礦粉生產企業的能源在線監測系統設計與實現

魏鍇

（福建源鑫投資集團有限公司 福建省福州市 350005）

福建某礦粉生產企業有兩條礦粉生產線，年生產產能達120 萬立方，主要生產礦粉產品生料，具有國內先進的礦粉工藝和先進的工藝環保設備，是福建地區混凝土專業生產服務商。

能耗是礦粉生產企業產品成本的重要組成部分，也是礦粉企業生產管理控制的關鍵。由于礦粉生產企業能耗因素較多，各因素之間相互關聯，能耗計量周期長、統計計算工作量大，難以實現能耗實時計算和預警功能。針對此問題，企業通過PI system 建立能源在線監測系統，將生產現場收集的數據進行收集、統計、分析和展示，為企業礦粉生產指導和能耗考核提供支持。

1 企業基本信息及能耗監測現狀

1.1 企業基本信息

企業產品為高性能復合礦物摻合料，其主要通過對各種工業固體廢棄物進行科學處置和綜合利用，采用專業化配比方案，經大型立式輥磨等設備進行生產和加工，有效利用各種固體廢棄物的化學成分，生產綠色環保的高性能復合礦物摻合料。

根據礦粉生產工藝及能源統計需求，能源監測內容主要包括原煤、電力等。原煤經預均化至各燒成車間，剩余部分進入輔助生產系統；電力經變電系統進入各生產車間。該企業能源計量設備配備情況如表1所示，能源計量設備精度等級符合《用能單位能源計量器具配備和管理通則要求》，A 類、B 類計量設備配備率為100%。企業電力、原煤統計均以每班次抄表方式進行統計核算，其中，原煤、電力按班次抄表。

1.2 企業能源監測系統需求

基于企業生產管理需求和計量器具自動化計量實際情況，如原煤入廠稱重計量、入爐計量等數據為稱重數據，難以實現自動化計量，確定采用智能儀表+人工抄表的方式進行數據采集，以此建立符合該企業實際情況的能耗監測系統。

2 能源在線監測系統設計

2.1 系統整體結構

為滿足能源在線監測系統先進性、標準性、規范性和可擴展性系統建設要求，本系統基于DCS 和PI system 進行總體設計，以高性能數據采集終端和過程控制系統為依托，以PI 實時數據庫為核心構建實時能源計量管理系統（如圖1所示）。

能源監測系統為B/S 架構，能源計量設備根據生產工藝需求分散布設，通過TCP/IP 以太網協議經交換設備接入接口機，接口機主要起數據通信、緩存的作用，PI 系統服務器負責對實時數據的計算、處理、存儲和調用，Web 服務器實現對外發布功能。為確保生產系統數據安全，接口機與PI 服務器之間、Web 服務器與PI 服務器之間均設置防火墻，確保生產數據信息安全。

圖1：礦粉生產企業能源在線監測系統架構

圖2：按班組展示電耗

2.2 數據采集

2.2.1 電力數據采集

根據企業現有電力數據采集計量點情況，選擇A 級計量點1 個，計量位置為高壓配電室進線柜；選擇B 級計量點6 個，計量位置為高壓配電室出線柜。將上述計量點實時數據經接口機傳輸到PI 服務器，基于PI SMT 軟件導入點位，并計算電力日、月、年電力數據。

2.2.2 原煤數據采集

企業原煤計量器具為地衡，其中，A 級地磅1 個，B 級皮帶秤兩個。原煤計量系統稱重數據通過升級改造存儲至單獨的地磅接口機，供PI 服務器調用、計算和展示，按能耗計算公式計算出原煤總能耗。

2.3 數據通信

現場儀表與接口機之間數據通信，采用RS485 通信總線方式接入，并匯集至各操作車間工程師站，工程師站通過交換機與PI接口機相接，從而實現多點儀表數據采集、傳輸和匯集。RS485 總線采用雙絞線電纜，現場檢測設備通過485 串口傳輸至數據信號，總線采集通信采用MODBUS-RTU 協議，并通過485 數據總線傳輸至工程師站。工程師站安裝OPC 數據接口協議，接口機通過工程師站獲取計量儀表數據。

表1：礦粉生產企業計量設備配備情況

針對不便于敷設線路的電表采集點，本工程采用4G DTU 連接遠傳抄表，DTU 設備通過485 接口連接智能電表采集電力數據，并上傳至PI 服務器。

PI 服務器、PI 接口機、磁盤陣列與Web 服務器均采用TCP/IP協議通信，選用光纖連接至三層交換機。生產系統與辦公系統信息隔離，確保能源在線監測系統高效傳輸與信息安全。

3 能源在線查詢系統功能實現

3.1 點位建立與趨勢圖繪制

在系統部署完成后，能源計量管理系統監測通過PI SMT 和PI Processbook 組件創建監測點和繪制趨勢圖。點位的創建由SMT 軟件完成。通過OPC 協議獲得計量儀表開關量、模擬量、PV 值和SV 值后，根據SMT 標準參數導出至Excel 表，并修改計量表參數后導入PI 服務器，完成計量表數據的建立。數據導入后，借助Processbook 軟件繪制流程圖，點擊可查看計量表數據。

在獲取電、原煤數據的基礎上，借助SMT 函數計算日、月、年或自定義周期統計函數，與相應車間礦粉熟料、制成品產量進行關聯計算，以此完成能源在線監測系統的計算和處理。

3.2 Web服務發布

在建立計量表點位和能耗計算點位的基礎上，由PI Web 服務器管理員上傳至Web 服務器，在安裝PI-ActiveView 的客戶端上，用戶可自主點擊相應點位并查看能耗實時趨勢，也可按班組、日、月、年繪制階梯曲線。在班組生產階梯中，可根據礦粉生產企業交接班計劃安排，將班組名稱與能耗階梯曲線關聯，以便于生產管理者橫向對比各班組生產能耗情況（如圖2所示），從而為班組考核和生產工藝優化提供便利條件。

3.3 權限分級

基于PI system 開發的能源在線監測系統，使用對象主要為礦粉企業能源計量人員、車間操作人員、車間管理人員、生產調度人員、企業領導。為確保信息安全，降低系統操作難度，本系統遵循按車間、功能需求和崗位設置賬戶權限，其中，企業領導、生產調度人員和能源計量人員可查看全廠能耗在線監測情況，車間操作人員和車間管理人員主要查看相應車間能耗監測情況。

3.4 數據重傳和補錄功能

在網絡異常情況下，工程師站、接口機均具備數據自動數據重傳功能，在網絡恢復后，可通過多次數據重傳降低因網絡異常而造成的數據丟失問題。

圖3：電耗歷史趨勢展示

針對暫時無法實現數據遠傳功能的計量點，為滿足能源計量全面計量要求，本系統借助VB 編寫Excel 表格代碼，由班組按人工抄表方式進行記錄、填寫并上傳。在Excel 表格中，通過VB 代碼限定填入數據格式，日期由系統根據當前時間自動生成，確保了補錄數據的規范性，防止因錄入錯誤造成統計數據異常。

4 系統實施效果分析

基于PI system 建立的能耗在線監測系統，能夠實時收集礦粉生產企業電、原煤能耗情況，并根據不同部門、崗位、人員需求設計開發相應的報表，如按工序、礦粉品種進行能耗分析，并由系統自動生產每日電耗、煤耗日報表（如圖3所示）。

5 結語

基于PI system 的礦粉生產企業能耗在線監測系統建設，改善了以往人工抄表精確度不高、核算周期長的缺點，并通過按班組、礦粉品種、工序等參數能耗展示，實現了能耗數據的穩定采集、可靠存儲與直觀展示，降低了人工計量、核算工作量，并為礦粉生產企業掌握能耗信息、排查用能漏洞、節能降耗提供了可靠依據。