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一、概述

1. 行業(yè)背景

在傳統(tǒng)制造業(yè)中，工業(yè)鍋爐設(shè)備舉足輕重。長期以來，鍋爐設(shè)備的運(yùn)行中普遍存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，大部分的鍋爐都處在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，一方面由于用戶和設(shè)計(jì)部門在選擇鍋爐時(shí)，考慮到日后的發(fā)展和需要等因素，所以在選擇鍋爐數(shù)量和容量時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)超過實(shí)際需求量的現(xiàn)象;另一方面，鍋爐運(yùn)行中負(fù)荷會(huì)隨著用熱負(fù)荷、用氣的變化在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，造成大部分鍋爐長期處在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行。

同時(shí)，我國燃煤鍋爐的控制水平偏低，并且通常使用的是PID或多位式，無法根據(jù)外界的變化調(diào)節(jié)鍋爐的運(yùn)行情況，缺少可以顯示出鍋爐運(yùn)行的參數(shù)界面。運(yùn)行管理人員在調(diào)整時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)缺少數(shù)據(jù)，無法準(zhǔn)確對(duì)鍋爐運(yùn)行狀況作出判斷，無法在鍋爐運(yùn)行和燃燒工況發(fā)生變化時(shí)，采取相應(yīng)的調(diào)整措施，使鍋爐處在最優(yōu)狀態(tài)下運(yùn)行。

 2. 現(xiàn)狀及需求

清遠(yuǎn)市某公司，是屬于傳統(tǒng)的皮革制造企業(yè)，公司大部分生產(chǎn)設(shè)備是依靠鍋爐提供生產(chǎn)所需的熱能。但是，傳統(tǒng)鍋爐管理方式，能耗記錄依靠人為手工走訪式登記、出錯(cuò)率高、資料保存困難，生產(chǎn)設(shè)備利用率不高、管理不及時(shí)等一系列的問題，因此對(duì)于鍋爐的管理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，就變的迫在眉捷。

該公司共有2個(gè)工廠，共7個(gè)鍋爐需要進(jìn)行升級(jí)改造。針對(duì)鍋爐設(shè)備的改造，需要采集8臺(tái)流量計(jì)，4臺(tái)PLC控制器，12個(gè)智能電表、若干溫度儀表的數(shù)據(jù)。其中：

流量計(jì)主要采集溫度及熱能耗數(shù)據(jù)，用于溫度的實(shí)時(shí)曲線顯示查詢，并以熱能耗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行能源統(tǒng)計(jì)分析；

PLC控制器主要采集用煤量，數(shù)據(jù)用于能源統(tǒng)計(jì)分析；

智能電表主要采集電流和用電量，用于電流的實(shí)時(shí)曲線顯示查詢功能，用電量數(shù)據(jù)用于能源統(tǒng)計(jì)分析。

因此，建設(shè)目標(biāo)為：

實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程的重要數(shù)據(jù)，并能夠生成相關(guān)報(bào)表；

對(duì)鍋爐所涉及到的用電量、用煤量和熱能耗進(jìn)行分類分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，并生成相關(guān)曲線和報(bào)表；

對(duì)生產(chǎn)中的報(bào)警信息能夠及時(shí)提醒和可實(shí)現(xiàn)歷史追溯；

系統(tǒng)需具備實(shí)用性，安全性，可靠性，穩(wěn)定性及可擴(kuò)展性等性能。 

二、方案設(shè)計(jì)

1. 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2. 架構(gòu)介紹

該系統(tǒng)一共有兩臺(tái)服務(wù)器，一臺(tái)做數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，用于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的采集;一臺(tái)是能管平臺(tái)服務(wù)器，用于能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析;兩廠布置若干操作站，方便管理者查看生產(chǎn)信息。兩廠一共4臺(tái)S7-200 PLC采集生產(chǎn)過程的用煤量和電能數(shù)據(jù)，用網(wǎng)線的連接方式，通過交換機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集服務(wù)器。兩廠的流量計(jì)數(shù)據(jù)，先用屏蔽兩絞線連接到上海卓嵐的串口服務(wù)器，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，再用網(wǎng)線的連接方式，通過交換機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集服務(wù)器。兩廠由于相隔比較遠(yuǎn)，所以采用光纖的連接方式，將整個(gè)系統(tǒng)連接起來。

三、系統(tǒng)功能

1. 鍋爐運(yùn)行分析管理

1.1. 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控

可以了解到每臺(tái)鍋爐每天早晚班的用電量、用煤量和熱能耗，以及可以自動(dòng)計(jì)算出每臺(tái)鍋爐每天用煤的燃燒值。

可以實(shí)時(shí)查看每臺(tái)鍋爐的出入口油溫和排煙溫度變化的曲線圖，并可以通過設(shè)置時(shí)間，查看到關(guān)于溫度的歷史曲線和報(bào)表，同時(shí)還具有導(dǎo)出EXCEL格式的報(bào)表、打印報(bào)表等功能。

1.2. 燃燒值查看

可直觀查看昨日每臺(tái)鍋爐的燃燒值。根據(jù)日期進(jìn)行查詢，可以查看每臺(tái)鍋爐燃燒值歷史數(shù)據(jù)的曲線變化情況和歷史報(bào)表，并通過導(dǎo)出功能，直接導(dǎo)出報(bào)表數(shù)據(jù)。

1.3. 電流查看

可查看每臺(tái)鍋爐三相電流的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。按時(shí)間查詢的方式，可以查看每臺(tái)鍋爐電流歷史數(shù)據(jù)的曲線變化情況和報(bào)表。

2. 能源管理

2.1. 能耗分類分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)

其中左上角顯示站點(diǎn)信息，左下角顯示指標(biāo)信息，中間顯示所選指標(biāo)當(dāng)前統(tǒng)計(jì)周期能耗數(shù)值信息及該指標(biāo)下級(jí)指標(biāo)之間的能耗比率，右側(cè)顯示該指標(biāo)下級(jí)指標(biāo)的能耗數(shù)值信息，以柱狀圖的形式展現(xiàn)，下側(cè)顯示該指標(biāo)及下級(jí)指標(biāo)近期的趨勢曲線及數(shù)值信息。該分析功能提供5 個(gè)統(tǒng)計(jì)周期可供查看，分別是天、周、月、季、年。

用電分類分項(xiàng)

用煤分類分項(xiàng)

用熱能分類分項(xiàng)

2.2. 能耗趨勢分析

其中左下角顯示站點(diǎn)信息，下側(cè)顯示指標(biāo)信息，當(dāng)選擇某個(gè)指標(biāo)后（圖標(biāo)變紅），會(huì)在當(dāng)前曲線上添加一條曲線，曲線信息為近期該指標(biāo)能耗趨勢，當(dāng)再次選擇另外一個(gè)指標(biāo)后（圖標(biāo)變紅），會(huì)在當(dāng)前曲線上再次添加一條趨勢曲線（柱狀圖），柱狀圖信息為當(dāng)前所選指標(biāo)，以此類推；另外，當(dāng)再次點(diǎn)擊剛才所選指標(biāo)（圖標(biāo)恢復(fù)原樣），該指標(biāo)的曲線就會(huì)刪除，以此類推。同樣的，該分析功能提供5 個(gè)統(tǒng)計(jì)周期可供查看，分別是天、周、月、季、年。

2.3. 能耗同比分析

分為歷史同/環(huán)比趨勢圖和歷史同/環(huán)比增長率，其中趨勢圖默認(rèn)統(tǒng)計(jì)周期為

年，可以單擊該柱狀圖改變統(tǒng)計(jì)周期，比如單擊后該柱狀圖后，統(tǒng)計(jì)周期會(huì)由年變成月，以此類推。

2.4. 能耗對(duì)比分析

其中能耗對(duì)比分析主要有圖表和表格兩中表現(xiàn)方式，可選擇多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析對(duì)比，查詢的時(shí)間范圍可以自由設(shè)置。另外圖表分為曲線和柱狀圖，表格提供導(dǎo)出和打印功能。

2.5. 實(shí)時(shí)分項(xiàng)分析

2.6. 實(shí)時(shí)趨勢分析

2.7. 實(shí)時(shí)對(duì)比分析

2.8. 能源計(jì)劃

對(duì)所處的管理領(lǐng)域的功能對(duì)象進(jìn)行能源計(jì)劃的制定，能源計(jì)劃包括年計(jì)劃、月計(jì)劃和日計(jì)劃。一旦在運(yùn)行過程中某些使用對(duì)象超出了計(jì)劃中的下限或上限，則會(huì)標(biāo)記預(yù)警或危險(xiǎn)狀態(tài)。

3. 報(bào)警

對(duì)超限額、設(shè)備通信故障等情況進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警。

四、結(jié) 論

鍋爐運(yùn)行分析及能源管理系統(tǒng)可高效管理工業(yè)鍋爐設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控分析，加之通過對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分項(xiàng)研究，管理者能夠有針對(duì)性的制定出更加行之有效的能源管理制度，優(yōu)化排產(chǎn)方案，提高設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率，減少勞動(dòng)力的支出和不必要的浪費(fèi)，降低企業(yè)運(yùn)營成本。