電爐能效調(diào)度軟件設(shè)計

朱昌龍 孔維健

摘 要：電爐是高能耗、高物耗設(shè)備，為提高其能源效率，需要在時間與空間兩個維度進行能源調(diào)度。針對此問題，設(shè)計了電爐能效調(diào)度軟件，可以在不同電爐之間，以及不同需量周期上調(diào)配電能資源，提高電能效率。軟件具備能效監(jiān)測、工況預(yù)測、需量預(yù)測、能效調(diào)度等模塊，實驗顯示能夠提升電爐能效。

關(guān)鍵詞：電爐;能效調(diào)度;軟件設(shè)計

1 緒論

工業(yè)用電占全社會總消耗電力的比重較大，為了實現(xiàn)經(jīng)濟和能源的可持續(xù)發(fā)展，需要從技術(shù)上來對能源優(yōu)化分配調(diào)度。目前，仍然有很多企業(yè)的能源利用率很低。例如小型企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)落后，管理不到位等。能源資源的消耗與浪費影響著人們的生活，制約經(jīng)濟的發(fā)展。因此合理地分配資源，提高利用率具有很大的研究前景。電爐熔煉的過程很復(fù)雜，雜質(zhì)之間也會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此礦熱爐也屬于高能耗、高物耗的設(shè)備，所以必須采用先進的節(jié)能技術(shù)，提高電能效率。

針對能源的發(fā)展需要，幾家著名公司先后推出了各自的能源管理軟件。B.DATA將過程控制系統(tǒng)和辦公環(huán)境下的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有機結(jié)合，能夠完成能源使用及能源使用的采集、計算及分析，以實現(xiàn)對能源監(jiān)控、能源報表、物料平衡、能耗設(shè)備管理、成本中心管理等管理功能。

目前基于能效優(yōu)化調(diào)度的軟件設(shè)計相關(guān)研究進展不是很多，本文設(shè)計一款電爐的能效調(diào)度軟件具有積極的現(xiàn)實意義。

2 相關(guān)技術(shù)介紹

軟件采用B/S架構(gòu)[1]，即瀏覽器/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，即在服務(wù)器上實現(xiàn)主要功能，通過瀏覽器訪問服務(wù)器，再對整個系統(tǒng)管理操作。B/S架構(gòu)有很多優(yōu)點，相對于C/S架構(gòu)不需要安裝客戶端，無須網(wǎng)絡(luò)硬件環(huán)境，系統(tǒng)維護與拓展也相對更容易。

電爐的能效調(diào)度軟件遵循常規(guī)體系結(jié)構(gòu)進行平臺系統(tǒng)的開發(fā)，采用分層設(shè)計的方法，分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層[2]。

表現(xiàn)層：主要負責的是接收用戶的操作和數(shù)據(jù)輸入等，為電爐能效調(diào)度軟件提供操作界面，主要由HTML、CSS、SVG、Highcharts[3]實現(xiàn)。

業(yè)務(wù)邏輯層：將數(shù)據(jù)訪問層的邏輯組合起來，實現(xiàn)業(yè)務(wù)規(guī)則，負責電爐能效調(diào)度軟件的主要功能的邏輯實現(xiàn)。采用的是MVC分層架構(gòu)模式。M即模型，對數(shù)據(jù)進行獲取并處理。V即視圖，指用戶交互的界面，一般是Html頁面。主要作用是接收用戶輸入的數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入做出相應(yīng)處理后，展示后臺返回的數(shù)據(jù)和圖表等。C即控制器，是模型與視圖之間的橋梁，定義應(yīng)用程序的行為?？刂破鳑]有輸出，只接收請求和決定調(diào)用模型處理相應(yīng)的請求，再用視圖顯示返回的數(shù)據(jù)。MVC處理過程是用戶發(fā)出請求，控制器接收請求，每個請求都帶有相應(yīng)的參數(shù)，根據(jù)參數(shù)決定調(diào)用相應(yīng)的模型，模型根據(jù)控制器的參數(shù)執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯，控制器用視圖顯示模型返回的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)訪問層：主要操作數(shù)據(jù)庫，針對數(shù)據(jù)的增加、修改、查找、刪除等。

MySQL：開源的數(shù)據(jù)庫，是一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，由體積小速度快，成本低等優(yōu)點[4]。

軟件的平臺結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計并實現(xiàn)一個能效調(diào)度軟件，該系統(tǒng)可以采集全廠每一臺爐子的生產(chǎn)工藝參數(shù)，并以多樣化的方式呈現(xiàn)出來以利于管理者和生產(chǎn)工人的實時監(jiān)測。同時根據(jù)每天的能耗指標、最大需量指標、產(chǎn)量指標、設(shè)備狀況，輔助管理人員制定當天的生產(chǎn)計劃，將全廠能耗指標分解到每一臺爐子、每一時段，從而為耗電監(jiān)視提供標準值。對電爐的工況和需量進行預(yù)測，對每天耗電情況進行統(tǒng)計分析，制定報表，提供能效分析報告以輔助工廠挖掘節(jié)電環(huán)節(jié)。系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

登錄模塊：企業(yè)的管理員和企業(yè)員工可以輸入賬號和密碼登錄到電爐能效調(diào)度軟件平臺。不同的用戶角色的操作權(quán)限不一樣，管理員的權(quán)限最多，并且可以給企業(yè)員工分配權(quán)限，還可以修改和刪除企業(yè)員工的信息。

生產(chǎn)計劃：企業(yè)的管理員可以制訂合理的生產(chǎn)計劃，根據(jù)向供電局購買的用電需量和電爐的實際情況進行計算每天的生產(chǎn)計劃。管理員可以查詢生產(chǎn)計劃，參考歷史的生產(chǎn)計劃，也可以添加和修改生產(chǎn)計劃，對于生產(chǎn)計劃出現(xiàn)的錯誤和問題，對當前的生產(chǎn)計劃進行修改。

運行監(jiān)視：運行監(jiān)視是對整個企業(yè)的電爐的參數(shù)進行監(jiān)控，如三相電流和三相電壓等。管理員可以讓員工以圖形化的方式進行反饋，更利于整個電熔過程的控制管理。

能效分析：根據(jù)實時數(shù)據(jù)，通過特定算法，計算和預(yù)測電爐的電效率、負荷率、實時單位能耗和累計單位能耗等能效數(shù)據(jù)，并把計算結(jié)果以曲線的方式展示出來，更方便管理者了解全廠的電爐運行狀態(tài)。

報警信息：對每一個電爐的報警設(shè)置信息，并提供添加、修改和刪除功能，防止空燒和電流過大等危險情況。管理員可以查詢所有的報警數(shù)據(jù)，包括已經(jīng)確認或者未確認數(shù)據(jù)，同時提供對報警的確認操作，確認操作完畢表示已經(jīng)完成對該報警的處理。

工況預(yù)測：預(yù)測未來一段時間所處的是主熔、加料、排氣工況。根據(jù)電爐的工況和生產(chǎn)規(guī)律，分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立置信規(guī)則庫。依據(jù)置信規(guī)則推理的方法可以對電爐后幾秒的工況做出預(yù)測。

需量預(yù)測：需量是指電爐在一個需量周期內(nèi)平均功率。對需量進行預(yù)測，要求群爐的平均功率小于需量約束，若大于需量則需要進行調(diào)整使其低于約束。

能效調(diào)度：企業(yè)需要在電力最大需量的約束下，對電爐進行操作，使電爐的指標達到最優(yōu)。一般采用群爐分解的方法，需量如果比較充足，按照單爐最優(yōu)進行操作即可，無需調(diào)度。

統(tǒng)計分析：對不同電爐的不同時間在產(chǎn)量、能耗、合格率等數(shù)據(jù)進行對比，可以發(fā)現(xiàn)原因，提供生產(chǎn)報表、運行報表等數(shù)據(jù)。

4 測試與驗證

軟件的運行硬件環(huán)境配置如下：

Intel（R）Core（TM）i7-8700 CPU @3.20GHz，內(nèi)存16GB，顯卡為NVIDIA GeForce GTX 1080Ti。

軟件的運行軟件環(huán)境配置如下：

Windows10操作系統(tǒng)，MySQL數(shù)據(jù)庫，.Net Framework 40運行環(huán)境。

電爐能效調(diào)度軟件運行監(jiān)視模塊運行如圖3所示，工況預(yù)測模塊運行如圖4所示，能效調(diào)度模塊運行如圖5所示。

該軟件應(yīng)用于實際現(xiàn)場時，為電爐企業(yè)制定了可實施的能耗計劃。結(jié)合根據(jù)電爐工況預(yù)測結(jié)果和需量約束進行功率調(diào)整，使電爐能源利用率提升，最后對電爐的數(shù)據(jù)進行對比分析，實現(xiàn)全企業(yè)對電爐的電能的合理分配，驗證了電爐能效調(diào)度軟件的有效性和優(yōu)越性。

5 結(jié)論

電爐能效調(diào)度軟件系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，可以有效地提升電爐的能源利用率和工廠的工作人員的工作效率與管理水平，不再使用人工決策，更好地為電爐的工藝產(chǎn)品質(zhì)量服務(wù)，具有很好的使用價值和現(xiàn)實意義。隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)技術(shù)的普及，類似于電爐的能源利用率一定會繼續(xù)提升。

參考文獻：

[1]季宇杰，石云，蔣衛(wèi)詳.基于SSM框架的運動會管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子測試，2020（16）：74-75.

[2]劉利冉，黃璞馨，閻文莉，楊鈺，胡局新.基于SSM的高校教學(xué)工作量核算系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技風，2020（27）：25-26.

[3]趙建勛.Highcharts在動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)中的開發(fā)與應(yīng)用[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2018，44（16）：69-71.

[4]李艷杰.MySQL數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)參照完整性和一致性的設(shè)計與實現(xiàn)[J].信息技術(shù)與信息化，2020（11）：102-104.

作者簡介：朱昌龍（1996— ），男，漢族，江蘇鹽城人，東華大學(xué)控制工程專業(yè)研究生，研究方向：優(yōu)化調(diào)度方法。

通訊作者：孔維?。?983— ），男，漢族，河北獻縣人，東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：計算智能方法、復(fù)雜優(yōu)化調(diào)度方法等。