（浙江科力车辆控制系统有限公司 浙江江山 324100）
摘要：近几年，国内环保安全监管对化工行业日益严格，一些老旧企业在当初投资少，加上当时化工设备的监视系统落后，既采用大型仪表集中对各个重要设备状态进行监视，并通过操作盘进行操作，存在设备自动化程度不高，人工操作强度大等问题。这些传统粗放型的生产模式将难以维持，生产企业不得不寻找更环保又安全可靠的生产设备，非标撬装式化工设备就是一个很好的选择。由于DCS 系统庞大且昂贵，使得DCS系统不适合在撬装式设备上使用。随着可编程控制器成熟的应用各个行业设备上，在生产管理中又能处理大量的物理量、模拟量、工艺参数以及灵活编程等，满足在非标撬装式设备上的使用需求。
关键词：PLC HMI人机界面 Fly Listen IoT云平台 物联网
中图分类号： TP273 文献标识码：A
引言
众所周知，化工生产是一个高危险的行业，人员的安全、生产的安全、工艺的安全是时刻保持最高的警惕。2019年3月21日，江苏盐城市响水县天嘉宜化工有限公司发生爆炸事故就牵动了大家的心，事故造成了78人死亡，失联28人，重伤66人惨痛教训。此次爆炸事故性质严重，针对生产企业提出对工艺的可控性、系统的稳定性、流程合理性以及事故提前预判报警的要求，给设备制造厂商出了一个更大的难题。科技不断创新，自动化程度不断提高。越来越多的客户需要监视设备的运行状态和运行参数，必要时还需进行数据实时显示、报警实时记录和历史数据存储等。MCGS就是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视化好特点。通过可编程控制器对现场的数据采集处理，MCGS以动画显示、报警提示等方式向客户反映实际生产问题。
1、自控系统是设备的核心
撬装式化工设备的核心有一套自控系统，该系统将设备中的仪表、泵、调节阀等通过控制线路与PLC连接。PLC与HMI组态通讯并接入IoT物联网云平台，搭建成监控一体的化工撬装式设备自动控制系统。在设计之初，设计人员就紧紧围绕更安全、更智能的目标。所以在设计控制程序时，采用模拟量闭环控制方式，更精准的控制化工工艺的各项参数指标，并引入了精益生产与精细化管理理念，新增设备OEE分析和系统Andon功能程序。同时将该系统对接上物联网云平台，即可实现对设备的远程查看和控制。
2、OEE和Andon的功能
两大功能给设备制造商和化工生产企业增加效益。在化工企业规划方面，OEE可以为企业规划提供客观科学的決策依据，为企业提供很多增值意见和建议。同时在生产管理方面，对OEE进行数据分析，可以规避潜在风险，降低设备六大损失，挖掘设备大潜能。若生产过程中发现了设备异常时，还能通过Andon功能在最短的时间里将信息传递出去，使问题能够快速解决，使生产能够平稳进行，提高效率。设备制造商方面还可以通过云平台监测数据，分析设备质量和生产工艺，为设备后期的设计优化和工艺改进提供依据。
3、FlyListen超声波探测器
此次江苏响水爆炸事故性质严重，对化工园区的安全生产问题也提升了更高层面关注。但事故的预防单靠人为的管理是很难做到提前防范的。目前依赖人工携带仪器进行逐点测量，大型化工设备有几万个检测点，导致人力投入巨大，测量间隔周期很长，漏点生成随机分布，刚检测过地方可能又会发生泄漏，无法实现低成本实时在线监测，无法根治VOCs排放问题。FlyListen产品就能实现化工设备海量泄漏点实时在线监测。监控系统中将使用全国首创并获得德国红点设计大奖的FlyListen超声波检漏探测器，一台设备有三个探头，每个探头可以监测15米范围内多个潜在泄漏点。一旦发现潜在泄漏及时云端报警，为安全生产保驾护航。随着万物互联的发展，物联网解决方案和措施正是弥补这一不足。
4、监控系统构成介绍
4.1硬件选型
在系统硬件选型时，根据撬装式设备
上的仪表与执行部分的功能和数量，以及化工生产工艺的逻辑分析，选择合适的电气配件和模块。按要求必需系统要可靠、运行稳定、安全系数高等特点，以及系统要集成安装在非标撬装式设备上面。所以，在选型搭配时我们就遵循非标撬装式化工设备在现场建设工程量小，建设周期短，运行维护简单的特点展开。考虑中小型的电气配件就能满足非标撬装式化工设备上使用。如：三菱FX系列PLC、FX3U系列A/D和D/A模拟量模块、FX2N系列I/O扩展模块、昆仑通态MCGS触摸屏、GM10-DTU、EMCP物联网云平台等。这些型号的电气配件组成监控系统，已经非常成熟和稳定的运行在各行各业中，其运行稳定性、安全性都可以得到保证。
4.2 PLC程序设计方法
非标撬装式化工设备的自控系统中，可编程控制器PLC起到关键作用。根据分析化工生产工艺流程和系统控制要求，设计程序时以满足工艺控制和安全为目的，通常情况下采用经验法和顺序控制相结合的办法，实现PLC模拟量闭环控制。闭环控制中，被控量c（t）（例如：温度、压力、流量、液位等）是连续变化的模拟量，大多数执行机构（例如电动调节阀和变频器等）要求PLC输出模拟信号mv(t)，而PLC的CPU只能处理数字量。c（t）首先被测量仪表（传感器）和变送器转换为标准的直流电流或直流电压信号pv（t），(例如4-20mA和0-10V信号)PLC用模拟量输入模块中的A/D转换器将它们转化为数字量pv（t）。
模拟量和数字量之间相互转换和PID程序执行都是周期性操作，其间隔时间为采样周期Ts，各数字量括号的n表示变量时第n次采样计算的数字量。sp(n)是给定值，pv(n)为A/D转换后的反馈量，误差ev(n)=sp(n)-pv(n)。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆D/A转换器将PID控制器输出的数字量mv(n)转换为模拟量（直流电压或直流电流）mv(t),再去控制执行机构。
OEE表示设备综合效率，它用来表现实际的生产能力相对于理论产能的比率。设备综合效率由可用率、表现性以及质量指数三个关键要素组成。（设备OEE= 时间开动率×性能开动率×合格品率）在设计PLC控制程序时增加一套OEE算法，将PLC采集相关的数据代入公式并计算，可以得出设备的综合效率并传送到上位机HMI中显示。
Andon作为精益生产管理的一个核心功能, 在设备生产过程中发现故障异常时，能通过系统在最短的时间里将信息传递出去，使问题能够快速解决，使生产能够平稳进行，提高效率。在设计PLC控制程序的时，大量的使用比较指令（ZCP、CMP），对生产工艺数据和设定参数以及通过PLC采集的现场仪表数据进行比对分析，实时监视着安全生产。若监测异常时，先由设定的PLC控制程序判断是否停机，并把数据传输到上位机HMI中显示，同时通过物联网把消息推送到指定维修人员的移动设备终端上报警提示。
4.3 HMI组态设计
非标撬装式化工设备的自动程度越来越高，人与设备互通只需通过一台触摸屏就能得到想要的数据。MCGS组态软件就是集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出为一身，具备专业水准的计算机系统软，克服了传统检测和控制装备的弊端，实现了高效、便捷自动化控制。
MCGS系统组态的一项重要工作就是用生动的图形界面、逼真的动画效果来描述实际工程问题。在用户窗口中，通过对多个图形对象的组态设置，建立相应的动画连接，用清晰生动的画面反映工业控制过程。在用户窗口中创建一个新的窗口，根据所需的名称更改即可。进入新的窗口后点击工具箱中的“插入元件”按钮等，选择适合的图形对象，完成后对每个对象进行功能设定，完成组态后就构成整个检测系统监控画面。
另外，还需建立画面用于系统检测时的实时数据记录（如图九所示），并用类似Basic语言命令（!SaveSingleDataInit，!FlushDataInitValueToDisk，!ExportHisDataToCSV）来处理特定画面的程序，把记录的实时数据转到历史数据库中，方便后期存储U盘进行数据分析和对比（如图十所示）。在检测中若出现监控数据大于设定值，检测系统将停机并报警记录（例：超温报警、超压报警等）。
4.4 FlyListen功能
Flylisten产品采用低功耗、低成本、实时在线监测技术。探测器被置于CALL网络覆盖范围内，可自动加入CALL网络，开始执行24小时不间断管道节点监测。一
台有三个探头，每个探头可以监测15米范围内多个潜在泄漏点。一旦发现潜在泄漏及时云端报警，人员带手持设备到现场进行精确定位，彻底解决VOCs主要来源泄漏监测难题。Flylisten获得过工业设计界的奥斯卡德国红点奖。
4.5 IoT云平台接入
GM10-DTU 是用于EMCP物联网云平台连接下位设备所用的 GPRS 网关，GM10-DTU利用 GPRS 网络实现 Modbus 数据自动采集和传输。EMCP是一个工业级物联网云平台，通过EMCP平台可实现将数据传输、处理、存储、展示、用户管理、报警等功能，从而实现工业设备远程监控。
MCGS触摸屏串口与DTU网关用RS485做通讯连接，先建立MCGS从站，在MCGS设备窗口中添加“通用串口父设备”和“Modbus 串口数据转发设备”。打开设备编辑窗口，设置Modbus转发设备属性和添加变量，作为EMCP云平台定时采集MCGS的数据。在MCGS用户窗口中添加输入框，对应内容设定定时读取变量，以及设备维修的报警按钮。
登录 EMCP 平台，对 EMCP 云平台进行设置。打开“后台管理—>模块管理”页面，然后就可以使用“远程配置”功能来配置 DTU 的各项通讯参数和功能参数等。
5、测试结果
打开模拟运行MCGS软件、登入手机APP 和Web物联网云平台，查看定时采集数据的实时显示，模拟Andon报警信息也能立即传输至云平台，云端可远程操控可编程控制器输出Y状态。届时，非标撬装式化工设备满足企业各方面需求，不仅在化工过程控制中发挥着重要作用，也是非标化工设备及化工生产过程的发展趋势和方向，它将开启化工生产设备新的时代。
6、总结
未来，化工企业的安全生产监管会加强与物联网平台创新与合作。非标化工撬装式设备商和化工生产企业期待已久Flylisten超声波探测器的诞生就能解决安全生产的痛点问题。
“物联网+自控系统”是新时代设备制造商发展的曙光，物联网将引领制造业成就破局之路，整个制造业未来发展需要基于物联网的人机连接，结合软件和数据分析，重构新时代制造业、激发生产力、提升产品附加值。
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【4】马国华.监控组态软件的发展趋势与现状【J】自动化软件论坛，2003，7
论文作者:周超,周小强
论文发表刊物:《科技新时代》2019年8期
论文发表时间:2019/10/12
标签：设备论文; 非标论文; 系统论文; 组态论文; 数据论文; 化工设备论文; 平台论文; 《科技新时代》2019年8期论文;