一種基于無線網(wǎng)絡的區(qū)域化能源計量解決方案

劉巖

[摘 要]鋼鐵企業(yè)對節(jié)能減排的關注度明顯提高，而在生產(chǎn)過程中能源計量數(shù)據(jù)真實的反映了鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營狀況和管理水平。近年來，隨著信息技術的迅猛發(fā)展，鋼鐵企業(yè)形成了以大型PLC和組態(tài)軟件為核心的能源計量網(wǎng)絡。本文針對單介質(zhì)區(qū)域化的能源計量需求，提出了一種以智能網(wǎng)關為核心的解決方案，不僅滿足計量需求還能達到節(jié)省投資、簡化施工成本和提高企業(yè)信息化的目的。

[關鍵詞]能源計量；無線傳輸；MODBUS；OPC

中圖分類號：TD327.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）16-0098-01

1.引言

鋼鐵企業(yè)的日常生產(chǎn)管理離不開能源計量數(shù)據(jù)，產(chǎn)品質(zhì)量的改進要以精確的計量數(shù)據(jù)作為參考標準，企業(yè)日常生產(chǎn)經(jīng)營計劃的制定要通過能源計量信息進行調(diào)整和制定。

國外發(fā)達國家在能源計量方面起步較早，一些鋼鐵企業(yè)根據(jù)自身需要針對不同能源種類設置了計量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)功能包括能源數(shù)據(jù)的采集和信息管理分析能。我國冶金行業(yè)能源計量系統(tǒng)起始于上世紀八十年，隨著信息技術的發(fā)展，國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)紛紛建立自己能源管控中心。

2.需求分析和總體設計

針對某壓縮空氣節(jié)能改造工程，本系統(tǒng)主要采集一期，三期空壓站各管道壓縮空氣流量和空壓站內(nèi)空壓機、干燥機的耗電量。根據(jù)系統(tǒng)測得的累計流量、壓力和電能經(jīng)過計算后為下一步空壓機系統(tǒng)深度改造提供依據(jù)。

壓縮空氣計量系統(tǒng)通過交換機連接至公司現(xiàn)有能源計量網(wǎng)絡，其數(shù)據(jù)需要提供給公司現(xiàn)有能源計量網(wǎng)絡，壓縮空氣管道共14點，其中7點儀表用壓縮空氣，7點普通壓縮空氣；一期和三期空壓站內(nèi)及干燥機共有空壓機16臺，系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

3.系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 壓縮空氣流量監(jiān)測

本系統(tǒng)壓縮空氣流量采集現(xiàn)場設備采用“無線傳輸，在線安裝”的方式。首先，現(xiàn)場壓縮空氣管網(wǎng)復雜，監(jiān)測點位置相對分散，若采用傳統(tǒng)有線流量測量儀表一方面增加施工難度，另一方面管線的布置和電纜成本也較高。其次，在線安裝可以最大程度減少工期對計量周期的影響。每個流量數(shù)據(jù)采集點需分別采集流量、壓力和溫度三個實時參數(shù)。在壓縮空氣傳輸過程中，管道中被測氣體的壓力溫度都在不斷變化，這樣被測氣體的密度也就不斷在進行著變換，因此在系統(tǒng)檢測中引入了流量補償功能。

本系統(tǒng)流量采集的核心部分為艾默生智能無線網(wǎng)關1420。網(wǎng)關和現(xiàn)場儀表及無線中繼設備建立自組網(wǎng)絡，并且能在不斷變化的環(huán)境中對接入系統(tǒng)的設備進行自動管理和通訊。1420網(wǎng)關最多能和現(xiàn)場100臺設備進行無線通訊，并能通過以太網(wǎng)、Modbus、串行、OPC、以太網(wǎng)和HART輸出與數(shù)據(jù)歷史庫、傳統(tǒng)主機系統(tǒng)和其它局域網(wǎng)應用系統(tǒng)連接。

3.2 空壓機電量采集

本次壓縮空氣改造項目中，需對一期、三期空壓站內(nèi)的空壓機和干燥機的耗電情況精細化的統(tǒng)計和分析，從而為后續(xù)節(jié)能效果進行精準的評測。

三相全參數(shù)電量采集模塊采集能夠精確采集空壓機和干燥機運行狀態(tài)下的各種電量參數(shù)，同時電量管理器還具有累計電量統(tǒng)計功能。

3.3 系統(tǒng)通訊協(xié)議

本系統(tǒng)現(xiàn)場采集設備和上位機采集計量系統(tǒng)的通訊方式為MODBUS TCP通信協(xié)議，而上位機采集系統(tǒng)和公司先用能源計量網(wǎng)之間則采用OPC通信方式。

本項目中，現(xiàn)場現(xiàn)有能源計量網(wǎng)上位機為運行在Windows系統(tǒng)上的CITECT系統(tǒng)，本次能源計量子系統(tǒng)上位機采用組態(tài)王軟件，將組態(tài)王設置為OPC server，CITECT作為OPC client既能保證數(shù)據(jù)的實時性同樣也滿足現(xiàn)場需求。

MODBUS 協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。而將MODBUS幀嵌套到TCP幀中則稱之為MODBUS TCP協(xié)議。

系統(tǒng)通信協(xié)議的選取遵守簡單性、開放性和實時性的原則，OPC和MODBUS協(xié)議均已廣泛引用于工業(yè)監(jiān)控領域，這樣也為本系統(tǒng)的擴展提供了最大的可能。

4.運行效果

能源計量子系統(tǒng)上位機部分是基于亞控公司的組態(tài)王6.55開發(fā)的。在保證數(shù)據(jù)實時性、準確性的基礎上，開發(fā)了權限登錄、報表顯示、歷史曲線查詢等功能，同時提供給使用者簡明直觀易操作的人機交互界面。系統(tǒng)運行效果如（圖2）所示：

5.結束語

隨著信息技術的迅猛發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡技術已廣泛應用于工業(yè)自動化領域，一方面無線通訊技術可以最大限度的克服現(xiàn)場復雜的布線環(huán)境減少成本，另一方面隨著無線技術的發(fā)展，無線設備本身的成本也在逐步趨于穩(wěn)定。以通用的通訊方式進行數(shù)據(jù)交互，既能保證系統(tǒng)通訊穩(wěn)定，又能最大限度的保證了系統(tǒng)的可擴展性。

本文針對單介質(zhì)區(qū)域化的能源計量需求，提出了一種以無線智能網(wǎng)關為核心的解決方案，在硬件設備投資和現(xiàn)場施工費用方面相較于傳統(tǒng)計量方案有很大優(yōu)勢，系統(tǒng)實際運行情況穩(wěn)定，達到計量需求。

參考文獻

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