基于RealInfo的水泥企業能效管理系統的設計

林 希，汪 華

（合肥水泥研究設計院，安徽 合肥 230051）

目前國內水泥行業正面臨一個產能嚴重過剩的現實，水泥企業之間的競爭壓力越來越大，所以水泥生產成本控制就變得越來越重要。而煤耗和電耗又是水泥生產成本最重要的兩個部分，占到水泥生產成本的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，有效降低水泥生產成本，將能大大提高水泥企業的競爭力。

1 水泥企業能效管理的現狀

通過對目前國內部分水泥企業生產管理狀況的調查走訪發現，應用能效管理系統來全面管理整個水泥生產線的耗能現狀、能源利用損失情況、設備效率、能源利用率、綜合能耗等參數的水泥生產企業還非常少，絕大多數水泥企業還停留在通過DCS系統報表分析的階段，不僅效率低，而且很難做到全面了解整個水泥生產線的耗能現狀。

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

2 基于RealInfo的水泥企業能效管理系統介紹

RealInfo是國產監控組態軟件的優秀代表，自帶實時數據庫，具備與關系數據庫的通用接口，可以融入改造過的C語言代碼，二次開發能力較為強大，在此基礎上進行水泥生產線的能效管理系統的開發可以減少大量的基礎代碼的編寫工作，是理想的能效管理系統開發平臺，下面將從硬件系統設計和軟件系統設計兩個方面進行詳細闡述。

圖1 系統拓撲結構圖

2.1 硬件系統設計

（1）系統拓撲結構見圖1。各結構層詳細描述如下：

①基礎數據站：系統內最底層的數據來源，主要是各個控制室的電能計量儀表（如窯頭窯尾控制室等）和水泥生產線現有的DCS系統、PLC系統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據終端構成。

②隔離集中站：數據采集終端安置點，如串口服務器等，此種設計能夠極大地減輕服務器數據采集的工作量，體現出分布式結構的突出優點，使得維護和管理簡化。

③數據中心站：管理著從隔離集中站采集過來的底層設備數據及人工錄入的數據，并對數據進行匯總、分析、存儲等一系列功能。

④外界交流站：提供對外系統的標準接口，如OPC通訊等，此設計便于與其它獨立系統相互交換數據。

⑤系統邏輯站：主要是代碼編寫和功能模塊設計，還包括平臺結構規劃等一系列邏輯性組織的主要工作。

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

（2）硬件系統組成見圖2。

圖2 硬件系統架構圖

本系統采用分布式計算機控制系統結構，整個系統從功能和網絡結構上可分為數據采集層（現場監控設備）、數據傳輸層（通訊設備及網絡）和數據管理層（能源管理系統軟件）三部分組成。

①數據采集層。

數據采集包括能源數據采集、生產數據采集和工藝參數數據采集三個部分。

能源數據采集由分布于各個控制室的電能計量儀表進行數據采集。主要電能數據包括：I-電流、U-電壓、P-有功功率、Q-無功功率、PF-功率因數、E-電度量等。電能計量儀表應遵循DL/T645通訊規約協議。

在窯頭，窯尾，水泥磨等控制室中設置串口服務器，串口服務器提供串口轉網絡功能，能夠將RS-232/485/422串口轉換成TCP/IP網絡接口，實現RS-232/485/422串口與TCP/IP網絡接口的數據雙向透明傳輸。使得串口設備能夠立即具備TCP/IP網絡接口功能，連接網絡進行數據通信，極大的擴展串口設備的通信距離。

絕大多數水泥生產線的大部分生產參數數據和工藝參數數據，如原煤用量、熟料產量，溫度，壓力等參數已采集或錄入到DCS系統中。信息平臺通過OPC方式采集DCS的有效信息到本平臺，對原DCS系統的結構和數據沒有任何影響。

②數據傳輸層。

數據傳輸層主要由光纖，光電轉換器，工業以太網交換機等網絡設備組成，通過TCP/IP網絡將全廠各控制室的串口服務器連在一起，是連接數據采集層和數據管理層的紐帶環節，承擔著本地數據緩存和向上與數據管理層交換數據的功能。

③數據管理層。

圖3 能耗指針

數據管理層是能效管理系統的最高層，數據管理層的全部設備放置在水泥生產中控室或工程師站內，主要由1臺配置了RealInfo的服務器和打印機等構成。該層完成接受現場監測層和DCS系統上傳的實時數據，并對這些數據進行分析、轉換和存儲，并以數字、曲線、報表等形式顯示在屏幕上。

圖4 能耗趨勢圖

2.2 軟件系統設計

針對水泥企業的生產特點和能效管理目標，軟件系統主要實現三大功能。

（1）能耗數據的實時監視及對比。對于水泥企業來說，電耗和煤耗是其生產的兩項核心指標，電耗又可細分為生料電耗，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以指針的形式展示出來，隨時查閱，督促生產見圖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，是水泥企業能效分析的重要基礎，通過數據對比，可以分析對比不同時期，同類設備的能耗趨勢狀況和不同類設備之間的能耗影響狀況，為發現漏點和節能改造提供數據參考見圖4。

（3）分析能耗特性。以表格、餅圖、棒圖和曲線等方式，進行一系列的負荷對比分析，總結經驗，使設備以經濟合理的方式運行，實現系統的節能降耗見圖5。

圖5 能耗特性分析圖

3 結 語

目前國內水泥企業之間的競爭日趨激烈，幾個大的水泥集團已經逐漸形成，集團內的每個水泥企業大多也都有多條水泥生產線。借助水泥企業能效管理系統的使用，在單個水泥生產企業能效管理系統的基礎上構建集團總的生產能效管理平臺，通過實時數據庫與關系數據庫的綜合使用，全面采集和存儲水泥生產線的各種生產參數、能耗參數，不僅能夠對水泥生產線的各項能耗指標進行全面的分析和監視，幫助管理者制定水泥企業節能指標，控制能耗成本等管理策略提供依據和手段，而且能夠大幅提升生產效率，改善工作體驗，也將為水泥生產線打造成智能化水泥工廠提供了堅實的基礎。