林 希，汪 華

（合肥水泥研究設(shè)計院，安徽 合肥 230051）

目前國內(nèi)水泥行業(yè)正面臨一個產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的現(xiàn)實，水泥企業(yè)之間的競爭壓力越來越大，所以水泥生產(chǎn)成本控制就變得越來越重要。而煤耗和電耗又是水泥生產(chǎn)成本最重要的兩個部分，占到水泥生產(chǎn)成本的90%以上，所以如果能夠通過一定的手段和途徑降低煤耗和電耗，有效降低水泥生產(chǎn)成本，將能大大提高水泥企業(yè)的競爭力。

1 水泥企業(yè)能效管理的現(xiàn)狀

通過對目前國內(nèi)部分水泥企業(yè)生產(chǎn)管理狀況的調(diào)查走訪發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用能效管理系統(tǒng)來全面管理整個水泥生產(chǎn)線的耗能現(xiàn)狀、能源利用損失情況、設(shè)備效率、能源利用率、綜合能耗等參數(shù)的水泥生產(chǎn)企業(yè)還非常少，絕大多數(shù)水泥企業(yè)還停留在通過DCS系統(tǒng)報表分析的階段，不僅效率低，而且很難做到全面了解整個水泥生產(chǎn)線的耗能現(xiàn)狀。

最近幾年，國內(nèi)出現(xiàn)了一些能效管理的軟件產(chǎn)品，而其應(yīng)用方向主要是民用的建筑，如醫(yī)院或者寫字樓等。其中，也有一些公司嘗試將民用的這些能效管理的軟件產(chǎn)品推廣到水泥生產(chǎn)線的能效管理項目中，但應(yīng)用效果并不理想，出現(xiàn)了“水土不服”的狀況。究其原因就在于水泥生產(chǎn)線是一個連續(xù)性很強(qiáng)的過程控制系統(tǒng)，且設(shè)備能耗狀況和能耗分布有其專業(yè)特殊性。雖然國外公司，如ABB，施耐德等，也針對水泥企業(yè)開發(fā)出了能效管理系統(tǒng)，但目前尚處于推廣階段，且價格十分昂貴，很少為國內(nèi)水泥生產(chǎn)企業(yè)所接受，所以開發(fā)出一套針對水泥企業(yè)生產(chǎn)特點的國產(chǎn)化能效管理系統(tǒng)，幫助國內(nèi)水泥企業(yè)實現(xiàn)用煤和用電的精細(xì)化管理就顯得非常迫切和必要。

2 基于RealInfo的水泥企業(yè)能效管理系統(tǒng)介紹

RealInfo是國產(chǎn)監(jiān)控組態(tài)軟件的優(yōu)秀代表，自帶實時數(shù)據(jù)庫，具備與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的通用接口，可以融入改造過的C語言代碼，二次開發(fā)能力較為強(qiáng)大，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水泥生產(chǎn)線的能效管理系統(tǒng)的開發(fā)可以減少大量的基礎(chǔ)代碼的編寫工作，是理想的能效管理系統(tǒng)開發(fā)平臺，下面將從硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計兩個方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

（1）系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。各結(jié)構(gòu)層詳細(xì)描述如下：

①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)站：系統(tǒng)內(nèi)最底層的數(shù)據(jù)來源，主要是各個控制室的電能計量儀表（如窯頭窯尾控制室等）和水泥生產(chǎn)線現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)以及一些必要的但是無自動采集源，需要人工行為錄入的數(shù)據(jù)終端構(gòu)成。

②隔離集中站：數(shù)據(jù)采集終端安置點，如串口服務(wù)器等，此種設(shè)計能夠極大地減輕服務(wù)器數(shù)據(jù)采集的工作量，體現(xiàn)出分布式結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點，使得維護(hù)和管理簡化。

③數(shù)據(jù)中心站：管理著從隔離集中站采集過來的底層設(shè)備數(shù)據(jù)及人工錄入的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析、存儲等一系列功能。

④外界交流站：提供對外系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，如OPC通訊等，此設(shè)計便于與其它獨立系統(tǒng)相互交換數(shù)據(jù)。

⑤系統(tǒng)邏輯站：主要是代碼編寫和功能模塊設(shè)計，還包括平臺結(jié)構(gòu)規(guī)劃等一系列邏輯性組織的主要工作。

⑥人機(jī)界面站：又稱用戶界面或使用者界面，是人與計算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，通常使用IE瀏覽器進(jìn)行訪問，也可在服務(wù)器端直接訪問，用戶可以在此處登陸能源管理系統(tǒng)并使用。

（2）硬件系統(tǒng)組成見圖2。

圖2 硬件系統(tǒng)架構(gòu)圖

本系統(tǒng)采用分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)從功能和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上可分為數(shù)據(jù)采集層（現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備）、數(shù)據(jù)傳輸層（通訊設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)）和數(shù)據(jù)管理層（能源管理系統(tǒng)軟件）三部分組成。

①數(shù)據(jù)采集層。

數(shù)據(jù)采集包括能源數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和工藝參數(shù)數(shù)據(jù)采集三個部分。

能源數(shù)據(jù)采集由分布于各個控制室的電能計量儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主要電能數(shù)據(jù)包括：I-電流、U-電壓、P-有功功率、Q-無功功率、PF-功率因數(shù)、E-電度量等。電能計量儀表應(yīng)遵循DL/T645通訊規(guī)約協(xié)議。

在窯頭，窯尾，水泥磨等控制室中設(shè)置串口服務(wù)器，串口服務(wù)器提供串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)功能，能夠?qū)S-232/485/422串口轉(zhuǎn)換成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)RS-232/485/422串口與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。使得串口設(shè)備能夠立即具備TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口功能，連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，極大的擴(kuò)展串口設(shè)備的通信距離。

絕大多數(shù)水泥生產(chǎn)線的大部分生產(chǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，如原煤用量、熟料產(chǎn)量，溫度，壓力等參數(shù)已采集或錄入到DCS系統(tǒng)中。信息平臺通過OPC方式采集DCS的有效信息到本平臺，對原DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)沒有任何影響。

②數(shù)據(jù)傳輸層。

數(shù)據(jù)傳輸層主要由光纖，光電轉(zhuǎn)換器，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)將全廠各控制室的串口服務(wù)器連在一起，是連接數(shù)據(jù)采集層和數(shù)據(jù)管理層的紐帶環(huán)節(jié)，承擔(dān)著本地數(shù)據(jù)緩存和向上與數(shù)據(jù)管理層交換數(shù)據(jù)的功能。

③數(shù)據(jù)管理層。

圖3 能耗指針

數(shù)據(jù)管理層是能效管理系統(tǒng)的最高層，數(shù)據(jù)管理層的全部設(shè)備放置在水泥生產(chǎn)中控室或工程師站內(nèi)，主要由1臺配置了RealInfo的服務(wù)器和打印機(jī)等構(gòu)成。該層完成接受現(xiàn)場監(jiān)測層和DCS系統(tǒng)上傳的實時數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、轉(zhuǎn)換和存儲，并以數(shù)字、曲線、報表等形式顯示在屏幕上。

圖4 能耗趨勢圖

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

針對水泥企業(yè)的生產(chǎn)特點和能效管理目標(biāo)，軟件系統(tǒng)主要實現(xiàn)三大功能。

（1）能耗數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視及對比。對于水泥企業(yè)來說，電耗和煤耗是其生產(chǎn)的兩項核心指標(biāo)，電耗又可細(xì)分為生料電耗，煤磨電耗，熟料電耗和水泥電耗，RealInfo的指針工具可將分析計算出的電耗和煤耗指標(biāo)以指針的形式展示出來，隨時查閱，督促生產(chǎn)見圖3。

（2）能耗趨勢分析和報表。能耗報表可分為班報、日報、月報、季報和年報等幾種，是水泥企業(yè)能效分析的重要基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)對比，可以分析對比不同時期，同類設(shè)備的能耗趨勢狀況和不同類設(shè)備之間的能耗影響狀況，為發(fā)現(xiàn)漏點和節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)參考見圖4。

（3）分析能耗特性。以表格、餅圖、棒圖和曲線等方式，進(jìn)行一系列的負(fù)荷對比分析，總結(jié)經(jīng)驗，使設(shè)備以經(jīng)濟(jì)合理的方式運行，實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能降耗見圖5。

圖5 能耗特性分析圖

3 結(jié) 語

目前國內(nèi)水泥企業(yè)之間的競爭日趨激烈，幾個大的水泥集團(tuán)已經(jīng)逐漸形成，集團(tuán)內(nèi)的每個水泥企業(yè)大多也都有多條水泥生產(chǎn)線。借助水泥企業(yè)能效管理系統(tǒng)的使用，在單個水泥生產(chǎn)企業(yè)能效管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建集團(tuán)總的生產(chǎn)能效管理平臺，通過實時數(shù)據(jù)庫與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的綜合使用，全面采集和存儲水泥生產(chǎn)線的各種生產(chǎn)參數(shù)、能耗參數(shù)，不僅能夠?qū)λ嗌a(chǎn)線的各項能耗指標(biāo)進(jìn)行全面的分析和監(jiān)視，幫助管理者制定水泥企業(yè)節(jié)能指標(biāo)，控制能耗成本等管理策略提供依據(jù)和手段，而且能夠大幅提升生產(chǎn)效率，改善工作體驗，也將為水泥生產(chǎn)線打造成智能化水泥工廠提供了堅實的基礎(chǔ)。