設備遠程停送電技術方案設計

張 威

(北京金自天正智能控制股份有限公司)

0 引言

隨著工業領域的信息化建設不斷深入, 除了互聯網以外, 云技術、大數據以及人工智能等技術, 也相繼在工業生產中得到應用, 通過以上先進技術手段,工業生產中的各設備也實現了遠程智慧停送電。本文以某鋼鐵企業為對象, 在生產中為了達到現場操作換牌信息化的目標, 針對場中所有設備的檢修操作流程開展了創新, 重點采用線上智能化改造的手段, 初步實現利用手機、集控室、現場設備大屏實施遠程停送電?；诖? 針對設備遠程停送電的實現, 本文主要探討遠程停送電技術方案的設計, 提出可靠的設計建議, 著重體現各項設備遠程控制的智能化。

1 項目概況

該鋼鐵企業已有三條產線, 已經完成了部分信號進入能量鎖的改造, 冷床后設備已經有一套能量鎖系統, 即西門子S7-300 主站帶一從站, 能量鎖數量為18 個; 軋線區包括兩套能量鎖系統, 均為西門子S7-300 主站帶兩從站, 能量鎖數量為41 個; 軋線區包括一套能量鎖系統, 是西門子1500 主站帶兩從站?？傮w來說, 能量鎖系統和現場操作系統并未實現聯鎖。

該企業中已有設備進行定期檢修, 發現故障緊急搶修時間會對企業經濟效益產生直觀影響。因為設備停電檢修相關人員數量多, 而且面臨較大的人為因素影響, 安保措施也會面臨隱患, 從而增加管理難度。為此, 針對以上問題, 需要針對設備進行智能化改造, 進行遠程停送電設計。

2 設備遠程停送電技術設計方案

2.1 遠程停送電流程

此次設計設備遠程停送電, 計算機應用系統和手機APP 對接, 提出檢修申請, 利用能量鎖實現遠程停送電。其中應用PLC 對停送電狀態進行反饋, 電子智慧安全牌則代替傳統的紙質安全牌, 在集控室內實現統一調度, 為人員集中的管理、操作便捷性提供支持。遠程停送電流程見圖1。

2.2 總設計思路

項目以車間區域進行劃分, 分別為一線、二線軋線、三線軋線, 并且針對原能量鎖系統整改、新增設備、區域能量鎖等提出設計的建議。

(1) 原能量鎖系統整改建議。ER1 電氣室安裝1臺服務器, 服務器與CS1 操作臺之間鋪設光纖, 起到連接內網的作用; 服務器和1 級交換機之間鋪設一根網線。除此之外, 還需增加一臺交換機。原能量鎖系統主站接入網絡到1 級系統, 并在兩者之間建立通訊,1 級系統顯示能量鎖狀態, 上位機畫面修改狀態顯示。設備取牌之后便不能在畫面操作。整改時還需更換新的從站操作柜, 新操作箱安裝了工業平板, 并在轉換開關以外新增保護罩, 重新接入信號后組織調試。

(2) 新增設備。ER1 電氣室需要新增S7-300PLC, 該設備包括雙網卡模塊, 可以支持1 級控制網絡、內部從站交互網絡。待接入了信號點后, 粗中軋、精軋、加熱爐區需要依次增加一臺操作箱。此外, 增加加熱爐遠程站, 并由ER2 電氣室開始, 一直到加熱爐從站之間鋪設光纖。要求其中一組光纖作用于PLC 通訊, 一組光纖負責服務器和工業平板之間的數據交互。最后工作人員需要調試精整操作室的12m 鏈收集操作箱。

(3) 區域能量鎖。雖有生產線均要增加區域能量鎖設備, 在遠程停送電平臺中也增加了區域停送電流程功能, 工作人員可以直接通過觸摸屏實現遠程停送電操作。

2.3 遠程停送電架構設計

2.3.1 系統物理拓撲網絡架構

因為該企業三條產線之間有一定距離, 加上網絡具有特定性, 在手機端APP 中, 發揮企劃部防火墻、反向代理的作用, 與相應產線服務器連接, 便可以滿足人員認證、能量鎖操作臺申請檢修、能量鎖遠程停電、接收通知操作等各項操作需求。如果是PC 平臺管理端和集控室, 便可以連接服務器, 展開內網通訊操作。物理拓撲結構圖如圖2。

圖2 物理拓撲結構圖

2.3.2 系統平臺軟件架構

此次設計設備遠程停送電控制系統, 是在springboot+springcloud 微服務整體框架基礎上行進行, 系框架可以實現7*24h 連續運行, 且能夠保證安全性、穩定性、可操作性、可擴展性。此外, 終端方面可同時在PC 和手機APP、集控室點控屏中進行操作, 滿足了多端協同操作的要求。

2.4 遠程停送電流程設計

1) 整體流程

此次設計采用中小棒電子換牌系統, 主要涉及移動端手機APP、能量鎖操作臺觸控界面、集控室PC 端這三個部分。移動端手機APP 負責錄入用戶的個人信息, 能量鎖操作臺則進行停送電的具體操作, 集控室PC 端的功能為是否允許分閘停電。整體流程如圖3。

圖3 整體流程圖

2) 取牌設計

檢修取牌的這一環節, 設計人員對電子換牌系統, 主要利用ERP 系統得到任務計劃、臨時性錄入檢修任務計劃。開始檢修之后, 檢修人員在能量鎖操作臺上, 提出目標任務的檢修申請, 同時停止設備的運行。執行檢修任務過程中, 涵蓋了申請人、目標設備、開始時間、結束時間、預計檢修用時、檢修說明等內容。當集控室獲得檢修任務信息后, 便會檢查HMI 界面的運行情況, 決定是否同意檢修允許停電操作。如果同意檢修, 且允許分閘, 那么任務步驟將重新返回能量鎖操作臺, 能量鎖操作臺操作能量鎖, 達到最終停電的操作效果。系統在智能換牌時, 作業通知主要利用能量鎖操作臺, 通過語音加界面這種形式, 用于聯系檢修工。

3) 還牌設計

檢修還牌的設計過程中, 檢修人員在能量鎖操作臺上提出還牌申請, 集控室在獲得還牌申請后, 值班員結合實際, 對是否允許送電做出判斷。確定集控室允許送電, 能量鎖操作臺便會快速收到還牌通知, 促使能量鎖執行送電指令, 集控室合閘后即完成還牌。

4) 交叉作業

此次設計中的交叉作業, 包括機械、電氣、流體的工作人員, 在同一時間段針對同一臺設備申請檢修。一般交叉作業程序會以員工為對象, 自動生成檢修任務, 并根據“取牌流程”以及相應步驟執行操作, 彼此之間不會產生影響。設備目前執行檢修任務過程中, 設備狀態將被調整為檢修狀態, 檢修工提出設備的檢修申請, 無需經過集控室允許, 但卻可以將檢修申請記錄予以保留。此外, “還牌流程”判斷設備當下是否存在檢修任務, 若還牌申請設備面臨檢修任務需要完成, 檢修工僅還牌, 當最后一名檢修工提出還牌申請后便可以還牌, 從而表示設備可送電。

5) PLC 控制系統

此次設計中的配電柜, 對其進行遠程分合閘改造。遠程分合閘系統PLC 負責采集抽屜單元回路需要讀取的所有元件狀態數據, 隨后發出控制指令, 完成低壓塑殼斷路器分合閘處理。利用軌道巡檢機器人、球形數字高清攝像頭, 按照系統傳輸的分合閘數據,實時跟蹤并監控動作回路, 采集到現場畫面后傳輸到集控室中, 從而實現低壓供配電系統送電。

6) 控制系統數據中繼

PLC 數據利用OPC (Object Linkingand Embedding for Process Control, 過程控制的OLE) 協議進行轉換,成為上層軟件所需數據[1]。這里提到的OPC 協議, 是面向過程控制提出的一種設計標準, 訪問現場設備過程中, 采用統一的標準接口, 并提供給用戶。OPC 的應用, 建立Windows 應用程序、現場過程控制應用之間的聯系[2]。此外, OPC 標準在微軟公司提出的OLE技術要求下, 利用標準OLE/CUM 接口, 將OPC 技術和OLE 2 技術結合, OLE 標準可以支持不同的微機實現文檔與圖形的交換。因為OPC 具有協議轉換功能,所以在遠程停送電設計中, 可以將各協議轉換為滿足用戶需求的通訊協議。利用OPC 協議和PLC 控制系統連接, 對數據上傳、下達加以控制, 以指令控制WEB 端、移動端, 實現對設備的遠程停送電操作。

7) 停送電流程APP

作業現場所有工作人員通過移動端APP 界面提出停電申請, 按照具體的流程需求, 設置一級審批、二級審批。其中一級審批需要在調度室審批后進行停送電操作, 而二級審批則是調度室完成審批后, 再由上級領導審批, 只有通過兩級審批方可進行停送電遠程控制[3]。待通過了審批后, 電工按照指令進行停電處理, 此時程序便會按照接收到的指令自動執行電子掛牌。如果有多名工作人員面向一臺設備展開停電操作, 那么電子掛牌數量也會增多。電子掛牌數量為零, 此時可達到送電要求。

按照規定, 提出設備停電申請的工作人員同樣具有送電申請的權限, 這主要是為了避免流程混亂, 也為操作回溯提供了方便[4]。若施工人員交接時并未完成停電操作, 那么提出停電申請工作人員便可以向下一班操作人員進行記錄轉接, 繼續執行送電申請操作。

3 設計效果

設備遠程停送電系統設計完成后, 分別對手機端申請、確認、查看流程等進行測試。通過測試得出結論, 在系統中增加人員定位功能, 工作人員務必要在廠區200m 內, 進行手機終端的有效操作, 以免工作人員未到時, 提前申請停電。此外, 在系統中增加檢修、點檢方、電氣人員三方確認流程, 確保停送電操作能夠由多方同時知曉并確認。

4 結束語

綜上所述, 根據鋼鐵企業實際, 針對設備進行遠程停送電控制, 大力應用云計算、大數據以及人工智能等技術手段, 一方面可以提高設備控制與管理的效率與精度, 保證生產質量。另一方面在遠程停送電的作用下, 一旦發現設備故障, 可以馬上通過手機APP 或者其他操作端進行處理, 避免故障影響范圍擴大, 從而為設備的運行穩定性、安全性奠定了基礎。