CN109634235A - 一种基于熔炉管理的能耗分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于熔炉管理的能耗分析方法，包括以下步骤：S1、设定熔炉工作状态；S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据；S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线；S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线；S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析。本发明可为找出不合理能耗、调整能源分配策略提供有效的数据支持，以实现减少生产浪费、节能降耗的目的，并可大幅度降低数字化工厂、信息化工厂的建设成本。
Description
技术领域
本发明属于工业设备管理技术领域，具体涉及一种基于熔炉管理的能耗分析方法。
背景技术
目前与本次申请最为接近的现有技术为电力监控系统。一般而言，通过对配电器的监控，并利用收集电流、空气、气温和水温等信息。该技术目前较多应用于学校环境、办公室环境下的空调能耗管理。但该技术不适用于熔炉工业生产环境，目前，还没有一种能有效地对熔炉进行能耗管理分析的技术方案。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种基于熔炉管理的能耗分析方法。
本发明所采用的技术方案为：一种基于熔炉管理的能耗分析方法，包括以下步骤：
S1、设定熔炉工作状态；
S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据；
S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线；
S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线；
S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析。
可选地，步骤S1包括以下过程：设定初始参数、熔炉的工作电路以及熔炉电力使用的峰段、平段以及谷段。
可选地，所述熔炉的工作电路为星型三相电路。
可选地，所述星型三相电路包括三相电源以及负载RA、RB和RC，三相电源的三个绕组分别与负载RA、RB和RC相连，设加载在负载RA、RB和RC上的电压分别为UA、UB和UC，流经负载RA、RB和RC的电流分别为IA、IB和IC，则各负载的功率为：
PA＝UA×IA；
PB＝UB×IB；
PC＝UC×IC；
总功率为：P＝PA+PB+PC。
可选地，步骤S2包括以下过程：根据设定的时段，采集目标时间段的电压UA、UB和UC以及电流IA、IB和IC，获得离散的电流、电压数据。
可选地，步骤S3包括以下过程：将离散的所述电压数据UA、UB和UC分别进行拟合，分别获得UA、UB和UC随时间的连续变化曲线；将离散的所述电流数据IA、IB和IC分别进行拟合，分别获得IA、IB和IC随时间的连续变化曲线。
可选地，步骤S4包括以下过程：
S41、利用所得到的样本数据分别计算获得各负载功率PA、PB、PC、以及总功率P，获得PA、PB、PC以及总功率P随时间变化的曲线；
S42、根据总能耗Q＝P×t计算总能耗，获得总能耗随时间的变化曲线，其中t为时间；
S43、将单位时间段的能耗数据可视化，获得在这一时间段内的总能耗变化曲线。
可选地，步骤S5还包括以下过程：计算单位质量的能耗，获得单位质量能耗随时间的变化曲线。
本发明的有益效果为：
(1)为决策提供数据支持：依托工业大数据分析，优化工序能耗管理，提供动态化能耗分析，完成能耗分摊，为找出不合理能耗、调整能源分配策略提供有效的数据支持，以实现减少生产浪费、节能降耗的目的，为生产管理的能耗调整决策提供数据基础。
(2)降低成本：通过直接部署传感器及连入相关数据库的方式，现场人员利用手持终端设备检查、管控熔炉设备的入料和能耗情况，从而实现熔炉设备到智能生产设备的升级，可大幅度降低数字化工厂、信息化工厂的建设成本。
(3)无纸化记录：现场人员通过手持设备终端进行生产数据的记录、管理和监控，保证生产数据的安全与质量，管理人员可以通过可视化应用远程监督、管理熔炉入料。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是熔炉的工作电路图。
图3是采集目标时间段电流获得的IA、IB和IC离散电流曲线。
图4是采集目标时间段电压获得的UA、UB和UC离散电压曲线。
图5是对离散电流进行拟合获得的IA、IB和IC随时间的连续变化曲线。
图6是对离散电压进行拟合获得的UA、UB和UC随时间的连续变化曲线。
图7是重新采样后获得的IA、IB和IC随时间的连续变化曲线。
图8是重新采样后获得的UA、UB和UC随时间的连续变化曲线。
图9是生成的PA、PB、PC以及总功率P随时间的变化曲线。
图10是总能耗随时间的变化曲线。
图11是总能耗的离散分布曲线。
图12是一时间段内的总能耗变化曲线。
图13是各熔炉的入料统计方式示意图。
图14是单位质量能耗随时间的变化曲线及相关数据的统计示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
实施例1：
如图1，本实施例提供一种基于熔炉管理的能耗分析方法，包括以下步骤：
S1、设定熔炉工作状态；
S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据；
S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线；
S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线；
S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析。
实施例2：
如图1，本实施例提供一种基于熔炉管理的能耗分析方法，包括以下步骤：
S1、设定熔炉工作状态；
S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据；
S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线；
S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线；
S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析。
其中，步骤S1包括以下过程：设定初始参数、熔炉的工作电路以及熔炉电力使用的峰段、平段以及谷段。
实施例3：
如图1，本实施例提供一种基于熔炉管理的能耗分析方法，包括以下步骤：
S1、设定熔炉工作状态；
S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据；
S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线；
S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线；
S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析。
其中，步骤S1包括以下过程：设定初始参数、熔炉的工作电路以及熔炉电力使用的峰段、平段以及谷段。
并且，所述熔炉的工作电路为星型三相电路。
实施例4：
如图1，本实施例提供一种基于熔炉管理的能耗分析方法，包括以下步骤：
S1、设定熔炉工作状态；
S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据；
S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线；
S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线；
S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析。
其中，步骤S1包括以下过程：设定初始参数、熔炉的工作电路以及熔炉电力使用的峰段、平段以及谷段。
并且，所述熔炉的工作电路为星型三相电路。
具体地，所述星型三相电路包括三相电源以及负载RA、RB和RC，三相电源的三个绕组分别与负载RA、RB和RC相连，设加载在负载RA、RB和RC上的电压分别为UA、UB和UC，流经负载RA、RB和RC的电流分别为IA、IB和IC，则各负载的功率为：
PA＝UA×IA；
PB＝UB×IB；
PC＝UC×IC；
总功率为：P＝PA+PB+PC。
实施例5：
如图1，本实施例提供一种基于熔炉管理的能耗分析方法，包括以下步骤：
S1、设定熔炉工作状态；
S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据；
S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线；
S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线；
S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析。
其中，步骤S1包括以下过程：设定初始参数、熔炉的工作电路以及熔炉电力使用的峰段、平段以及谷段。
并且，所述熔炉的工作电路为星型三相电路。
具体地，所述星型三相电路包括三相电源以及负载RA、RB和RC，三相电源的三个绕组分别与负载RA、RB和RC相连，设加载在负载RA、RB和RC上的电压分别为UA、UB和UC，流经负载RA、RB和RC的电流分别为IA、IB和IC，则各负载的功率为：
PA＝UA×IA；
PB＝UB×IB；
PC＝UC×IC；
总功率为：P＝PA+PB+PC。
其中，步骤S2包括以下过程：根据设定的时段，采集目标时间段的电压UA、UB和UC以及电流IA、IB和IC，获得离散的电流、电压数据。
实施例6：
如图1，本实施例提供一种基于熔炉管理的能耗分析方法，包括以下步骤：
S1、设定熔炉工作状态；
S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据；
S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线；
S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线；
S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析。
其中，步骤S1包括以下过程：设定初始参数、熔炉的工作电路以及熔炉电力使用的峰段、平段以及谷段。
并且，所述熔炉的工作电路为星型三相电路。
具体地，所述星型三相电路包括三相电源以及负载RA、RB和RC，三相电源的三个绕组分别与负载RA、RB和RC相连，设加载在负载RA、RB和RC上的电压分别为UA、UB和UC，流经负载RA、RB和RC的电流分别为IA、IB和IC，则各负载的功率为：
PA＝UA×IA；
PB＝UB×IB；
PC＝UC×IC；
总功率为：P＝PA+PB+PC。
其中，步骤S2包括以下过程：根据设定的时段，采集目标时间段的电压UA、UB和UC以及电流IA、IB和IC，获得离散的电流、电压数据。
其中，步骤S3包括以下过程：将离散的所述电压数据UA、UB和UC分别进行拟合，分别获得UA、UB和UC随时间的连续变化曲线；将离散的所述电流数据IA、IB和IC分别进行拟合，分别获得IA、IB和IC随时间的连续变化曲线。
实施例7：
如图1，本实施例提供一种基于熔炉管理的能耗分析方法，包括以下步骤：
S1、设定熔炉工作状态；
S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据；
S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线；
S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线；
S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析。
其中，步骤S1包括以下过程：设定初始参数、熔炉的工作电路以及熔炉电力使用的峰段、平段以及谷段。
并且，所述熔炉的工作电路为星型三相电路。
具体地，所述星型三相电路包括三相电源以及负载RA、RB和RC，三相电源的三个绕组分别与负载RA、RB和RC相连，设加载在负载RA、RB和RC上的电压分别为UA、UB和UC，流经负载RA、RB和RC的电流分别为IA、IB和IC，则各负载的功率为：
PA＝UA×IA；
PB＝UB×IB；
PC＝UC×IC；
总功率为：P＝PA+PB+PC。
其中，步骤S2包括以下过程：根据设定的时段，采集目标时间段的电压UA、UB和UC以及电流IA、IB和IC，获得离散的电流、电压数据。
其中，步骤S3包括以下过程：将离散的所述电压数据UA、UB和UC分别进行拟合，分别获得UA、UB和UC随时间的连续变化曲线；将离散的所述电流数据IA、IB和IC分别进行拟合，分别获得IA、IB和IC随时间的连续变化曲线。
其中，步骤S4包括以下过程：
S41、利用所得到的样本数据分别计算获得各负载功率PA、PB、PC、以及总功率P，获得PA、PB、PC以及总功率P随时间变化的曲线；
S42、根据总能耗Q＝P×t计算总能耗，获得总能耗随时间的变化曲线，其中t为时间；
S43、将单位时间段的能耗数据可视化，获得在这一时间段内的总能耗变化曲线。
实施例8：
如图1，本实施例提供一种基于熔炉管理的能耗分析方法，包括以下步骤：
S1、设定熔炉工作状态；
S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据；
S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线；
S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线；
S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析。
其中，步骤S1包括以下过程：设定初始参数、熔炉的工作电路以及熔炉电力使用的峰段、平段以及谷段。
并且，所述熔炉的工作电路为星型三相电路。
具体地，所述星型三相电路包括三相电源以及负载RA、RB和RC，三相电源的三个绕组分别与负载RA、RB和RC相连，设加载在负载RA、RB和RC上的电压分别为UA、UB和UC，流经负载RA、RB和RC的电流分别为IA、IB和IC，则各负载的功率为：
PA＝UA×IA；
PB＝UB×IB；
PC＝UC×IC；
总功率为：P＝PA+PB+PC。
其中，步骤S2包括以下过程：根据设定的时段，采集目标时间段的电压UA、UB和UC以及电流IA、IB和IC，获得离散的电流、电压数据。
其中，步骤S3包括以下过程：将离散的所述电压数据UA、UB和UC分别进行拟合，分别获得UA、UB和UC随时间的连续变化曲线；将离散的所述电流数据IA、IB和IC分别进行拟合，分别获得IA、IB和IC随时间的连续变化曲线。
其中，步骤S4包括以下过程：
S41、利用所得到的样本数据分别计算获得各负载功率PA、PB、PC、以及总功率P，获得PA、PB、PC以及总功率P随时间变化的曲线；
S42、根据总能耗Q＝P×t计算总能耗，获得总能耗随时间的变化曲线，其中t为时间；
S43、将单位时间段的能耗数据可视化，获得在这一时间段内的总能耗变化曲线。
其中，步骤S5还包括以下过程：计算单位质量的能耗，获得单位质量能耗随时间的变化曲线。
为了更好地理解本发明，下面结合测试实例对本发明进行说明。
如图1，本实施例提供一种基于熔炉管理的能耗分析方法，包括以下步骤：
S1、设定熔炉工作状态：设定初始参数、熔炉的工作电路以及熔炉电力使用的峰段、平段以及谷段；并且，所述熔炉的工作电路为星型三相电路。
具体地，如图2所示，所述星型三相电路包括三相电源以及负载RA、RB和RC，三相电源的三个绕组分别与负载RA、RB和RC相连，设加载在负载RA、RB和RC上的电压分别为UA、UB和UC，流经负载RA、RB和RC的电流分别为IA、IB和IC，则各负载的功率为：
PA＝UA×IA；
PB＝UB×IB；
PC＝UC×IC；
总功率为：P＝PA+PB+PC。
其中，电压单位：千伏(KV)，电流单位：安培(A)；设置峰段时间：07:00—11:00和19:00—23:00，平段时间：11:00—19:00，谷段时间：23:00—07:00。
S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据，具体地：根据设定的时段，采集目标时间段的电流IA、IB和IC，如图3所示，并采集目标时间段的电压UA、UB和UC，如图4所示。
S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线，具体地：将离散的所述电流数据IA、IB和IC分别进行拟合，分别获得IA、IB和IC随时间的连续变化曲线，如图5所示；将离散的电压数据UA、UB和UC分别进行拟合，分别获得UA、UB和UC随时间的连续变化曲线，如图6所示。
S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线，具体地，包含以下过程：S41、利用所得到的样本数据分别计算获得各负载功率PA、PB、PC、以及总功率P，获得PA、PB、PC以及总功率P随时间变化的曲线；S42、根据总能耗Q＝P×t计算总能耗，获得总能耗随时间的变化曲线，其中t为时间；S43、将单位时间段的能耗数据可视化，获得在这一时间段内的总能耗变化曲线。
考虑到电流的初始样本数据中导流存在拐点，进行重新采样，在进行重新采样时，设定时间序列为固定周期的时间序列与初始电流样本数据对应的时间序列的并集，依据设定到的时间序列，结合拟合后的电流、电压分布曲线对电流、电压进行插值处理，重新采样后电流数据如图7所示，重新采样后电压数据如图8所示。
再利用重新采样得到的样本数据进行能耗与功率的计算，此次计算采用电流单位为安，电压单位为千伏，具体地：根据步骤S41的方式以重新采样后获得的电流、电压分布曲线生成PA、PB、PC以及总功率P随时间的变化曲线，如图9所示；根据步骤S42的方式以生成的总功率P随时间的变化曲线，获得总能耗随时间的变化曲线，如图10所示；再根据步骤S43的方式对获得的总能耗随时间的变化曲线进行处理，将单位时间段的能耗数据可视化，获得总能耗的离散分布，如图11所示，再根据获得的总能耗的离散分布，获得在这一时间段内的总能耗变化曲线，如图12所示。
其中，峰、平、谷分段统计能耗。依据现有测点，在进行峰、平、谷三个时间段的能耗统计时可分为如下三个步骤：
(1)依据峰、平、谷的时间段划分进行数据获取；
(2)峰、平、谷的时间段内能耗变化曲线获取(同时可依据能耗变化趋势，得到对应的总的功率变化趋势)；
(3)峰、平、谷的时间段能耗统计。
S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析，具体地：通过入料统计与产能结合，完成各熔炉不同入料配比的能耗分析，各熔炉的入料统计方式如图13所示；并计算单位质量的能耗，获得单位质量能耗随时间的变化曲线，以两个熔炉为例，单位质量能耗随时间的变化曲线及相关数据的统计如图14所示。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (8)
1.一种基于熔炉管理的能耗分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设定熔炉工作状态；
S2、依据时段划分进行监控，采集熔炉的工作电流和电压，获得离散的电流、电压数据；
S3、对离散的电流电压进行拟合，获得连续的电流随时间的变化曲线以及连续的电压随时间的变化曲线；
S4、根据连续的电流、电压变化曲线，生成功率随时间的实时变化曲线以及总能耗随时间的实时变化曲线；
S5、结合总能耗的实时变化曲线，根据各熔炉入料配比进行能耗分析。
2.根据权利要求1所述的基于熔炉管理的能耗分析方法，其特征在于，步骤S1包括以下过程：设定初始参数、熔炉的工作电路以及熔炉电力使用的峰段、平段以及谷段。
3.根据权利要求2所述的基于熔炉管理的能耗分析方法，其特征在于：所述熔炉的工作电路为星型三相电路。
4.根据权利要求3所述的基于熔炉管理的能耗分析方法，其特征在于：所述星型三相电路包括三相电源以及负载RA、RB和RC，三相电源的三个绕组分别与负载RA、RB和RC相连，设加载在负载RA、RB和RC上的电压分别为UA、UB和UC，流经负载RA、RB和RC的电流分别为IA、IB和IC，则各负载的功率为：
PA＝UA×IA；
PB＝UB×IB；
PC＝UC×IC；
总功率为：P＝PA+PB+PC。
5.根据权利要求4所述的基于熔炉管理的能耗分析方法，其特征在于，步骤S2包括以下过程：根据设定的时段，采集目标时间段的电压UA、UB和UC以及电流IA、IB和IC，获得离散的电流、电压数据。
6.根据权利要求5所述的基于熔炉管理的能耗分析方法，其特征在于，步骤S3包括以下过程：将离散的所述电压数据UA、UB和UC分别进行拟合，分别获得UA、UB和UC随时间的连续变化曲线；将离散的所述电流数据IA、IB和IC分别进行拟合，分别获得IA、IB和IC随时间的连续变化曲线。
7.根据权利要求6所述的基于熔炉管理的能耗分析方法，其特征在于，步骤S4包括以下过程：
S41、利用所得到的样本数据分别计算获得各负载功率PA、PB、PC、以及总功率P，获得PA、PB、PC以及总功率P随时间变化的曲线；
S42、根据总能耗Q＝P×t计算总能耗，获得总能耗随时间的变化曲线，其中t为时间；
S43、将单位时间段的能耗数据可视化，获得在这一时间段内的总能耗变化曲线。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于熔炉管理的能耗分析方法，其特征在于，步骤S5还包括以下过程：计算单位质量的能耗，获得单位质量能耗随时间的变化曲线。
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