浅析烟厂易地技改动力集控系统设计与
应用
摘要：本文介绍了卷烟企业动力车间集控系统的组成和基本原理，重点从设计和应用两个方面对动力集控系统进行了介绍和分析，对现有系统的网络结构，控制原理，以及关键节能方案做了详细的论述，为行业内的其他企业进行动力集控改造或建设提供参考。
同时，对整个系统的智能化转型做了展望。
关键词：卷烟生产动力集控节能降耗智能化
0引言
易地搬迁项目空调、制冷自控系统设备安装已经完成，现场系统运行稳定，技术指标表现优异。
尤其是动力车间，目前使用情况较好，所以本文从动力车间为基础，从网络结构，硬件设备，控制策略，智能化展望等几个方面对动力车间的空调，制冷，真空等系统进行分析和介绍。
1网络结构
网络结构是整个动力集控系统的骨架，网络结构的设计决定了整个系统的稳定性和响应速度，卷烟厂是生产企业，属于工业应用环境，稳定性要求较高，因此通常采用环型网络结构，但是环型网络结构不易扩展，而且现场设备众多，如果都挂入环网，一旦出现故障，无法快速检修，所以现在各个卷烟厂的动力车间基本上采用环网+总线相结合的网络结构，在主要设备间进行环网连接，在次要设备内采用分组的总线结构，如下图所示。
以各个单独的设备系统为节点进行环网设计，每个空调机组，每个制冷机组均单独采用可扩展的总线结构，而每个机组之间又采用环网结构，这种设计还有一个好处，就是网络隔离，每个设备系统的网络与上层环网相隔离，无法对稳定性要求较高的环网产生影响。
保定卷烟厂空调、制冷自控系统网络结构示意图
图中上半部分是全厂动力集控中心，其中包括空调、制冷、真空等监控系统组成，是动力集控系统的中央监控层。
中央监控层采用100/1000M全双工自适应以太网通讯网络Ethernet，TCP/IP协议，传输介质采用光纤。
中央监控层按需求实现对系统内设备层的数据采集，可通过预留的以太网通讯接口，与其他系统（如能管系统、MES系统）进行双向数据传输，提供能源计量、统计、分析和为能耗考核的基础数据，接收其他（如能管系统、MES系统）系统下达的生产任务和生产工艺指标等，按生产指令和工艺指标对设备层进行生产指挥和控制，实现空调设备远程集中监控和管理相关的功能。
图中下半部分是设备控制层，包括PLC控制器、网络交换机、传输介质等设备。
根据被控设备分散特点，在被控设备附近设置PLC控制主站，负责对被控设备进行独立的监控，并通过现场总线通讯网络实现集中管理。
2软硬件描述
整个动力集控其实是一套以工业现场控制器为基础的完整的工业控制系统，目前工业控制系统已经是成熟的市场产品，从早期的计算机集中控制系统CCS，到后来的集散控制系统DCS，和现在较为流行的总线控制系统FCS，其间已经经历了无数次的迭代和更新。
监控层采用的是IFIX，相较于其他的同类产品，IFIX的使用反响最好，其监控层网络搭建较为简单。
目前卷烟企业的监控层均采用C/S结构，而且很大部
分的烟厂同时也设计了独立的B/S结构，供设备员等非操作人员查阅现场设备状
态使用。
控制模式：本地手动、本地自动、远程手动、远程自动等多种模式，优先级
最高的均为现场本地控制，因为现场最了解设备情况，需要较高优先级。
状态显示：采用流程图、机房平面布置图等多种界面形式，实时显示被控设
备状态、实时运行参数，如运行、停机、手动、自动、远程、本控、急停、故障
等状态，管网图主要监测各阀门、水泵开闭状态、开度大小、运行频率等参数。
报警管理：设备故障及有关参数超限诊断和报警、网络（总线、节点、元件）故障诊断及报警，发出声光报警和中文信息提示，报出机组名称、编号、位置、
设备发生故障日期、时间等，并从交接班管理系统中调用班组信息记入报警内容，可实时指令输出打印，报警根据紧要程度、事故等级区别对待，分等级，通过不
同的报警提示音和颜色加以区别。
3控制策略描述
常规控制策略：这里先对空调的常规控制策略进行简单描述，因为空调是保
证车间温湿度的设备，早期通常采用过程控制的经典控制策略，PID控制来实现
空调系统的温湿度控制。
但是空调是随着季节变化而变化的控制设备，单级的
PID控制系统很难满足多工况需求，这就诞生了串级控制，串级控制通过2级
PID参数的调节，使得一个固定的PID参数可以适应更多的工况。
多工况控制策略：但是一套PID参数想满足冬季，夏季，过渡季节的要求，
始终会有个别工况能效不是最优，因此就产生了一种多工况控制策略，其核心还
是通过不同工况使用不同的PID参数，来实现局部最优，从而达到节能的效果。
PID自适应控制策略：其实PID自适应控制策略和多工况是一脉相承，通过PID自适应，可以实现PID参数针对不同工况下的自行调节，从根本上来说还是
局部最优的一个方法，从结论上来说实现了每个工况的局部最优，就能实现全局
最优，从而实现节能减排。
变风量控制策略：空调系统不光是阀门的控制，还有风量的控制，因此从节
能的角度来说，风量也是一个很关键的节能参数，因为风量本身只是一个搬运工作，其不产生冷热变化，所以如果能将搬运的能耗优化到最低，就是一个很好的
节能点，这里就产生了变风量控制策略，核心就是一点，通过对车间和空调出风
口的温湿度比较，来调节合适的风量，同时在根据车间内不同风量的温湿度场情况，来优化最佳送风风量。
4智能化展望
增效主要依托控制策略，其实不管是空调系统还是制冷系统，均为大滞后系统，无论如何调节，系统必然不可避免的出现震荡，只是通过控制策略的优化能
减少震荡的幅度，但是无法根除，这就体现了引入智能控制策略的必要性。
目前，智能控制策略体现在一个预判和预测上，通过对车间热湿负荷的计算
和预测，就能预判当前车间内的总体冷热量及未来的发展趋势，从而提前调节空
调系统，同理制冷机也是一样，通过对水管路内水的总体冷热量计算和未来的趋
势预测，就能预判当前冷冻水的总体冷热量，来提前根据冷热量趋势调节冷机。
从而实现最优。
目前，智能化在民用领域的辅助作用效果显著，但在工业领域，目前处空白，其实在工业领域有很多可以应用的点，比如维护维修的智能推送、巡检路径的智
能导航，巡检过程中的智能AR，以及设备本身的智能预检，智能预警等，均有不
少学者和企业在投入和开发。
预见不久的将来就可以投入到实际生产中。
5总结
从目前来看，烟厂的动力集控目前处于自动化末端阶段，即将迈入智能化。
硬件结构，网络结果已经相当成熟，只待国产化的进程逐步实施。
而其控制策略
的智能化，则通过最近几年各个烟草企业的大力科研投入，期望可以很快的成就
多个成熟工程案例，并逐步推广，从而实现烟厂动力车间的全面革新。
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