Profibus现场总线技术 资源循环利用自动控制系统的研究和应用

中国环境学会  2011年 03月30日

  余晓林
  湖北稻花香酒业股份有限公司 宜昌市夷陵区龙泉镇 邮编:443112 手机:1368727891


  摘要:“Profibus”是一种国际化、开放式不依赖于设备生产商的现场总线标准,湖北稻花香酒业股份有限公司与中船重工集团七一0研究所联合研发,将“Profibus现场总线”技术成功运用到白酒行业,研发经济适用的“资源循环利用自动控制系统”,实现资源循环利用和节能减排目标。
  关键词:总线技术 资源利用 研究与应用


  1、前言


  我国资源总量虽然较多,但人均占有量少。人均淡水资源量为2200立方米,仅为世界人均占有量的四分之一;人均耕地只有1.4亩,不到世界水平的40%;人均森林面积为1.9亩,仅为世界人均占有量的五分之一;45种矿产资源人均占有量不到世界平均水平的一半。节约能源资源,大力促进能源资源的高效利用和循环利用,是缓解能源资源约束矛盾的根本出路,是实现可持续发展的重要战略目标。国务院关于加强节能工作的决定指出:“必须把节能工作作为当前的紧迫任务。近几年,由于经济增长方式转变滞后、高耗能行业增长过快,单位国内生产总值能耗上升,能源消耗增长仍然快于经济增长,节能工作面临更大压力,形势十分严峻。充分认识节能工作的紧迫性,增强忧患意识和危机意识,增强历史责任感和使命感”。
  实现企业经济的持续、快速、协调健康发展,必须把工作的重点放到优化经济结构、提高经济增长的质量和效益上来,切实改变高投入高消耗、高污染、低效率的增长方式,依靠科技进步和创新,构建资源节约的技术支撑体系,加大对资源节约和循环利用关键技术的攻关力度。推广应用节约资源的新技术、新工艺、新设备和新材料。大力支持资源节约和发展循环经济的重大项目建设,努力走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少,实现清洁生产,达标减排的目标。取得最佳经济效益和社会效益。走新型工业化道路,实施可持续发展战略,促进经济、资源和环境协调发展。
  作者简介:余晓林 、男、1954.1.19  湖北稻花香集团环保处处长
  湖北稻花香酒业股份有限公司与中船重工集团七一0研究所,联合研发的“稻花香白酒生产管理自动控制系统”将“Profibus现场总线”技术成功应用到白酒生产自动控制管理和节能减排、资源循环利用自动控制管理系统,使大规模生产自动控制和资源循环利用自动控制成为现实,并解决了行业内许多历史上无法解决的难题,推动整个行业技术进步。


  2、现场总线技术特点[1]


  “profibus现场总线”是目前国际上通用的现场总线标准之一,以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规,已成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准。其特点是:开放性好。是一个完全开放,与制造厂商无关、无知识产权保护障碍的现场总线标准。
  “profibus现场总线”安装在制造或过程区域的现场设备与控制室内的自控装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线称为现场总线。由于现场总线技术的出现,推动了现场智能设备和智能仪表的发展,促进了传统DCS 系统和PLC 系统的融合,并推动了FCS(以现场设备为基础形成的网络集成式全分布控制系统)的出现、发展和广泛应用。
  自现场总线概念提出以来,全球各大知名自控和仪表公司开发了数十种现场总线,目前在全球范围内被广泛认可的现场总线系统包括:PROFIBUS、FF、ControlNet、PROFINET、PNET等十大总线系统。
  稻花香酒业公司“资源循环利用自动控制系统”采用profibus现场总线和西门子的主控设备,是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点、双向通信的数据总线,是以分散的数字、智能化的控制设备作为网络节点,用数据总线相连接,实现相互交换信息,完成白酒生产自动控制系统研发并成功应用到资源循环利用自动控制功能的网络系统与控制系统。
  资源循环利用自动控制系统profibus总线结构,由现场级、控制级、操作和监视级、管理级四个层次构成。
  2、1 现场级主要由11个现场I/O站构成,每个现场子站的I/O模块连接该子系统的I/O设备。同时通过通讯模块EM200连接至profibus总线。现场站主要完成数据的4和设备的输出控制。
  2、2 控制级由西门子的PLS(可编程控制器)315-2DP构成。PLS是控制的核心,控制算法的实现,数据的双向通讯及总线的诊断等功能都由PLS来实现。
  2、3 操作与监视层包括现场触摸屏操作站、监控站和工程师站,是控制系统及控制子系统实现数据监视和设备操作的平台。触摸屏操作站主要分布在现场用于监控和操作本地设备;监控操作站是管理部门用于监控本部门或整个系统的设备;工程师站用于系统维护。
  2、4 管理级主要由控制系统数据库服务器构成。该服务器连接在以太网上,主要将控制级的数据向管理级传送,并加以分析整理,与企业管理信息系统连接,使控制系统信息作为管理信息系统信息的一部分为企业的决策提供依据。


  3、现场总线在资源循环利用自动控制系统中的应用
 

  3、1 余热综合利用[2]
  稻花香酒业公司有4个酿酒车间,设有4个离子交换及总管网控制I/O站。I/O站主要用于对离子交换设备的自动控制以及总管网流量及管网压力控制。通过自动循环加热和保温控制提高热效能,最大限度的降低锅炉燃煤用量。在锅炉节水管网中,将锅炉用水通过阴、阳离子交换器输送到丢糟班组的酒甄冷却器对酿酒过程进行冷却,冷却过程中进行热交换,通过锅炉储水罐将生产班组的冷却水收集起来,提高到60-80摄氏度,提供给锅炉使用,提高了锅炉进水温度。I/O站对水罐温度和余量进行实时检测,并根据锅炉车间的需要及时将热水通过保温管道输送到锅炉车间储水罐,同时自动记录输送给锅炉车间热水总量。该站通过Profibus总线实时向工程师站传送该站各种数据,并接收工程师站指令完成各种控制。
  锅炉车间I/O站主要完成锅炉和除尘用水的补给和计量,并完成对输送各个酿造车间蒸汽的计量。正常运行时,锅炉用水主要依靠酿造车间的冷却余水,系统自动根据锅炉的用水量向酿造一车间和二车间I/O站发出用水请求保证锅炉用水,当冷却余水不能维持锅炉用水时,系统自动开启锅炉车间离子交换设备,向锅炉补水。运行过程中自动记录锅炉消耗冷却水和自来水的用量,并通过Profibus总线向工程师站实时传递报表数据和设备运行状态。操作人员也可在工程师站通过Profibus总线对该站设备进行操作控制。该现场站设备还可通过安装在控制柜的触摸屏就地控制,同时在触摸屏上显示本站的各种运行数据,如自来水用量、锅炉好水量、节水总量等数据。
  稻花香酒业公司余热综合利用系统采用现场总线技术后,酿酒车间水源以车间本身的冷却水为主要水源,自来水为补充水源,酿酒车间冷却水经过各种过滤杀菌处理后,通过恒压供水方式供给4个酿酒车间循环使用,既节约了自来水用量,也降低燃煤用量。


  3、2 工业废水循环利用[2]
  稻花香酒业公司有3个包装车间,车间洗瓶水日排放量为2400吨左右,占工业废水排放量的80%,排放的洗瓶水中污染物COD浓度为180mg/L。通过对洗瓶机进行改造升级,改直接排放为循环使用。系统第一次和第二次洗瓶水采用循环水,第三次用新鲜自来水,确保洗瓶质量,并将循环水集中回收净化消毒等处理继续循环使用,最大限度提高工业废水利用率。 
  洗瓶水循环利用控制系统,共设4个功能相同的现场I/O站,每个I/O站主要用来完成控制该车间每台洗瓶机自动水循环和车间洗瓶水自动循环控制,系统自动记录每个生产车间及每条灌装线耗水量。工程师站运行在32位的Windows NT/ Windows2000平台上,实现全系统的组态及监控功能,通过Profibus总线对所有现场I/O站设备进行控制并完成数据采集,对全系统设备的工作状态及工艺流程进行监控,并向用户提供各种数据报表。
  除菌及包装车间循环水池I/O站,主要完成包装车间回收的洗瓶水除菌净化及沉淀自动处理,自动完成处理过程中自动加药等过程。经过除菌、净化处理达标的洗瓶水根据管网压力通过变频技术衡压向包装车间供水,实现循环利用。
  profibus现场总线技术在稻花香酒业公司应用,取得了良好的社会效益和经济效益。根据该公司资源消耗统计数据显示,2008年,公司节约燃煤20%,年节煤1200多吨;包装车间洗瓶废水循环利用率达到64.28%,新鲜用水由140万吨降低到50万吨,年节约用水90万吨,同时实现了年减排化学需氧量798吨,单位产值能耗(吨标煤/万元)降低4%,减少SO2 和烟尘排放量分别为:19.31吨、4.82吨,资源循环利用和节能减排的目标。


  4、现场总线技术在实践中应用及结论


  在白酒行业,随着市场竞争的日益激烈,一些发展迅速的企业,迫切需要通过管理和技术的革新,使企业的规模和竞争力更上一个新台阶。稻花香酒业公司为了大规模提高产量、保证质量、提高生产效率,同时降低运行和管理成本、减少设备检修维护成本、缩短维护周期、实行状态检修,需要对设备状态进行监视,并将各工艺段自动化系统整和在一起。该公司采用的现场总线技术,不但使白酒勾兑的自动控制成为现实,并彻底解决了现场控制自动化孤岛问题和管理与生产的信息脱节问题。
  稻花香与七一0研究所应用“Profibus现场总线”技术联合研发的“稻花香白酒生产管理自动控制系统”获“湖北省重大科学技术成果”(湖北省科学技术厅2007.5登记号EK070574)。并获得7项国家“发明专利”和5项“实用新型专利”,该项技术填补了我国白酒生产行业应用中的空白[3]。
  目前,全国大型白酒企业都在进行大规模的扩建和技术改造,“Profibus现场总线”技术具有极高的应用价值和推广价值,稻花香酒业公司将该技术成功应用到白酒食品行业,使大规模生产自动控制成为现实,将进一步促进行业实现现代化管理和经济的发展,同时,该公司采用“Profibus现场总线”技术研发的资源循环利用自动控制系统,对整个行业的生产自动化控制管理、节能减排及环境保护都有划时代的意义。
   
  参考文献
  [1]陈月婷、何芳(济南大学学报《自然科学版》2007.3期)
  [2]杜帮云、谢永文《稻花香白酒生产管理自动控制系统》2007.4
  [3] 中国科学技术信息研究所(科技查新报告《Profibus现场总线技术在白酒生产中的应用》2007.3.30编号:20071100100108)

 
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