基于RealInfo的水泥企業(yè)能效管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

林 希，汪 華

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230051）

目前國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)正面臨一個(gè)產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩的現(xiàn)實(shí)，水泥企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)壓力越來(lái)越大，所以水泥生產(chǎn)成本控制就變得越來(lái)越重要。而煤耗和電耗又是水泥生產(chǎn)成本最重要的兩個(gè)部分，占到水泥生產(chǎn)成本的90%以上，所以如果能夠通過(guò)一定的手段和途徑降低煤耗和電耗，有效降低水泥生產(chǎn)成本，將能大大提高水泥企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 水泥企業(yè)能效管理的現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)部分水泥企業(yè)生產(chǎn)管理狀況的調(diào)查走訪發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用能效管理系統(tǒng)來(lái)全面管理整個(gè)水泥生產(chǎn)線的耗能現(xiàn)狀、能源利用損失情況、設(shè)備效率、能源利用率、綜合能耗等參數(shù)的水泥生產(chǎn)企業(yè)還非常少，絕大多數(shù)水泥企業(yè)還停留在通過(guò)DCS系統(tǒng)報(bào)表分析的階段，不僅效率低，而且很難做到全面了解整個(gè)水泥生產(chǎn)線的耗能現(xiàn)狀。

最近幾年，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了一些能效管理的軟件產(chǎn)品，而其應(yīng)用方向主要是民用的建筑，如醫(yī)院或者寫字樓等。其中，也有一些公司嘗試將民用的這些能效管理的軟件產(chǎn)品推廣到水泥生產(chǎn)線的能效管理項(xiàng)目中，但應(yīng)用效果并不理想，出現(xiàn)了“水土不服”的狀況。究其原因就在于水泥生產(chǎn)線是一個(gè)連續(xù)性很強(qiáng)的過(guò)程控制系統(tǒng)，且設(shè)備能耗狀況和能耗分布有其專業(yè)特殊性。雖然國(guó)外公司，如ABB，施耐德等，也針對(duì)水泥企業(yè)開(kāi)發(fā)出了能效管理系統(tǒng)，但目前尚處于推廣階段，且價(jià)格十分昂貴，很少為國(guó)內(nèi)水泥生產(chǎn)企業(yè)所接受，所以開(kāi)發(fā)出一套針對(duì)水泥企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)的國(guó)產(chǎn)化能效管理系統(tǒng)，幫助國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)實(shí)現(xiàn)用煤和用電的精細(xì)化管理就顯得非常迫切和必要。

2 基于RealInfo的水泥企業(yè)能效管理系統(tǒng)介紹

RealInfo是國(guó)產(chǎn)監(jiān)控組態(tài)軟件的優(yōu)秀代表，自帶實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，具備與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的通用接口，可以融入改造過(guò)的C語(yǔ)言代碼，二次開(kāi)發(fā)能力較為強(qiáng)大，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水泥生產(chǎn)線的能效管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以減少大量的基礎(chǔ)代碼的編寫工作，是理想的能效管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，下面將從硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。各結(jié)構(gòu)層詳細(xì)描述如下：

①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)站：系統(tǒng)內(nèi)最底層的數(shù)據(jù)來(lái)源，主要是各個(gè)控制室的電能計(jì)量?jī)x表（如窯頭窯尾控制室等）和水泥生產(chǎn)線現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)以及一些必要的但是無(wú)自動(dòng)采集源，需要人工行為錄入的數(shù)據(jù)終端構(gòu)成。

②隔離集中站：數(shù)據(jù)采集終端安置點(diǎn)，如串口服務(wù)器等，此種設(shè)計(jì)能夠極大地減輕服務(wù)器數(shù)據(jù)采集的工作量，體現(xiàn)出分布式結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)，使得維護(hù)和管理簡(jiǎn)化。

③數(shù)據(jù)中心站：管理著從隔離集中站采集過(guò)來(lái)的底層設(shè)備數(shù)據(jù)及人工錄入的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析、存儲(chǔ)等一系列功能。

④外界交流站：提供對(duì)外系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，如OPC通訊等，此設(shè)計(jì)便于與其它獨(dú)立系統(tǒng)相互交換數(shù)據(jù)。

⑤系統(tǒng)邏輯站：主要是代碼編寫和功能模塊設(shè)計(jì)，還包括平臺(tái)結(jié)構(gòu)規(guī)劃等一系列邏輯性組織的主要工作。

⑥人機(jī)界面站：又稱用戶界面或使用者界面，是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口，通常使用IE瀏覽器進(jìn)行訪問(wèn)，也可在服務(wù)器端直接訪問(wèn)，用戶可以在此處登陸能源管理系統(tǒng)并使用。

（2）硬件系統(tǒng)組成見(jiàn)圖2。

圖2 硬件系統(tǒng)架構(gòu)圖

本系統(tǒng)采用分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)從功能和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上可分為數(shù)據(jù)采集層（現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備）、數(shù)據(jù)傳輸層（通訊設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)）和數(shù)據(jù)管理層（能源管理系統(tǒng)軟件）三部分組成。

①數(shù)據(jù)采集層。

數(shù)據(jù)采集包括能源數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和工藝參數(shù)數(shù)據(jù)采集三個(gè)部分。

能源數(shù)據(jù)采集由分布于各個(gè)控制室的電能計(jì)量?jī)x表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主要電能數(shù)據(jù)包括：I-電流、U-電壓、P-有功功率、Q-無(wú)功功率、PF-功率因數(shù)、E-電度量等。電能計(jì)量?jī)x表應(yīng)遵循DL/T645通訊規(guī)約協(xié)議。

在窯頭，窯尾，水泥磨等控制室中設(shè)置串口服務(wù)器，串口服務(wù)器提供串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)功能，能夠?qū)S-232/485/422串口轉(zhuǎn)換成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)RS-232/485/422串口與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。使得串口設(shè)備能夠立即具備TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口功能，連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，極大的擴(kuò)展串口設(shè)備的通信距離。

絕大多數(shù)水泥生產(chǎn)線的大部分生產(chǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，如原煤用量、熟料產(chǎn)量，溫度，壓力等參數(shù)已采集或錄入到DCS系統(tǒng)中。信息平臺(tái)通過(guò)OPC方式采集DCS的有效信息到本平臺(tái)，對(duì)原DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)沒(méi)有任何影響。

②數(shù)據(jù)傳輸層。

數(shù)據(jù)傳輸層主要由光纖，光電轉(zhuǎn)換器，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)將全廠各控制室的串口服務(wù)器連在一起，是連接數(shù)據(jù)采集層和數(shù)據(jù)管理層的紐帶環(huán)節(jié)，承擔(dān)著本地?cái)?shù)據(jù)緩存和向上與數(shù)據(jù)管理層交換數(shù)據(jù)的功能。

③數(shù)據(jù)管理層。

圖3 能耗指針

數(shù)據(jù)管理層是能效管理系統(tǒng)的最高層，數(shù)據(jù)管理層的全部設(shè)備放置在水泥生產(chǎn)中控室或工程師站內(nèi)，主要由1臺(tái)配置了RealInfo的服務(wù)器和打印機(jī)等構(gòu)成。該層完成接受現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)層和DCS系統(tǒng)上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，并以數(shù)字、曲線、報(bào)表等形式顯示在屏幕上。

圖4 能耗趨勢(shì)圖

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)水泥企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)和能效管理目標(biāo)，軟件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)三大功能。

（1）能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視及對(duì)比。對(duì)于水泥企業(yè)來(lái)說(shuō)，電耗和煤耗是其生產(chǎn)的兩項(xiàng)核心指標(biāo)，電耗又可細(xì)分為生料電耗，煤磨電耗，熟料電耗和水泥電耗，RealInfo的指針工具可將分析計(jì)算出的電耗和煤耗指標(biāo)以指針的形式展示出來(lái)，隨時(shí)查閱，督促生產(chǎn)見(jiàn)圖3。

（2）能耗趨勢(shì)分析和報(bào)表。能耗報(bào)表可分為班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、季報(bào)和年報(bào)等幾種，是水泥企業(yè)能效分析的重要基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，可以分析對(duì)比不同時(shí)期，同類設(shè)備的能耗趨勢(shì)狀況和不同類設(shè)備之間的能耗影響狀況，為發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)和節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)參考見(jiàn)圖4。

（3）分析能耗特性。以表格、餅圖、棒圖和曲線等方式，進(jìn)行一系列的負(fù)荷對(duì)比分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，使設(shè)備以經(jīng)濟(jì)合理的方式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能降耗見(jiàn)圖5。

圖5 能耗特性分析圖

3 結(jié) 語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，幾個(gè)大的水泥集團(tuán)已經(jīng)逐漸形成，集團(tuán)內(nèi)的每個(gè)水泥企業(yè)大多也都有多條水泥生產(chǎn)線。借助水泥企業(yè)能效管理系統(tǒng)的使用，在單個(gè)水泥生產(chǎn)企業(yè)能效管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建集團(tuán)總的生產(chǎn)能效管理平臺(tái)，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的綜合使用，全面采集和存儲(chǔ)水泥生產(chǎn)線的各種生產(chǎn)參數(shù)、能耗參數(shù)，不僅能夠?qū)λ嗌a(chǎn)線的各項(xiàng)能耗指標(biāo)進(jìn)行全面的分析和監(jiān)視，幫助管理者制定水泥企業(yè)節(jié)能指標(biāo)，控制能耗成本等管理策略提供依據(jù)和手段，而且能夠大幅提升生產(chǎn)效率，改善工作體驗(yàn)，也將為水泥生產(chǎn)線打造成智能化水泥工廠提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。