矿粉生产企业的能源在线监测系统设计与实现

魏锴

（福建源鑫投资集团有限公司 福建省福州市 350005）

福建某矿粉生产企业有两条矿粉生产线，年生产产能达120 万立方，主要生产矿粉产品生料，具有国内先进的矿粉工艺和先进的工艺环保设备，是福建地区混凝土专业生产服务商。

能耗是矿粉生产企业产品成本的重要组成部分，也是矿粉企业生产管理控制的关键。由于矿粉生产企业能耗因素较多，各因素之间相互关联，能耗计量周期长、统计计算工作量大，难以实现能耗实时计算和预警功能。针对此问题，企业通过PI system 建立能源在线监测系统，将生产现场收集的数据进行收集、统计、分析和展示，为企业矿粉生产指导和能耗考核提供支持。

1 企业基本信息及能耗监测现状

1.1 企业基本信息

企业产品为高性能复合矿物掺合料，其主要通过对各种工业固体废弃物进行科学处置和综合利用，采用专业化配比方案，经大型立式辊磨等设备进行生产和加工，有效利用各种固体废弃物的化学成分，生产绿色环保的高性能复合矿物掺合料。

根据矿粉生产工艺及能源统计需求，能源监测内容主要包括原煤、电力等。原煤经预均化至各烧成车间，剩余部分进入辅助生产系统；电力经变电系统进入各生产车间。该企业能源计量设备配备情况如表1所示，能源计量设备精度等级符合《用能单位能源计量器具配备和管理通则要求》，A 类、B 类计量设备配备率为100%。企业电力、原煤统计均以每班次抄表方式进行统计核算，其中，原煤、电力按班次抄表。

1.2 企业能源监测系统需求

基于企业生产管理需求和计量器具自动化计量实际情况，如原煤入厂称重计量、入炉计量等数据为称重数据，难以实现自动化计量，确定采用智能仪表+人工抄表的方式进行数据采集，以此建立符合该企业实际情况的能耗监测系统。

2 能源在线监测系统设计

2.1 系统整体结构

为满足能源在线监测系统先进性、标准性、规范性和可扩展性系统建设要求，本系统基于DCS 和PI system 进行总体设计，以高性能数据采集终端和过程控制系统为依托，以PI 实时数据库为核心构建实时能源计量管理系统（如图1所示）。

能源监测系统为B/S 架构，能源计量设备根据生产工艺需求分散布设，通过TCP/IP 以太网协议经交换设备接入接口机，接口机主要起数据通信、缓存的作用，PI 系统服务器负责对实时数据的计算、处理、存储和调用，Web 服务器实现对外发布功能。为确保生产系统数据安全，接口机与PI 服务器之间、Web 服务器与PI 服务器之间均设置防火墙，确保生产数据信息安全。

图1：矿粉生产企业能源在线监测系统架构

图2：按班组展示电耗

2.2 数据采集

2.2.1 电力数据采集

根据企业现有电力数据采集计量点情况，选择A 级计量点1 个，计量位置为高压配电室进线柜；选择B 级计量点6 个，计量位置为高压配电室出线柜。将上述计量点实时数据经接口机传输到PI 服务器，基于PI SMT 软件导入点位，并计算电力日、月、年电力数据。

2.2.2 原煤数据采集

企业原煤计量器具为地衡，其中，A 级地磅1 个，B 级皮带秤两个。原煤计量系统称重数据通过升级改造存储至单独的地磅接口机，供PI 服务器调用、计算和展示，按能耗计算公式计算出原煤总能耗。

2.3 数据通信

现场仪表与接口机之间数据通信，采用RS485 通信总线方式接入，并汇集至各操作车间工程师站，工程师站通过交换机与PI接口机相接，从而实现多点仪表数据采集、传输和汇集。RS485 总线采用双绞线电缆，现场检测设备通过485 串口传输至数据信号，总线采集通信采用MODBUS-RTU 协议，并通过485 数据总线传输至工程师站。工程师站安装OPC 数据接口协议，接口机通过工程师站获取计量仪表数据。

表1：矿粉生产企业计量设备配备情况

针对不便于敷设线路的电表采集点，本工程采用4G DTU 连接远传抄表，DTU 设备通过485 接口连接智能电表采集电力数据，并上传至PI 服务器。

PI 服务器、PI 接口机、磁盘阵列与Web 服务器均采用TCP/IP协议通信，选用光纤连接至三层交换机。生产系统与办公系统信息隔离，确保能源在线监测系统高效传输与信息安全。

3 能源在线查询系统功能实现

3.1 点位建立与趋势图绘制

在系统部署完成后，能源计量管理系统监测通过PI SMT 和PI Processbook 组件创建监测点和绘制趋势图。点位的创建由SMT 软件完成。通过OPC 协议获得计量仪表开关量、模拟量、PV 值和SV 值后，根据SMT 标准参数导出至Excel 表，并修改计量表参数后导入PI 服务器，完成计量表数据的建立。数据导入后，借助Processbook 软件绘制流程图，点击可查看计量表数据。

在获取电、原煤数据的基础上，借助SMT 函数计算日、月、年或自定义周期统计函数，与相应车间矿粉熟料、制成品产量进行关联计算，以此完成能源在线监测系统的计算和处理。

3.2 Web服务发布

在建立计量表点位和能耗计算点位的基础上，由PI Web 服务器管理员上传至Web 服务器，在安装PI-ActiveView 的客户端上，用户可自主点击相应点位并查看能耗实时趋势，也可按班组、日、月、年绘制阶梯曲线。在班组生产阶梯中，可根据矿粉生产企业交接班计划安排，将班组名称与能耗阶梯曲线关联，以便于生产管理者横向对比各班组生产能耗情况（如图2所示），从而为班组考核和生产工艺优化提供便利条件。

3.3 权限分级

基于PI system 开发的能源在线监测系统，使用对象主要为矿粉企业能源计量人员、车间操作人员、车间管理人员、生产调度人员、企业领导。为确保信息安全，降低系统操作难度，本系统遵循按车间、功能需求和岗位设置账户权限，其中，企业领导、生产调度人员和能源计量人员可查看全厂能耗在线监测情况，车间操作人员和车间管理人员主要查看相应车间能耗监测情况。

3.4 数据重传和补录功能

在网络异常情况下，工程师站、接口机均具备数据自动数据重传功能，在网络恢复后，可通过多次数据重传降低因网络异常而造成的数据丢失问题。

图3：电耗历史趋势展示

针对暂时无法实现数据远传功能的计量点，为满足能源计量全面计量要求，本系统借助VB 编写Excel 表格代码，由班组按人工抄表方式进行记录、填写并上传。在Excel 表格中，通过VB 代码限定填入数据格式，日期由系统根据当前时间自动生成，确保了补录数据的规范性，防止因录入错误造成统计数据异常。

4 系统实施效果分析

基于PI system 建立的能耗在线监测系统，能够实时收集矿粉生产企业电、原煤能耗情况，并根据不同部门、岗位、人员需求设计开发相应的报表，如按工序、矿粉品种进行能耗分析，并由系统自动生产每日电耗、煤耗日报表（如图3所示）。

5 结语

基于PI system 的矿粉生产企业能耗在线监测系统建设，改善了以往人工抄表精确度不高、核算周期长的缺点，并通过按班组、矿粉品种、工序等参数能耗展示，实现了能耗数据的稳定采集、可靠存储与直观展示，降低了人工计量、核算工作量，并为矿粉生产企业掌握能耗信息、排查用能漏洞、节能降耗提供了可靠依据。