CN103136895A - 一种电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警系统及方法,属于电炉能耗管理领域,包括关系数据库服务器、应用服务器、客户端和数据采集PLC系统,所述的应用服务器包括数据采集模块、能耗指标分解模块、能耗运行监视模块和能耗统计分析模块;本发明根据上级下达的产量指标、历史统计单位能耗值以及节能指标计算出当天全厂总能耗指标,再将其细化分解为每台电熔镁炉在各个时段的能耗指标值,然后实时收集每台电熔炉的能耗数据,当发现实际值超过指标值时向管理者发送报警信息,辅助管理者进行电熔镁炉能耗管理;除此之外,通过对实时耗能数据进行分析,能够为管理者发现空烧、操作不规范等用电浪费环节,辅助管理者进行能耗监督与管理。
Description
技术领域
本发明属于电炉能耗管理领域,具体涉及一种电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警系统及方法。
背景技术
我国是世界上最大的电熔镁砂生产国,然而生产电熔镁砂的用电效率远落后于俄罗斯等国家。目前对电熔镁砂生产过程中电能消耗的管理主要是通过人工来进行,管理者由每天所要生产的产品数量来确定当天的开工炉数,然后由操作员自己根据经验来掌握各炉的熔炼过程。待熔炼完成后才能得到本次生产各炉消耗的电能、产量和产品品质,再根据这些数据进行管理和优化。这种管理方式具有一定的局限性,无法对电能消耗情况进行实时的监测、实时管理,缺乏群炉能耗的集中监视与报警,管理者很难发现存在电能浪费的环节,操作员用电浪费得不到有效监督。
发明内容
根据现有技术的缺陷,本发明提出一种电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警系统及方法,以达到实时收集每台电熔镁炉的能耗数据,并通过对采集数据的分析得到每台电熔镁炉的能耗状况,及时发送报警信息至用户,实现对多台电熔镁炉智能管理的目的。
一种电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警系统,包括关系数据库服务器、应用服务器、客户端和数据采集PLC系统,所述的应用服务器包括数据采集模块、能耗指标分解模块、能耗运行监视模块和能耗统计分析模块,其中,
数据采集模块:用于实时采集数据采集PLC系统发送的群炉的功率、有功电度量、功率因数、电极电流和变压器二次侧电压,并将上述数据发送至能耗运行监视模块;
能耗指标分解模块:用于接收用户所需群炉的产量指标和节能指标,调用关系数据库服务器中近一周的群炉的产量与能耗数据,根据数据库中的历史数据确定出当天群炉总能耗指标;并将上述当天群炉总能耗指标分解为单台电熔镁炉在每一时段的能耗指标;
能耗运行监视模块:用于对各电熔镁炉有功功率、有功电度量、电流、电压信息的实时监视,并根据上述数据分析单台电熔镁炉的能耗状况,即若某台电熔镁炉存在实际能耗超出指标值、过电流、操作不规范、电流越限、空烧以及电流设定值不合理的异常状况时,确定出该镁炉的炉号、状况类型和发生时间,并将上述报警信息发送至客户端上;
能耗统计分析模块:用于提供单台镁炉在不同生产日的能耗指标统计结果,并提供出不同电熔镁炉在同一生产日的能耗指标对比结果。
采用电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警系统进行报警的方法,包括以下步骤:
步骤1:采用能耗指标分解模块接收用户在客户端上所输入的全厂当天群炉产量指标和当天节能指标;
步骤2:根据数据库中保存的近一周的群炉的产量与能耗数据,确定出全厂平均单位能耗;
步骤3:根据步骤2确定出的全厂平均单位能耗、用户所需当天产量指标和当天节能指标确定出当天能耗指标;
步骤4:根据数据库中保存的群炉的产量与能耗数据,通过建立全厂能耗指标按炉分解优化模型的方式,确定单台电熔镁炉当天的能耗指标;
步骤5:将步骤4中得到的单台电熔镁炉当天能耗指标分解为每一时段能耗指标,所述的时间段为10~15分钟;
步骤6:判断单台电熔镁炉的能耗状况,其中,
若某台电熔镁炉在某个时段实际能耗值超出其指标值时,则执行步骤7;
若累计60秒以上的电极电流平均值超过电流额定值时,则出现过流状况,执行步骤7;
若累计180秒以上的电极电流平均值除以该时段内电流最大值所得结果小于80%时,则出现操作不规范状况,执行步骤7;
若持续超过90秒电极电流小于500A,则此时镁炉电闸无法合上,或者当采集到的电极电流瞬时值超过13000A时,则出现电流越限状况,执行步骤7;
若电极电流变化率绝对值累计60秒以上的平均值小于100安/秒时,则出现空烧状况,执行步骤7;
若单台电熔镁炉在连续3个时段实际能耗超出能耗指标值,则出现电流设定值不合理状况,执行步骤7;
步骤7:将出现异常状况的镁炉的炉号、状况类型和发生时间报警信息发送至客户端,提示用户电熔镁炉出现异常。
步骤3所述的确定出当天能耗指标,具体公式如下:
步骤4所述的建立全厂能耗指标按炉分解优化模型,公式如下:
建立电熔镁炉能耗与产量之间的函数关系,公式如下:
其中,i表示第i台电熔镁炉;k为电熔镁炉的总台数;yi为第i台电熔镁炉的产量; xi为第i台电熔镁炉的能耗;ai、bi、ci为电熔镁炉能耗与产量之间的函数的参数;
根据数据库中保存的群炉的产量与能耗数据,采用最小二乘拟合方式确定出模型中的ai、bi、ci,i=1,2,…,k参数;
建立全厂能耗指标按炉分解优化模型,求解优化模型得到每台电熔镁炉当天的能耗指标,公式如下:
其中,Max为取最大值;s.t.为“在....条件下”;
步骤5所述的将步骤4中得到的单台电熔镁炉当天能耗指标分解为每一时段能耗指标,
本发明优点:
本发明一种电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警系统及方法,根据上级下达的产量指标、历史统计单位能耗值以及节能指标计算出当天全厂总能耗指标,再将其细化分解为每台电熔镁炉在各个时段的能耗指标值,然后实时收集每台电熔炉的能耗数据,当发现实际值超过指标值时向管理者发送报警信息,辅助管理者进行电熔镁炉能耗管理;除此之外,通过对实时耗能数据进行分析,能够为管理者发现空烧、操作不规范等用电浪费环节,辅助管理者进行能耗监督与管理。
附图说明
图1为本发明一种实施例的系统结构框图;
图2为本发明一种实施例的数据流向示意图;
图3为本发明一种实施例的群炉能耗报警方法流程图;
图4为本发明一种实施例的不同时间段能耗示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
如图1所示,一种电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警系统,包括关系数据库服务器、应用服务器、客户端和数据采集PLC系统,所述的应用服务器包括数据采集模块、能耗指标分解模块、能耗运行监视模块和能耗统计分析模块,其中,数据采集模块用于实时采集数据采集PLC系统发送的群炉的功率、有功电度量、功率因数、电极电流和变压器二次侧电压,并将上述数据发送至能耗运行监视模块;能耗指标分解模块用于接收用户所需群炉的产量指标和节能指标,调用关系数据库服务器中近一周的群炉的产量与能耗数据,根据数据库中的历史数据确定出当天群炉总能耗指标;并将上述当天群炉总能耗指标分解为单台电熔镁炉在每一时段的能耗指标;能耗运行监视模块用于对各电熔镁炉有功功率、有功电度量、电流、电压信息的实时监视,并根据上述数据分析单台电熔镁炉的能耗状况,即若某台电熔镁炉存在实际能耗超出指标值、过电流、操作不规范、电流越限、空烧以及设定值不合理的异常状况时,确定出该镁炉的炉号、状况类型和发生时间,并上述信息及报警信息发送至客户端上;能耗统计分析模块用于提供单台镁炉在不同生产日的能耗指标统计结果,并提供出不同电熔镁炉在同一生产日的能耗指标对比结果。
本发明实施例中,数据采集PLC系统采用三菱Q系列PLC或西门子S7-200系列,通过采用电子测量仪表测量并记录每台电熔镁炉的电量数据,所述的电量数据包括各台镁炉的有功功率、有功电度量、电流、电压等信息,并通过现场总线技术将上述电量数据发送至数据采集PLC系统中,通过以太网将数据采集PLC系统中收集的每台电熔镁炉电量数据发送到应用服务器以实现能耗数据的实时监视,应用服务器与关系数据库服务器通过以太网进行通讯,从而将电量数据保存到关系数据库。通过运行客户端,用户可在浏览器中访问应用程序服务器,实现对各台镁炉的有功功率、有功电度量、电流、电压信息进行实时监视以及对报警信息进行查看和处理。
如图2所示,系统启动后数据采集PLC系统轮询底层各测量仪表,采集各电熔镁炉的实时的有功功率、无功功率、功率因素、有功电度量、电流、电压数据传递给应用服务器,应用服务器每隔1秒钟实时判断是否存在过电流、电流超限,操作不规范以及空烧等能耗异常状况,若报警发生后,将报警数据写入关系数据库进行报警记录,并在客户端浏览器上显示提示管理者;应用服务器上的数据采集服务每秒被调用一次,向关系数据库服务器中保存实时的用电信息,当被调用60次后,计算前一分钟的平均电流、平均电压,平均功率因素及总有功电度量等信息并保存到关系数据库服务器中。并采用能耗统计分析模块根据用户选择,以柱状图形式绘制出单台电熔镁炉指定时间段中的有功电度量,产量、高品率和单位能耗,或不同镁炉同一日期的有功电度量,产量、高品率和单位能耗,也可根据用户指定的开始日期和结束日期生成这段时间内的生产报表,报表内容包括:炉号、总产量、总能耗、单位能耗、平均高品率。
采用电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警系统进行报警方法,其流程如图3所示,包括以下步骤:
步骤1:采用能耗指标分解模块接收用户在客户端上所输入的全厂当天群炉产量指标y和当天节能指标δ;
步骤2:根据数据库中保存的近一周的群炉的产量与能耗数据,确定出全厂平均单位能耗;
步骤3:根据步骤2确定出的全厂平均单位能耗、用户所需当天产量指标和当天节能指标确定出当天能耗指标;
计算当天能耗指标公式如下:
x为当天能耗指标。
步骤4:根据数据库中保存的群炉的产量与能耗数据,通过建立全厂能耗指标按炉分解优化模型的方式,确定单台电熔镁炉当天的能耗指标,公式如下:
建立电熔镁炉能耗与产量之间的函数关系,公式如下:
其中,i表示第i台电熔镁炉yi为第i台电熔镁炉的产量;xi为第i台电熔镁炉的能耗;
根据数据库中保存的群炉的产量与能耗数据,采用最小二乘拟合方式确定出模型中的ai、bi、ci,i=1,2,…,k参数;例如在拟合参数a1、b1、c1时,应用第1台电熔镁炉在连续30天的能耗与产量数据,采用最小二乘拟合法即可得到a1、b1、c1的取值。
建立全厂能耗指标按炉分解优化模型,求解优化模型得到每台电熔镁炉当天的能耗指标,公式如下:
其中,Max为取最大值;s.t.为“在....条件下”;
步骤5:将步骤4中得到的单台电熔镁炉当天能耗指标分解为每一时段能耗指标,所述的时间段为10分钟;
整个熔炼过程可以分为起炉、熔炼、停炉三个阶段,其中,起炉时间持续0.5个小时,熔炼时间持续8个或9个小时,停炉时间持续1.5个小时。在理想情况下,第i台电熔镁炉用电负荷在起炉阶段从0持续升高到Wi,在熔炼阶段镁炉用电负荷保持在Wi,在停炉阶段镁炉用电负荷从Wi降低到0.
本实施例中,如图4所示,熔炼过程持续11小时,每一熔炼时段都等间隔为10分钟,因此共有66个时段。第i台电熔镁炉在第j个熔炼时段的能耗指标值Qij计算公式为:
其中
步骤6:判断单台电熔镁炉的能耗状况,在本发明实施例中电熔镁炉变压器容量为1600KVA:其中,
若某台电熔镁炉在某个时段实际能耗值超出其指标值时,如qij>Qij,qij为第i台电熔镁炉在第j个时段内的实际能耗,则执行步骤7;
若累计60秒以上的电极电流平均值超过电流额定值11500A时,则出现过流状况,执行步骤7;
若累计180秒以上的电极电流平均值除以该时段内电流最大值所得结果小于80%时,则出现操作不规范状况,执行步骤7;
若持续超过90秒电极电流小于500A,则此时镁炉电闸无法合上,或者当采集到的电极电流瞬时值超过13000A时,则出现电流越限状况,执行步骤7;
若电极电流变化率绝对值累计60秒以上的平均值小于100安/秒时,则出现空烧状况,执行步骤7;
若单台电熔镁炉在连续3个时段实际能耗超出能耗指标值,则出现电流设定值不合理状况,执行步骤7;
步骤7:将出现异常状况的镁炉的炉号、状况类型和发生时间报警信息发送至客户端,提示用户电熔镁炉出现异常。
Claims (5)
1.一种电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警系统,包括关系数据库服务器、应用服务器、客户端和数据采集PLC系统,其特征在于:所述的应用服务器包括数据采集模块、能耗指标分解模块、能耗运行监视模块和能耗统计分析模块,其中,
数据采集模块:用于实时采集数据采集PLC系统发送的群炉的功率、有功电度量、功率因数、电极电流和变压器二次侧电压,并将上述数据发送至能耗运行监视模块;
能耗指标分解模块:用于接收用户所需群炉的产量指标和节能指标,调用关系数据库服务器中近一周的群炉的产量与能耗数据,根据数据库中的历史数据确定出当天群炉总能耗指标;并将上述当天群炉总能耗指标分解为单台电熔镁炉在每一时段的能耗指标;
能耗运行监视模块:用于对各电熔镁炉有功功率、有功电度量、电流、电压信息的实时监视,并根据上述数据分析单台电熔镁炉的能耗状况,即若某台电熔镁炉存在实际能耗超出指标值、过电流、操作不规范、电流越限、空烧以及电流设定值不合理的异常状况时,确定出该镁炉的炉号、状况类型和发生时间,并将上述报警信息发送至客户端上;
能耗统计分析模块:用于提供单台镁炉在不同生产日的能耗指标统计结果,并提供出不同电熔镁炉在同一生产日的能耗指标对比结果。
2.采用权利要求1所述的电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警系统进行报警的方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:采用能耗指标分解模块接收用户在客户端上所输入的全厂当天群炉产量指标和当天节能指标;
步骤2:根据数据库中保存的近一周的群炉的产量与能耗数据,确定出全厂平均单位能耗;
步骤3:根据步骤2确定出的全厂平均单位能耗、用户所需当天产量指标和当天节能指标确定出当天能耗指标;
步骤4:根据数据库中保存的群炉的产量与能耗数据,通过建立全厂能耗指标按炉分解优化模型的方式,确定单台电熔镁炉当天的能耗指标;
步骤5:将步骤4中得到的单台电熔镁炉当天能耗指标分解为每一时段能耗指标,所述的时间段为10~15分钟;
步骤6:判断单台电熔镁炉的能耗状况,其中,
若某台电熔镁炉在某个时段实际能耗值超出其指标值时,则执行步骤7;
若累计60秒以上的电极电流平均值超过11000A~12000A电流额定值时,则出现过流状况,执行步骤7;
若累计180秒以上的电极电流平均值除以该时段内电流最大值所得结果小于80%时,则出现操作不规范状况,执行步骤7;
若持续超过90秒电极电流小于500A~1000A,则此时镁炉电闸无法合上,或者当采集到的电极电流瞬时值超过12000A~13000A时,则出现电流越限状况,执行步骤7;
若电极电流变化率绝对值累计60秒以上的平均值小于100安/秒~150安/秒时,则出现空烧状况,执行步骤7;
若单台电熔镁炉在连续3个时段实际能耗超出能耗指标值,则出现电流设定值不合理状况,执行步骤7;
步骤7:将出现异常状况的镁炉的炉号、状况类型和发生时间报警信息发送至客户端,提示用户电熔镁炉出现异常。
3.根据权利要求2所述的电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警方法,其特征在于:步骤3所述的确定出当天能耗指标,具体公式如下:
为全厂平均单位能耗,y为当天全厂产量指标,δ为当天全厂节能指标 ,x为当天能耗指标。
4.根据权利要求2所述的电熔镁砂熔炼过程的群炉能耗报警方法,其特征在于:步骤4所述的建立全厂能耗指标按炉分解优化模型,公式如下:
建立电熔镁炉能耗与产量之间的函数关系,公式如下:
其中,i表示第i台电熔镁炉;k为电熔镁炉的总台数;yi为第i台电熔镁炉的产量;xi为第i台电熔镁炉的能耗;ai、bi、ci为电熔镁炉能耗与产量之间的函数的参数;
根据数据库中保存的群炉的产量与能耗数据,采用最小二乘拟合方式确定出模型中的ai、bi、ci,i=1,2,…,k参数;
建立全厂能耗指标按炉分解优化模型,求解优化模型得到每台电熔镁炉当天的能耗指标,公式如下:
其中,Max为取最大值;s.t.为“在....条件下”;
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