瓦楞紙制造過程能耗監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術研究
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3.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)是以計算機為基礎的生產過程監(jiān)控與調度系統(tǒng)，它可以對現(xiàn)場設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調節(jié)以及各類信號報警等各項功能，使用對象是現(xiàn)場監(jiān)控操作人員。WinCC是西門子公司出品的人機界面數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，完美支持西門子自動化設備。WinCC用于實現(xiàn)過程的可視化，提供強大的組態(tài)和過程開發(fā)組件，使開發(fā)人員能快捷地開發(fā)出可供操作員使用的圖形用戶界面。WinCC允許過程以圖形化的方式顯示在屏幕上，每次過程中的狀態(tài)發(fā)生改變，都會更新顯示；允許操作員控制過程，例如：可以從圖形界面預先定義設置值或開關閥；允許設置過程狀態(tài)臨界值，一旦超出，將自動發(fā)出報警信號。
3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的先進能源管理系統(tǒng)
能源管理系統(tǒng)由任務單與管網(wǎng)子系統(tǒng)、報表子系統(tǒng)及OLAP(聯(lián)機分析處理)子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)采用分布式客戶彬服務器體系結構，有機地運用了先進的系統(tǒng)技術、計算機技術、數(shù)據(jù)庫技術、網(wǎng)絡技術及OLAP技術，實現(xiàn)了對能源中心內各種能介系統(tǒng)運行方式變更信息和各種動力管網(wǎng)設備運行信息的無紙化歸檔管理與查詢功能，集成了對各種計劃、管理、決策類報表的編制與查詢功能。
采用物聯(lián)網(wǎng)技術，可以以較低的安裝、維護成本實現(xiàn)對各類大量能源介質的在線監(jiān)測，構建現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集后傳遞給數(shù)據(jù)傳輸服務器的工業(yè)網(wǎng)絡，實現(xiàn)大量信息的在線采集、實時傳輸。通過有線或無線方式，將能源管理中心所需的能源數(shù)據(jù)采集進入系統(tǒng)，供監(jiān)視、報警、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等用。
在基于物聯(lián)網(wǎng)的先進能源管理系統(tǒng)中，通過傳感器感知生產過程、電力系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等的能源介質信息，通過射頻識別(FRID)技術實現(xiàn)物料等的信息感知，構建整個能源管理系統(tǒng)的信息感知平臺，并實現(xiàn)海量信息的傳輸；結合基于智能信息處理的中間件技術對應用過程中存在的海量數(shù)據(jù)進行處理，支持多協(xié)議轉換和信息集成，為能源調度和監(jiān)控提供數(shù)據(jù)支持。
3.3 能源動態(tài)平衡和優(yōu)化調度方法的研究
利用計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫等先進的計算機技術，對能源管理系統(tǒng)(EMS)的數(shù)據(jù)資源進行提取、處理，對能源的使用實時動態(tài)調整；對蒸汽使用的影響因素進行建模；對蒸汽使用的影響因素進行構序分析；用模糊神經網(wǎng)作供銷等量平衡預測分析；以管網(wǎng)和單元模型為基礎，將調度問題描述為數(shù)學規(guī)劃形式，用戶需求為相應的目標函數(shù)，利用多目標線性數(shù)學規(guī)劃方法，求解最優(yōu)值，實現(xiàn)能源動態(tài)平衡和優(yōu)化調度。
系統(tǒng)基于調度單元預測模型和能源網(wǎng)絡模型，綜合考慮了分級能源利用思想，自動將優(yōu)化調度問題表述為大規(guī)模數(shù)學規(guī)劃的形式，進一步將數(shù)學規(guī)劃表達式化為線形數(shù)學規(guī)劃問題，使用原始對偶內點法進行求解。綜合考慮煤氣、蒸汽、電力三大能源的調度，在保證能源穩(wěn)定供給和生產安全運行的前提下，提高能源綜合利用效率。對于煤氣、蒸汽能源，減少放散浪費；對于電力能源，有效錯開重要負荷的運行，削峰填谷，保證整體電力負荷相對穩(wěn)定。
4 系統(tǒng)工作流程
瓦楞紙制造過程能耗監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的工作流程如圖所示。在公司總部設立中心服務器，采用光纖接入，采用防火墻與外界進行隔離，確保網(wǎng)絡安全性。在企業(yè)各廠房需要進行監(jiān)測的能源流程節(jié)點設置相應的智能傳感器和射頻識別監(jiān)測器，包括瓦楞紙生產線成套設備、生產過程節(jié)點、計量裝備以及耗能的監(jiān)測設備；通過無線傳感器網(wǎng)絡將能源流程中監(jiān)測的相關數(shù)據(jù)信息發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務器，存于海量數(shù)據(jù)倉庫；經知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)用能單位能源數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、匯總和分析。
系統(tǒng)工作流程
目前，節(jié)能降耗系統(tǒng)方案舊。有以下幾種：
1)總量管理：現(xiàn)場沒有安裝傳感器，根據(jù)能源購人總量和使用時間進行統(tǒng)計。
2)人工管理：現(xiàn)場安裝有傳感器，但是沒有數(shù)據(jù)采集設備。由于現(xiàn)場儀表都比較老舊，不具有通信或其他輸出方式。
3)獨立管理：重點設備有配套的監(jiān)控設備，例如：鍋爐有獨立的監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控鍋爐的壓力、溫度、蒸汽、水等。
綜上所述，瓦楞紙制造過程能耗監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：
1)完善能源信息的采集、存儲、管理和能源的有效利用：
2)在公司層面對能源系統(tǒng)采用分散控制和集中管理；
3)優(yōu)化管理流程，建立客觀能源消耗評價體系；
4)減少能源系統(tǒng)運行成本，提高勞動生產率；
5)提高對全廠性能源事故反應能力；
6)節(jié)約能源和改善環(huán)境。
6 結束語
將物聯(lián)網(wǎng)技術引入到瓦楞紙制造過程能耗監(jiān)控的具體工作中，充分利用物聯(lián)網(wǎng)的分層技術對能耗感知和檢測，進而得到科學可信的基礎數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)通過WICN-H，光纖，Zig Bee，GPRS／CDMA，EVDO／WiFi等網(wǎng)絡傳輸方式，由數(shù)據(jù)導人服務傳送到能耗監(jiān)測管理平臺，實現(xiàn)對全系統(tǒng)的管理，以及能耗數(shù)據(jù)的儲存、加工、查詢、分析等高級能源管理功能，極大地提高了能源管理與節(jié)能運行水平，滿足了“集中管理、集中監(jiān)控、集中維護”和相關要求。(end)
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