一、概述

1. 行業(yè)背景

在傳統制造業(yè)中，工業(yè)鍋爐設備舉足輕重。長(cháng)期以來(lái)，鍋爐設備的運行中普遍存在“大馬拉小車(chē)”的現象，大部分的鍋爐都處在低負荷狀態(tài)下運行，一方面由于用戶(hù)和設計部門(mén)在選擇鍋爐時(shí)，考慮到日后的發(fā)展和需要等因素，所以在選擇鍋爐數量和容量時(shí)經(jīng)常會(huì )出現超過(guò)實(shí)際需求量的現象;另一方面，鍋爐運行中負荷會(huì )隨著(zhù)用熱負荷、用氣的變化在一定范圍內波動(dòng)，造成大部分鍋爐長(cháng)期處在低負荷狀態(tài)下運行。

同時(shí)，我國燃煤鍋爐的控制水平偏低，并且通常使用的是PID或多位式，無(wú)法根據外界的變化調節鍋爐的運行情況，缺少可以顯示出鍋爐運行的參數界面。運行管理人員在調整時(shí)，經(jīng)常會(huì )出現缺少數據，無(wú)法準確對鍋爐運行狀況作出判斷，無(wú)法在鍋爐運行和燃燒工況發(fā)生變化時(shí)，采取相應的調整措施，使鍋爐處在最優(yōu)狀態(tài)下運行。

 2. 現狀及需求

清遠市某公司，是屬于傳統的皮革制造企業(yè)，公司大部分生產(chǎn)設備是依靠鍋爐提供生產(chǎn)所需的熱能。但是，傳統鍋爐管理方式，能耗記錄依靠人為手工走訪(fǎng)式登記、出錯率高、資料保存困難，生產(chǎn)設備利用率不高、管理不及時(shí)等一系列的問(wèn)題，因此對于鍋爐的管理系統進(jìn)行升級改造，就變的迫在眉捷。

該公司共有2個(gè)工廠(chǎng)，共7個(gè)鍋爐需要進(jìn)行升級改造。針對鍋爐設備的改造，需要采集8臺流量計，4臺PLC控制器，12個(gè)智能電表、若干溫度儀表的數據。其中：

流量計主要采集溫度及熱能耗數據，用于溫度的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示查詢(xún)，并以熱能耗數據為基礎進(jìn)行能源統計分析；

PLC控制器主要采集用煤量，數據用于能源統計分析；

智能電表主要采集電流和用電量，用于電流的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示查詢(xún)功能，用電量數據用于能源統計分析。

因此，建設目標為：

實(shí)時(shí)監控生產(chǎn)過(guò)程的重要數據，并能夠生成相關(guān)報表；

對鍋爐所涉及到的用電量、用煤量和熱能耗進(jìn)行分類(lèi)分項統計，并生成相關(guān)曲線(xiàn)和報表；

對生產(chǎn)中的報警信息能夠及時(shí)提醒和可實(shí)現歷史追溯；

系統需具備實(shí)用性，安全性，可靠性，穩定性及可擴展性等性能。 

二、方案設計

1. 系統架構圖

2. 架構介紹

該系統一共有兩臺服務(wù)器，一臺做數據采集服務(wù)器，用于生產(chǎn)過(guò)程數據的采集;一臺是能管平臺服務(wù)器，用于能耗數據的統計分析;兩廠(chǎng)布置若干操作站，方便管理者查看生產(chǎn)信息。兩廠(chǎng)一共4臺S7-200 PLC采集生產(chǎn)過(guò)程的用煤量和電能數據，用網(wǎng)線(xiàn)的連接方式，通過(guò)交換機將數據傳輸到數據采集服務(wù)器。兩廠(chǎng)的流量計數據，先用屏蔽兩絞線(xiàn)連接到上海卓嵐的串口服務(wù)器，以保證數據傳輸的穩定性，再用網(wǎng)線(xiàn)的連接方式，通過(guò)交換機將數據傳輸到數據采集服務(wù)器。兩廠(chǎng)由于相隔比較遠，所以采用光纖的連接方式，將整個(gè)系統連接起來(lái)。

三、系統功能

1. 鍋爐運行分析管理

1.1. 設備運行監控

可以了解到每臺鍋爐每天早晚班的用電量、用煤量和熱能耗，以及可以自動(dòng)計算出每臺鍋爐每天用煤的燃燒值。

可以實(shí)時(shí)查看每臺鍋爐的出入口油溫和排煙溫度變化的曲線(xiàn)圖，并可以通過(guò)設置時(shí)間，查看到關(guān)于溫度的歷史曲線(xiàn)和報表，同時(shí)還具有導出EXCEL格式的報表、打印報表等功能。

1.2. 燃燒值查看

可直觀(guān)查看昨日每臺鍋爐的燃燒值。根據日期進(jìn)行查詢(xún)，可以查看每臺鍋爐燃燒值歷史數據的曲線(xiàn)變化情況和歷史報表，并通過(guò)導出功能，直接導出報表數據。

1.3. 電流查看

可查看每臺鍋爐三相電流的實(shí)時(shí)數據。按時(shí)間查詢(xún)的方式，可以查看每臺鍋爐電流歷史數據的曲線(xiàn)變化情況和報表。

2. 能源管理

2.1. 能耗分類(lèi)分項統計

其中左上角顯示站點(diǎn)信息，左下角顯示指標信息，中間顯示所選指標當前統計周期能耗數值信息及該指標下級指標之間的能耗比率，右側顯示該指標下級指標的能耗數值信息，以柱狀圖的形式展現，下側顯示該指標及下級指標近期的趨勢曲線(xiàn)及數值信息。該分析功能提供5 個(gè)統計周期可供查看，分別是天、周、月、季、年。

用電分類(lèi)分項

用煤分類(lèi)分項

用熱能分類(lèi)分項

2.2. 能耗趨勢分析

其中左下角顯示站點(diǎn)信息，下側顯示指標信息，當選擇某個(gè)指標后（圖標變紅），會(huì )在當前曲線(xiàn)上添加一條曲線(xiàn)，曲線(xiàn)信息為近期該指標能耗趨勢，當再次選擇另外一個(gè)指標后（圖標變紅），會(huì )在當前曲線(xiàn)上再次添加一條趨勢曲線(xiàn)（柱狀圖），柱狀圖信息為當前所選指標，以此類(lèi)推；另外，當再次點(diǎn)擊剛才所選指標（圖標恢復原樣），該指標的曲線(xiàn)就會(huì )刪除，以此類(lèi)推。同樣的，該分析功能提供5 個(gè)統計周期可供查看，分別是天、周、月、季、年。

2.3. 能耗同比分析

分為歷史同/環(huán)比趨勢圖和歷史同/環(huán)比增長(cháng)率，其中趨勢圖默認統計周期為

年，可以單擊該柱狀圖改變統計周期，比如單擊后該柱狀圖后，統計周期會(huì )由年變成月，以此類(lèi)推。

2.4. 能耗對比分析

其中能耗對比分析主要有圖表和表格兩中表現方式，可選擇多個(gè)指標進(jìn)行分析對比，查詢(xún)的時(shí)間范圍可以自由設置。另外圖表分為曲線(xiàn)和柱狀圖，表格提供導出和打印功能。

2.5. 實(shí)時(shí)分項分析

2.6. 實(shí)時(shí)趨勢分析

2.7. 實(shí)時(shí)對比分析

2.8. 能源計劃

對所處的管理領(lǐng)域的功能對象進(jìn)行能源計劃的制定，能源計劃包括年計劃、月計劃和日計劃。一旦在運行過(guò)程中某些使用對象超出了計劃中的下限或上限，則會(huì )標記預警或危險狀態(tài)。

3. 報警

對超限額、設備通信故障等情況進(jìn)行預警和報警。

四、結 論

鍋爐運行分析及能源管理系統可高效管理工業(yè)鍋爐設備，對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監控分析，加之通過(guò)對能耗數據進(jìn)行分類(lèi)分項研究，管理者能夠有針對性的制定出更加行之有效的能源管理制度，優(yōu)化排產(chǎn)方案，提高設備利用率和生產(chǎn)效率，減少勞動(dòng)力的支出和不必要的浪費，降低企業(yè)運營(yíng)成本。