礦粉生產(chǎn)企業(yè)的能源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

魏鍇

（福建源鑫投資集團(tuán)有限公司 福建省福州市 350005）

福建某礦粉生產(chǎn)企業(yè)有兩條礦粉生產(chǎn)線，年生產(chǎn)產(chǎn)能達(dá)120 萬立方，主要生產(chǎn)礦粉產(chǎn)品生料，具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)的礦粉工藝和先進(jìn)的工藝環(huán)保設(shè)備，是福建地區(qū)混凝土專業(yè)生產(chǎn)服務(wù)商。

能耗是礦粉生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品成本的重要組成部分，也是礦粉企業(yè)生產(chǎn)管理控制的關(guān)鍵。由于礦粉生產(chǎn)企業(yè)能耗因素較多，各因素之間相互關(guān)聯(lián)，能耗計(jì)量周期長(zhǎng)、統(tǒng)計(jì)計(jì)算工作量大，難以實(shí)現(xiàn)能耗實(shí)時(shí)計(jì)算和預(yù)警功能。針對(duì)此問題，企業(yè)通過PI system 建立能源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、統(tǒng)計(jì)、分析和展示，為企業(yè)礦粉生產(chǎn)指導(dǎo)和能耗考核提供支持。

1 企業(yè)基本信息及能耗監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

1.1 企業(yè)基本信息

企業(yè)產(chǎn)品為高性能復(fù)合礦物摻合料，其主要通過對(duì)各種工業(yè)固體廢棄物進(jìn)行科學(xué)處置和綜合利用，采用專業(yè)化配比方案，經(jīng)大型立式輥磨等設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)和加工，有效利用各種固體廢棄物的化學(xué)成分，生產(chǎn)綠色環(huán)保的高性能復(fù)合礦物摻合料。

根據(jù)礦粉生產(chǎn)工藝及能源統(tǒng)計(jì)需求，能源監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括原煤、電力等。原煤經(jīng)預(yù)均化至各燒成車間，剩余部分進(jìn)入輔助生產(chǎn)系統(tǒng)；電力經(jīng)變電系統(tǒng)進(jìn)入各生產(chǎn)車間。該企業(yè)能源計(jì)量設(shè)備配備情況如表1所示，能源計(jì)量設(shè)備精度等級(jí)符合《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則要求》，A 類、B 類計(jì)量設(shè)備配備率為100%。企業(yè)電力、原煤統(tǒng)計(jì)均以每班次抄表方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核算，其中，原煤、電力按班次抄表。

1.2 企業(yè)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需求

基于企業(yè)生產(chǎn)管理需求和計(jì)量器具自動(dòng)化計(jì)量實(shí)際情況，如原煤入廠稱重計(jì)量、入爐計(jì)量等數(shù)據(jù)為稱重?cái)?shù)據(jù)，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化計(jì)量，確定采用智能儀表+人工抄表的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以此建立符合該企業(yè)實(shí)際情況的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 能源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

為滿足能源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)先進(jìn)性、標(biāo)準(zhǔn)性、規(guī)范性和可擴(kuò)展性系統(tǒng)建設(shè)要求，本系統(tǒng)基于DCS 和PI system 進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，以高性能數(shù)據(jù)采集終端和過程控制系統(tǒng)為依托，以PI 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為核心構(gòu)建實(shí)時(shí)能源計(jì)量管理系統(tǒng)（如圖1所示）。

能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為B/S 架構(gòu)，能源計(jì)量設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)工藝需求分散布設(shè)，通過TCP/IP 以太網(wǎng)協(xié)議經(jīng)交換設(shè)備接入接口機(jī)，接口機(jī)主要起數(shù)據(jù)通信、緩存的作用，PI 系統(tǒng)服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的計(jì)算、處理、存儲(chǔ)和調(diào)用，Web 服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)外發(fā)布功能。為確保生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全，接口機(jī)與PI 服務(wù)器之間、Web 服務(wù)器與PI 服務(wù)器之間均設(shè)置防火墻，確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息安全。

圖1：礦粉生產(chǎn)企業(yè)能源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

圖2：按班組展示電耗

2.2 數(shù)據(jù)采集

2.2.1 電力數(shù)據(jù)采集

根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有電力數(shù)據(jù)采集計(jì)量點(diǎn)情況，選擇A 級(jí)計(jì)量點(diǎn)1 個(gè)，計(jì)量位置為高壓配電室進(jìn)線柜；選擇B 級(jí)計(jì)量點(diǎn)6 個(gè)，計(jì)量位置為高壓配電室出線柜。將上述計(jì)量點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)接口機(jī)傳輸?shù)絇I 服務(wù)器，基于PI SMT 軟件導(dǎo)入點(diǎn)位，并計(jì)算電力日、月、年電力數(shù)據(jù)。

2.2.2 原煤數(shù)據(jù)采集

企業(yè)原煤計(jì)量器具為地衡，其中，A 級(jí)地磅1 個(gè)，B 級(jí)皮帶秤兩個(gè)。原煤計(jì)量系統(tǒng)稱重?cái)?shù)據(jù)通過升級(jí)改造存儲(chǔ)至單獨(dú)的地磅接口機(jī)，供PI 服務(wù)器調(diào)用、計(jì)算和展示，按能耗計(jì)算公式計(jì)算出原煤總能耗。

2.3 數(shù)據(jù)通信

現(xiàn)場(chǎng)儀表與接口機(jī)之間數(shù)據(jù)通信，采用RS485 通信總線方式接入，并匯集至各操作車間工程師站，工程師站通過交換機(jī)與PI接口機(jī)相接，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)儀表數(shù)據(jù)采集、傳輸和匯集。RS485 總線采用雙絞線電纜，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備通過485 串口傳輸至數(shù)據(jù)信號(hào)，總線采集通信采用MODBUS-RTU 協(xié)議，并通過485 數(shù)據(jù)總線傳輸至工程師站。工程師站安裝OPC 數(shù)據(jù)接口協(xié)議，接口機(jī)通過工程師站獲取計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)。

表1：礦粉生產(chǎn)企業(yè)計(jì)量設(shè)備配備情況

針對(duì)不便于敷設(shè)線路的電表采集點(diǎn)，本工程采用4G DTU 連接遠(yuǎn)傳抄表，DTU 設(shè)備通過485 接口連接智能電表采集電力數(shù)據(jù)，并上傳至PI 服務(wù)器。

PI 服務(wù)器、PI 接口機(jī)、磁盤陣列與Web 服務(wù)器均采用TCP/IP協(xié)議通信，選用光纖連接至三層交換機(jī)。生產(chǎn)系統(tǒng)與辦公系統(tǒng)信息隔離，確保能源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)高效傳輸與信息安全。

3 能源在線查詢系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 點(diǎn)位建立與趨勢(shì)圖繪制

在系統(tǒng)部署完成后，能源計(jì)量管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)通過PI SMT 和PI Processbook 組件創(chuàng)建監(jiān)測(cè)點(diǎn)和繪制趨勢(shì)圖。點(diǎn)位的創(chuàng)建由SMT 軟件完成。通過OPC 協(xié)議獲得計(jì)量?jī)x表開關(guān)量、模擬量、PV 值和SV 值后，根據(jù)SMT 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)導(dǎo)出至Excel 表，并修改計(jì)量表參數(shù)后導(dǎo)入PI 服務(wù)器，完成計(jì)量表數(shù)據(jù)的建立。數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，借助Processbook 軟件繪制流程圖，點(diǎn)擊可查看計(jì)量表數(shù)據(jù)。

在獲取電、原煤數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，借助SMT 函數(shù)計(jì)算日、月、年或自定義周期統(tǒng)計(jì)函數(shù)，與相應(yīng)車間礦粉熟料、制成品產(chǎn)量進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算，以此完成能源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)算和處理。

3.2 Web服務(wù)發(fā)布

在建立計(jì)量表點(diǎn)位和能耗計(jì)算點(diǎn)位的基礎(chǔ)上，由PI Web 服務(wù)器管理員上傳至Web 服務(wù)器，在安裝PI-ActiveView 的客戶端上，用戶可自主點(diǎn)擊相應(yīng)點(diǎn)位并查看能耗實(shí)時(shí)趨勢(shì)，也可按班組、日、月、年繪制階梯曲線。在班組生產(chǎn)階梯中，可根據(jù)礦粉生產(chǎn)企業(yè)交接班計(jì)劃安排，將班組名稱與能耗階梯曲線關(guān)聯(lián)，以便于生產(chǎn)管理者橫向?qū)Ρ雀靼嘟M生產(chǎn)能耗情況（如圖2所示），從而為班組考核和生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供便利條件。

3.3 權(quán)限分級(jí)

基于PI system 開發(fā)的能源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用對(duì)象主要為礦粉企業(yè)能源計(jì)量人員、車間操作人員、車間管理人員、生產(chǎn)調(diào)度人員、企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)。為確保信息安全，降低系統(tǒng)操作難度，本系統(tǒng)遵循按車間、功能需求和崗位設(shè)置賬戶權(quán)限，其中，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)調(diào)度人員和能源計(jì)量人員可查看全廠能耗在線監(jiān)測(cè)情況，車間操作人員和車間管理人員主要查看相應(yīng)車間能耗監(jiān)測(cè)情況。

3.4 數(shù)據(jù)重傳和補(bǔ)錄功能

在網(wǎng)絡(luò)異常情況下，工程師站、接口機(jī)均具備數(shù)據(jù)自動(dòng)數(shù)據(jù)重傳功能，在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，可通過多次數(shù)據(jù)重傳降低因網(wǎng)絡(luò)異常而造成的數(shù)據(jù)丟失問題。

圖3：電耗歷史趨勢(shì)展示

針對(duì)暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能的計(jì)量點(diǎn)，為滿足能源計(jì)量全面計(jì)量要求，本系統(tǒng)借助VB 編寫Excel 表格代碼，由班組按人工抄表方式進(jìn)行記錄、填寫并上傳。在Excel 表格中，通過VB 代碼限定填入數(shù)據(jù)格式，日期由系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前時(shí)間自動(dòng)生成，確保了補(bǔ)錄數(shù)據(jù)的規(guī)范性，防止因錄入錯(cuò)誤造成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)異常。

4 系統(tǒng)實(shí)施效果分析

基于PI system 建立的能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)收集礦粉生產(chǎn)企業(yè)電、原煤能耗情況，并根據(jù)不同部門、崗位、人員需求設(shè)計(jì)開發(fā)相應(yīng)的報(bào)表，如按工序、礦粉品種進(jìn)行能耗分析，并由系統(tǒng)自動(dòng)生產(chǎn)每日電耗、煤耗日?qǐng)?bào)表（如圖3所示）。

5 結(jié)語

基于PI system 的礦粉生產(chǎn)企業(yè)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，改善了以往人工抄表精確度不高、核算周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，并通過按班組、礦粉品種、工序等參數(shù)能耗展示，實(shí)現(xiàn)了能耗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定采集、可靠存儲(chǔ)與直觀展示，降低了人工計(jì)量、核算工作量，并為礦粉生產(chǎn)企業(yè)掌握能耗信息、排查用能漏洞、節(jié)能降耗提供了可靠依據(jù)。