ2022128）

作者簡介：

袁　霏（1989-），女，江蘇如皋人，講師，碩士，現就職于南通職業大學電子信息工程學院，主要從事電氣自動化方面的研究。

李繼松（1989-），男，江蘇宿遷人，中級工程師，碩士，現就職于科德寶寶翎襯布（南通）有限公司，主要從事集成電路方面的研究。

參考文獻：

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[3] CC-Link. Q系列CC-Link網絡系統用戶參考手冊[Z].

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[5] 三菱電機. 三菱節能數據收集服務器EcoWebServerIII使用說明書 (設定篇) [Z].

[6] 三菱電機. 三菱能量測量模塊EMU4-HD1-MB使用說明書 (詳細篇) [Z].

摘自《自動化博覽》2023年8月刊