天然氣凈化行業(yè)電耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

馬睿+顏亞男

摘要： 當(dāng)前國(guó)內(nèi)不少天然氣凈化企業(yè)的能耗管理水平還處于傳統(tǒng)的人工抄表階段，監(jiān)控力度有限，能源損耗大，針對(duì)這種落后的能耗管理現(xiàn)狀，并結(jié)合當(dāng)前的信息化技術(shù)設(shè)計(jì)了一套天然氣凈化過(guò)程中電耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)智能電力數(shù)據(jù)采集設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)天然氣凈化過(guò)程中各項(xiàng)電耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和電耗裝置的遠(yuǎn)程控制。重點(diǎn)闡述了天然氣凈化過(guò)程中電耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能及時(shí)獲得天然氣凈化過(guò)程中各種裝置設(shè)備的電耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣凈化生產(chǎn)中裝置設(shè)備的電耗狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為天然氣凈化行業(yè)的電耗管控和電耗優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐和決策支持。

Abstract： The current domestic energe consumption management level of many natural gas purification enterprise is still in the stage of traditional manual meter reading， and monitoring efforts are limited， large energy loss， according to the present situation of energy management of this backward， and design a set of natural gas purification power consumption real-time monitoring system in the process combinating information technology at present， the system get the implementation of the power consumption data of real-time acquisition and the remote control of power device in the process of purificating natural gas through intelligent power data acquisition equipment and network transmission technology. Design focuses on the power consumption real-time monitoring system of natural gas purification process， this real-time monitoring system can timely access to power consumption data of natural gas purification process in a variety of devices， achieving real-time monitoring to the state of purification equipment in purificating natural gas， providing data support and decision support for the power consumption control and optimization of the natural gas purification industry.

關(guān)鍵詞： 天然氣凈化；電耗；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；智能電力數(shù)據(jù)采集

Key words： natural gas purification；power consumption；real-time observation system；intelligent power data acquisition

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）01-0134-03

0 引言

當(dāng)前信息化技術(shù)和工業(yè)智能化高速發(fā)展，但是不少企業(yè)的信息化建設(shè)依然滯后。有人采用灰色關(guān)聯(lián)分析法分析了一次能源消費(fèi)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，認(rèn)為與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系最大的是石油，其次為電力，最后是煤炭[1]。當(dāng)前關(guān)于能效管理的研究領(lǐng)域也較多，但總體上以提高能源使用效率和用戶的設(shè)備管理效率為主[2]。天然氣凈化企業(yè)是屬于高耗能的企業(yè)，耗能主要表現(xiàn)在水、電、氣三方面。隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的推進(jìn)，很多企業(yè)和單位都建立了相關(guān)的能耗運(yùn)行管理制度。先進(jìn)的能耗管理既能幫助工業(yè)用戶掌握自身電力設(shè)備的運(yùn)行狀況，又能監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中的電力使用分布情況，使得用戶可以及時(shí)更換高耗能低效率的設(shè)備以及調(diào)整生產(chǎn)過(guò)程中不合理的方案，使整個(gè)系統(tǒng)高效經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，為用電單位能源網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、改造提供全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，為企業(yè)的安全、可靠、高效地用電提供全面的科學(xué)指導(dǎo)[3]。在線監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)在工作流程或業(yè)務(wù)流程的關(guān)鍵點(diǎn)上安裝監(jiān)測(cè)儀器，采集所需監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)發(fā)送到接收終端的過(guò)程。在線監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)就是對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中實(shí)時(shí)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解運(yùn)行情況，為改進(jìn)生產(chǎn)流程和業(yè)務(wù)及提高企業(yè)管理水平提供幫助。當(dāng)前能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)正向著信息化、智能化的方向發(fā)展，但是不少天然氣凈化企業(yè)的能耗管理水平還處于傳統(tǒng)的人工抄表階段，監(jiān)控力度有限，能源損耗大。

本文設(shè)計(jì)了一套天然氣凈化行業(yè)電耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)智能電力數(shù)據(jù)采集設(shè)備和有線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)天然氣凈化過(guò)程中電耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和電耗裝置的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 系統(tǒng)需求分析

設(shè)計(jì)天然氣凈化行業(yè)電耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目的是為了通過(guò)利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)天然氣凈化行業(yè)電耗能效數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，節(jié)約企業(yè)電力資源，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)能源優(yōu)化水平和管理水平。

1.1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求

通過(guò)對(duì)天然氣凈化行業(yè)業(yè)務(wù)需求的調(diào)研，總結(jié)電耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求如下：endprint

本系統(tǒng)采用B/S模式，服務(wù)器端支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，在各個(gè)電耗裝置設(shè)備單元建立電耗監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，本在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與傳輸、存儲(chǔ)、全天24小時(shí)不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成關(guān)系數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理與分析統(tǒng)計(jì)、電耗異常情況報(bào)警等諸多業(yè)務(wù)功能于一體。電耗監(jiān)控人員利用該系統(tǒng)可以在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)內(nèi)各種電耗裝置設(shè)備的電耗狀況，當(dāng)電耗裝置設(shè)備處于非正常工作狀態(tài)時(shí)，針對(duì)異常情況及時(shí)向監(jiān)控人員發(fā)出警報(bào)提醒信息。同時(shí)還可以對(duì)所監(jiān)測(cè)設(shè)備的電耗情況進(jìn)行各種分析，包括總體耗電情況分析、裝置設(shè)備單元電耗分析、各種設(shè)備的電耗占比分析、同一設(shè)備歷年電耗情況對(duì)比分析、同期比分析、環(huán)比分析等。

總之，該系統(tǒng)可以為電耗監(jiān)控人員以最快的速度及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理相關(guān)情況提供技術(shù)支持，為企業(yè)電耗監(jiān)管決策提供有力的數(shù)據(jù)支撐，大幅提高天然氣凈化企業(yè)電耗監(jiān)管水平，從而達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)，提升企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 系統(tǒng)性能需求

響應(yīng)快：系統(tǒng)響應(yīng)速度快，能夠在規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)迅速地發(fā)送出被監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

容量大：由于電耗裝置設(shè)備多，采集時(shí)間密度大，需要存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量非常大，因此需要提供足夠大的存儲(chǔ)空間來(lái)滿足海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求。

多樣化：這里的多樣化是指所采集的指標(biāo)參數(shù)多樣化，實(shí)時(shí)采集的參數(shù)包括：電壓、電流、零序電流、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、日歷時(shí)鐘等。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

每個(gè)電耗裝置單元安裝智能電表，通過(guò)智能電力數(shù)據(jù)采集設(shè)備實(shí)時(shí)采集電耗裝置單元的電壓、電流、功率和用電量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)將這些采集到的數(shù)據(jù)傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后經(jīng)過(guò)總線連接到中控室的監(jiān)控主機(jī)，用戶在中控室里即可實(shí)時(shí)監(jiān)控到天然氣凈化生產(chǎn)過(guò)程中各電耗裝置設(shè)備單元的的電耗狀況，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的智能化。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

正文內(nèi)容為了保障天然氣凈化電耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能有效地運(yùn)行，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)必須遵循以下基本原則：

規(guī)范性原則：為滿足國(guó)家對(duì)電力能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范、安全規(guī)范及相關(guān)行業(yè)規(guī)范等，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)各部分內(nèi)容，應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)范。

實(shí)用性原則：堅(jiān)持實(shí)用性原則，在實(shí)用的基礎(chǔ)上考慮先進(jìn)性和前瞻性，切實(shí)滿足實(shí)際工作需求。

靈活性原則：便于與企業(yè)內(nèi)部其它統(tǒng)建系統(tǒng)進(jìn)行高度統(tǒng)一對(duì)接。

可擴(kuò)展性原則：系統(tǒng)應(yīng)采用柔性設(shè)計(jì)，擁有良好的可擴(kuò)展性，具備業(yè)務(wù)處理的靈活配置力，能隨著業(yè)務(wù)需求變化靈活調(diào)整與擴(kuò)展。隨著生產(chǎn)規(guī)模的增大，監(jiān)控范圍的擴(kuò)增，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的增加，系統(tǒng)只需要做很小的修改就可以適應(yīng)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模后的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求。

可靠性原則：系統(tǒng)應(yīng)滿足應(yīng)用時(shí)可靠運(yùn)行的要求，系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)軟硬件資源設(shè)計(jì)采用高可靠性方案，保證系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)高度可靠。

安全性原則：結(jié)合天然氣凈化耗電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的特點(diǎn)，采用相關(guān)安全機(jī)制和技術(shù)手段保障系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、物理安全。

2.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

正文內(nèi)容電耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用三層架構(gòu)，即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、站控管理層。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集層：將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以被安全傳輸至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的格式，并實(shí)時(shí)地發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層：采集完數(shù)據(jù)并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化后，采用有線傳輸方式，將格式化后的數(shù)據(jù)傳送到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

站控管理層：在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐下，數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則轉(zhuǎn)換到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需要，可以選擇訪問(wèn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)或者關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電耗裝置設(shè)備電耗情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.3 系統(tǒng)功能模塊

基本信息管理：對(duì)電耗計(jì)量器具和電耗裝置設(shè)備的基本信息進(jìn)行采集和管理。

電耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)：在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)內(nèi)各種電耗設(shè)備的電耗狀況，根據(jù)采集回來(lái)的數(shù)據(jù)選擇時(shí)間和設(shè)備編號(hào)名稱就可以對(duì)各種設(shè)備的電耗數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)控。通過(guò)對(duì)各電耗裝置設(shè)備的用電情況進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用戶可以實(shí)時(shí)了解天然氣凈化生產(chǎn)過(guò)程中各電耗裝置設(shè)備的耗電情況。在實(shí)時(shí)監(jiān)控的基礎(chǔ)上，提供部分節(jié)能優(yōu)化方案輔助業(yè)務(wù)人員決策，尤其是重點(diǎn)電耗設(shè)備的參數(shù)優(yōu)化等。

電耗統(tǒng)計(jì)分析：在數(shù)據(jù)入庫(kù)前提下，實(shí)現(xiàn)權(quán)限用戶對(duì)能耗相關(guān)數(shù)據(jù)的檢索查詢。支持按照生產(chǎn)單位、生產(chǎn)部、作業(yè)區(qū)、耗電設(shè)備類別、時(shí)間（周期）、節(jié)能資料類別等方式進(jìn)行查詢，以電耗計(jì)量網(wǎng)絡(luò)圖和表格的方式顯示查詢結(jié)果， 并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)下鉆查詢?yōu)g覽，以及常規(guī)表格化數(shù)據(jù)導(dǎo)出。同時(shí)提供電耗數(shù)據(jù)多種指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析（生產(chǎn)單位、非生產(chǎn)單位分別統(tǒng)計(jì)），內(nèi)容包括包括總體耗電情況分析、裝置設(shè)備單元電耗分析、各種設(shè)備的電耗占比分析、重點(diǎn)耗電系統(tǒng)和站庫(kù)指標(biāo)綜合分析以及指標(biāo)異常分析、同一設(shè)備歷年電耗情況對(duì)比分析、同期比分析、環(huán)比分析等，并通過(guò)圖表相結(jié)合的方式展示給用戶。

電耗預(yù)警：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各電耗裝置設(shè)備是否處于正常工作狀態(tài)，針對(duì)異常情況及時(shí)向用戶發(fā)出警報(bào)提醒信息。

用戶管理：對(duì)系統(tǒng)的用戶信息進(jìn)行管理。

3 系統(tǒng)安全分析

根據(jù)天然氣凈化行業(yè)的生產(chǎn)工藝特性可知，整個(gè)生產(chǎn)工藝流程具有壓力高、溫度高，時(shí)常伴有可燃?xì)怏w泄漏，易發(fā)生火災(zāi)爆炸等事故，因此在天然氣凈化廠區(qū)嚴(yán)格禁止使用無(wú)線傳輸設(shè)備，以免造成安全事故。為了在保障生產(chǎn)安全的同時(shí)也保證網(wǎng)絡(luò)安全，整個(gè)廠區(qū)內(nèi)全部采用有線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸。同時(shí)為了防止廠區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器遭受到外圍攻擊和破壞，在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和用戶主機(jī)之間設(shè)置防火墻，確保實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器的安全運(yùn)行和數(shù)據(jù)安全。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文重點(diǎn)對(duì)天然氣凈化行業(yè)電耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行了描述，然后對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)、功能模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后對(duì)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行了分析。通過(guò)該系統(tǒng)可以對(duì)天然氣凈化生產(chǎn)過(guò)程中各種電耗裝置設(shè)備單元的電耗狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握廠區(qū)的能耗情況；對(duì)利用智能電力數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到的電耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，深度了解天然氣凈化工藝流程的能耗水平，為企業(yè)節(jié)電診斷和電耗管理決策提供數(shù)據(jù)支撐。進(jìn)而提高用電效能，節(jié)省生產(chǎn)成本，提升企業(yè)節(jié)能管控效益。目前依然還是處于人工在線監(jiān)測(cè)階段，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能化監(jiān)測(cè)，下一步將考慮結(jié)合大數(shù)據(jù)和人工智能進(jìn)行更深入研究。

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