劉巖

[摘 要]鋼鐵企業(yè)對節(jié)能減排的關(guān)注度明顯提高，而在生產(chǎn)過程中能源計量數(shù)據(jù)真實的反映了鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營狀況和管理水平。近年來，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，鋼鐵企業(yè)形成了以大型PLC和組態(tài)軟件為核心的能源計量網(wǎng)絡(luò)。本文針對單介質(zhì)區(qū)域化的能源計量需求，提出了一種以智能網(wǎng)關(guān)為核心的解決方案，不僅滿足計量需求還能達(dá)到節(jié)省投資、簡化施工成本和提高企業(yè)信息化的目的。

[關(guān)鍵詞]能源計量；無線傳輸；MODBUS；OPC

中圖分類號：TD327.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）16-0098-01

1.引言

鋼鐵企業(yè)的日常生產(chǎn)管理離不開能源計量數(shù)據(jù)，產(chǎn)品質(zhì)量的改進(jìn)要以精確的計量數(shù)據(jù)作為參考標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)日常生產(chǎn)經(jīng)營計劃的制定要通過能源計量信息進(jìn)行調(diào)整和制定。

國外發(fā)達(dá)國家在能源計量方面起步較早，一些鋼鐵企業(yè)根據(jù)自身需要針對不同能源種類設(shè)置了計量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)功能包括能源數(shù)據(jù)的采集和信息管理分析能。我國冶金行業(yè)能源計量系統(tǒng)起始于上世紀(jì)八十年，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)紛紛建立自己能源管控中心。

2.需求分析和總體設(shè)計

針對某壓縮空氣節(jié)能改造工程，本系統(tǒng)主要采集一期，三期空壓站各管道壓縮空氣流量和空壓站內(nèi)空壓機(jī)、干燥機(jī)的耗電量。根據(jù)系統(tǒng)測得的累計流量、壓力和電能經(jīng)過計算后為下一步空壓機(jī)系統(tǒng)深度改造提供依據(jù)。

壓縮空氣計量系統(tǒng)通過交換機(jī)連接至公司現(xiàn)有能源計量網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)需要提供給公司現(xiàn)有能源計量網(wǎng)絡(luò)，壓縮空氣管道共14點(diǎn)，其中7點(diǎn)儀表用壓縮空氣，7點(diǎn)普通壓縮空氣；一期和三期空壓站內(nèi)及干燥機(jī)共有空壓機(jī)16臺，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3.系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 壓縮空氣流量監(jiān)測

本系統(tǒng)壓縮空氣流量采集現(xiàn)場設(shè)備采用“無線傳輸，在線安裝”的方式。首先，現(xiàn)場壓縮空氣管網(wǎng)復(fù)雜，監(jiān)測點(diǎn)位置相對分散，若采用傳統(tǒng)有線流量測量儀表一方面增加施工難度，另一方面管線的布置和電纜成本也較高。其次，在線安裝可以最大程度減少工期對計量周期的影響。每個流量數(shù)據(jù)采集點(diǎn)需分別采集流量、壓力和溫度三個實時參數(shù)。在壓縮空氣傳輸過程中，管道中被測氣體的壓力溫度都在不斷變化，這樣被測氣體的密度也就不斷在進(jìn)行著變換，因此在系統(tǒng)檢測中引入了流量補(bǔ)償功能。

本系統(tǒng)流量采集的核心部分為艾默生智能無線網(wǎng)關(guān)1420。網(wǎng)關(guān)和現(xiàn)場儀表及無線中繼設(shè)備建立自組網(wǎng)絡(luò)，并且能在不斷變化的環(huán)境中對接入系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行自動管理和通訊。1420網(wǎng)關(guān)最多能和現(xiàn)場100臺設(shè)備進(jìn)行無線通訊，并能通過以太網(wǎng)、Modbus、串行、OPC、以太網(wǎng)和HART輸出與數(shù)據(jù)歷史庫、傳統(tǒng)主機(jī)系統(tǒng)和其它局域網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)連接。

3.2 空壓機(jī)電量采集

本次壓縮空氣改造項目中，需對一期、三期空壓站內(nèi)的空壓機(jī)和干燥機(jī)的耗電情況精細(xì)化的統(tǒng)計和分析，從而為后續(xù)節(jié)能效果進(jìn)行精準(zhǔn)的評測。

三相全參數(shù)電量采集模塊采集能夠精確采集空壓機(jī)和干燥機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的各種電量參數(shù)，同時電量管理器還具有累計電量統(tǒng)計功能。

3.3 系統(tǒng)通訊協(xié)議

本系統(tǒng)現(xiàn)場采集設(shè)備和上位機(jī)采集計量系統(tǒng)的通訊方式為MODBUS TCP通信協(xié)議，而上位機(jī)采集系統(tǒng)和公司先用能源計量網(wǎng)之間則采用OPC通信方式。

本項目中，現(xiàn)場現(xiàn)有能源計量網(wǎng)上位機(jī)為運(yùn)行在Windows系統(tǒng)上的CITECT系統(tǒng)，本次能源計量子系統(tǒng)上位機(jī)采用組態(tài)王軟件，將組態(tài)王設(shè)置為OPC server，CITECT作為OPC client既能保證數(shù)據(jù)的實時性同樣也滿足現(xiàn)場需求。

MODBUS 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。而將MODBUS幀嵌套到TCP幀中則稱之為MODBUS TCP協(xié)議。

系統(tǒng)通信協(xié)議的選取遵守簡單性、開放性和實時性的原則，OPC和MODBUS協(xié)議均已廣泛引用于工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域，這樣也為本系統(tǒng)的擴(kuò)展提供了最大的可能。

4.運(yùn)行效果

能源計量子系統(tǒng)上位機(jī)部分是基于亞控公司的組態(tài)王6.55開發(fā)的。在保證數(shù)據(jù)實時性、準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，開發(fā)了權(quán)限登錄、報表顯示、歷史曲線查詢等功能，同時提供給使用者簡明直觀易操作的人機(jī)交互界面。系統(tǒng)運(yùn)行效果如（圖2）所示：

5.結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，一方面無線通訊技術(shù)可以最大限度的克服現(xiàn)場復(fù)雜的布線環(huán)境減少成本，另一方面隨著無線技術(shù)的發(fā)展，無線設(shè)備本身的成本也在逐步趨于穩(wěn)定。以通用的通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，既能保證系統(tǒng)通訊穩(wěn)定，又能最大限度的保證了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

本文針對單介質(zhì)區(qū)域化的能源計量需求，提出了一種以無線智能網(wǎng)關(guān)為核心的解決方案，在硬件設(shè)備投資和現(xiàn)場施工費(fèi)用方面相較于傳統(tǒng)計量方案有很大優(yōu)勢，系統(tǒng)實際運(yùn)行情況穩(wěn)定，達(dá)到計量需求。

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