CN2906706Y

CN2906706Y - 节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置

Info

Publication number: CN2906706Y
Application number: CNU2006200810207U
Authority: CN
Inventors: 李钢; 熊桂明; 刘强; 丁欣
Original assignee: 李钢
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2016-02-17

Abstract

节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置，包括信号采集装置、电能质量控制器，可编程控制器、可视化操作装置、模糊控制器、车间控制站、工程师控制站和能源管理站，各部分之间实行电连接或信号连接；本实用新型突破钢铁工业现有控制技术，集成了网络通信技术、计算机硬件技术、变频技术、智能模糊控制技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、组态软件技术及数据库技术，融入了先进节能算法和建立钢铁能源优化模型。本实用新型具有设计合理、技术含量高、稳定可靠、节能效果好、管理方便，分析准确、诊断、维修方便的特点。

Description

节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置

(一)技术领域

本实用新型涉及一种能源管理、能效分析及预测的智能化节能控制装置，尤其是一种节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置。

(二)背景技术

从1980年以来，中国钢铁工业能源消耗一直占全国总能耗的10％左右，随着中国经济的发展，全国总能耗在逐年增长，钢铁工业能耗也呈上升趋势，但中国钢铁能源利用率和国际水平相比相差甚远，钢铁工业具有很大的节能潜力。目前，中国的钢铁工业控制技术系统主要是分布式集散控制系统、PLC控制系统及传统的智能仪表控制系统，这些系统仅仅是实现钢铁工业各生产线的集中控制，没有能源优化模型，不能实现对钢铁企业能源进行集中管理、分析及预测，因此钢铁企业对能源管理无法实现能源综合平衡、合理分配及优化控制，更是无法提供经济运行节能方案。

虽钢铁行业目前大多都采用了变频技术及计算机技术，但目的只是为了实现单一的集中控制，监控主设备运行状况、操作命令及设置系统参数等，不具有能源优化模型及先进节能技术，钢铁企业设备不能按需耗能，使能源合理利用。

(三)发明内容

针对钢铁行业现有技术的不足，本实用新型提供一种设计合理、技术含量高、稳定可靠、节能效果好、管理方便，分析准确，诊断、维修方便的节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置。

一种节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置，包括信号采集装置、电能质量控制器，可编程控制器、可视化操作装置、模糊控制器、车间控制站、工程师控制站、能源管理站，信号采集装置包括数据采集模块与采集温度信号、湿度信号、压力信号、流量信号、液位信号、风速信号和电能信号的传感器，信号采集装置通过屏蔽电缆与对应的传感器连接，信号采集装置和可编程控制器通过系统总线连接，电能质量控制器和电流互感器及A相、B相、C相电压输出线连接，电能质量控制器通过RS485通讯和可编程控制器连接，模糊控制器通过电缆和可编程控制器D/A模块连接，可编程控制器通过RS485总线和车间控制站连接，车间控制站通过通讯电缆连入企业区域网和工程师控制站连接，工程师控制站通过通讯电缆和能源管理站连接。

所述的信号采集装置是综合数据采集模块，综合数据采集模块与可编程控制器连接；综合数据采集模块使用欧姆龙生产CS1W-AD081；传感器包括温、湿度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器、风速传感器，电流互感器，温度传感器用欧姆龙生产的E52-P6D型Pt100热电阻，湿度传感器用BTHS-3型支持0-10V/4-20MA标准信号输出的传感器，压力传感器使用昆仑海岸的JYB-K系列，流量传感器使用昆仑海岸的LUGB系列，液位传感器使用昆仑海岸的JCS系列，风速传感器使用前景惠邦温室控制技术公司的LT/FS系列，电流互感器是德力西的LM系列。

所述的电能质量控制器是由电能质量检测器和谐波控制器组成，电能质量检测器通过RS485总线和可编程控制器连接，谐波控制器和可编程控制器的模拟量模块连接，电能质量检测器是金洲科瑞的利马先锋-III/DM-200，谐波控制器是金洲科瑞的利马先锋-III/JZ-Q谐波滤波器。

所述的可编程控制器由电源模块、中央控制器、数字量模块、模拟量模块及通讯模块组成，可编程控制器和电源模块、数字量模块及模拟量模块直接相连，通讯模块与中央控制器通过欧姆龙系统总线连接，同时与可视化操作装置通过串行通讯电缆连接，可编程控制器用欧姆龙生产的CS1系列。

所述的可视化操作装置由高性能嵌入式一体化工控机、笔记本硬盘和打印机组成，笔记本硬盘通过PCMCIA接口与嵌入式一体化工控机连接，打印机通过打印机电缆与嵌入式一体化工控机的USB接口连接，高性能嵌入式一体化工控机用昆仑通态公司生产的TPC105-TC33，笔记本硬盘和打印机采用市售产品。

所述的模糊控制器由模糊控制模块及变频器组成，模糊控制模块通过欧姆龙系统总线与可编程控制器连接，同时通过屏蔽通讯电缆和变频器连接，变频器采用西门子MicroMaster 440系列或ABB ACS800系列或芬兰瓦肯的NX系列或三垦P系列。

所述车间控制站是由工控机和打印机组成，工控机是研华科技的IPC610H整机，打印机是HP1010，打印机通过电缆和工控机连接，自主研发的能效分析控制软件安装在车间控制站的工控机上，可编程控制器与车间控制站工控机是通过485总线连接，车间控制站与工程师控制站是通过企业局域网连接。

所述工程师控制站是由服务器和打印机组成，工程师控制站服务器是选用DELL服务器，自主研发的能效分析控制软件安装在工程师控制站的服务器上，工程师控制站通过局域网和车间控制站及能源管理站连接。

所述能源管理站是由电脑和打印机组成，自主研发的能效分析控制软件安装在能源管理站的计算机上，能源管理站通过开放的数据接口和工程师控制站连接。

本实用新型工作过程如下：

系统启动，进入能效分析控制软件控制画面，工作人员可选择节能运行方式和工频运行方式。在节能运行方式下：通过系统信号采集装置采集现场信号与专家数据库系统参数比较，通过可编程控制器运算出偏差，由偏差决定系统选择智能模糊节能控制方式1或智能模糊节能控制方式2。智能模糊节能控制方式1：当偏差＜0时，选择智能模糊节能控制方式1，在保证终端负载需求的情况下，专家数据库参数和当前运行参数比较运算，得到偏差，然后将偏差数据反馈，再经过比例积分微分(PID)运算，得出最佳运行参数，再经过模糊控制器整定输出给控制设备，从而使设备始终运行在最佳状况，达到最优控制。智能模糊节能控制方式2：当偏差＞＝0时，选择智能模糊节能控制方式2，在保证终端负载需求的情况下，专家数据库参数和当前运行参数比较运算，得到偏差，然后将偏差数据回馈，再经过比例积分微分(PID)运算，得出最佳运行参数，再经过模糊控制器整定输出给控制设备，从而使设备始终运行在最佳状况，达到最优控制。能效分析控制软件对钢铁企业的每台设备的能源消耗按天统计、月统计及年统计，并且根据用户给定能源价格计算能源成本，并自动生成报表及曲线；能效分析控制软件对所有能耗进行分析，与同期能耗进行比较，并且运算出能效数据通过总线输出给可编程控制器，为可编程控制器进行能耗控制提供依据，能效数据可以曲线和棒图的形式表示；能效分析控制软件把设备能耗数据及其它重要参数自动生成时报表、日报表、月报表及年报表进行管理，还提供故障预警、报警、自诊断、打印功能，保障系统稳定安全运行。能效分析控制软件记录设备启动及停止时间、设备节能及工频运行累计时间，计算节电率及节约成本，使用户实时掌握系统设备能耗情况，方便成本管理、控制。

本实用新型一方面实现对钢铁工业各系统能耗设备的集中控制，优化各子系统之间的协调工作，使钢铁工业各系统能效达到最佳状况，从而提高钢铁工业的能源效率；另一方面对能源信号进行在线自动监测和补正计算，能效分析控制软件对能源数据进行收集、统计、计算和汇总分析能源数据，为用户提供曲线、报表管理及故障预测，及时向调度人员和领导提供能源信息和情报，以便做出相应的节能决策，提高钢铁工业设备的管理整体水平及能源管理水平。

本实用新型突破钢铁工业现有控制技术，集成了网络通信技术、计算机硬件技术、变频技术、智能模糊控制技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、组态软件技术及数据库技术，融入了先进节能算法和建立钢铁能源优化模型。

本实用新型具有设计合理、技术含量高、稳定可靠、节能效果好、管理方便，分析准确、诊断、维修方便的特点。

(四)附图说明

图1是本实用新型的结构方框图。

图2是本实用新型的总电原理图。

图3是本实用新型中车间控制站结构图。

图4是实用新型中能源管理站的结构图。

其中，1、能源管理站2、工程师控制站3、车间控制站4、打印机5、可视操作装置，6、通讯接口，7、电源装置，8、可编程控制器，9、智能模糊控制器，10、信号采集装置，11、电能质量控制器，12、传感器，13、互感器，14、滤波器，15、电抗器，16、变频器；POWER SUPPLY：电源，PT&DATA CENTER：嵌入式一体化工控机，A/D：模数转换模块；D/A：数模转换模块；SCU41：通讯模块；Transduce：变频器；ATU：RS232转RS485模块，M：电机；N、U、V、W：三相四线电源；R、S、T、：变频器三相电源进线端子；USB：通行串行总线；Rs232：串行总线；PLC：可编程控制器；CIF12：RS232C转换适配器；QF：断路器；

(五)具体实施方式

实施例：

本实用新型的结构如图1、图2、图3和图4所示，控制程序流程图如图2所示，包括信号采集装置10、电能质量控制器11，可编程控制器8、可视化操作装置5、模糊控制器9、车间控制站3、工程师控制站2和能源管理站1，信号采集装置10包括数据采集模块与采集温度信号、湿度信号、压力信号、流量信号、液位信号、风速信号和电能信号的传感器，信号采集装置10通过屏蔽电缆与对应的传感器连接，信号采集装置10和可编程控制器8通过系统总线连接，电能质量控制器11和电流互感器及A相、B相、C相电压输出线连接，电能质量控制器11通过RS485通讯和可编程控制器8连接，模糊控制器9通过电缆和可编程控制器D/A模块连接，可编程控制器8通过RS485总线和车间控制站3连接，车间控制站3通过通讯电缆接入企业区域网和工程师控制站2连接，工程师控制站2通过通讯电缆和能源管理站1连接。

所述的信号采集装置10是综合数据采集模块，综合数据采集模块与可编程控制器8连接；综合数据采集模块使用欧姆龙生产CS1W-AD081；传感器包括温、湿度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器、风速传感器，电流互感器，温度传感器用欧姆龙生产的E52-P6D型Pt100热电阻，湿度传感器用BTHS-3型支持0-10V/4-20MA标准信号输出的传感器，压力传感器使用昆仑海岸的JYB-K系列，流量传感器使用昆仑海岸的LUGB系列，液位传感器使用昆仑海岸的JCS系列，风速传感器使用前景惠邦温室控制技术公司的LT/FS系列，电流互感器是德力西的LM系列。

所述的电能质量控制器11是由电能质量检测器和谐波控制器组成，电能质量检测器11通过RS485总线和可编程控制器8连接，谐波控制器和可编程控制器8的模拟量模块连接，电能质量检测器11是金洲科瑞的利马先锋-III/DM-200，谐波控制器是金洲科瑞的利马先锋-III/JZ-Q谐波滤波器。

所述的可编程控制器8由电源模块、中央控制器、数字量模块、模拟量模块及通讯模块组成，可编程控制器8和电源模块、数字量模块及模拟量模块直接相连，通讯模块与中央控制器通过欧姆龙系统总线连接，同时与可视化操作装置通过串行通讯电缆连接，可编程控制器8用欧姆龙生产的CS1系列。

所述的可视化操作装置5由高性能嵌入式一体化工控机、笔记本硬盘和打印机组成，笔记本硬盘通过PCMCIA接口与嵌入式一体化工控机连接，打印机通过打印机电缆与嵌入式一体化工控机的USB接口连接，高性能嵌入式一体化工控机用昆仑通态公司生产的TPC1 05-TC33，笔记本硬盘和打印机采用市售产品。

所述的模糊控制器9由模糊控制模块及变频器组成，模糊控制模块通过欧姆龙系统总线与可编程控制器8连接，同时通过屏蔽通讯电缆和变频器连接，变频器采用西门子MicroMaster 440系列。

所述车间控制站3是由工控机和打印机组成，工控机是研华科技的IPC610H整机，打印机是HP1010，打印机通过电缆和工控机连接，自主研发的能效分析控制软件安装在车间控制站3的工控机上，可编程控制器8与车间控制站3工控机是通过485总线连接，车间控制站3与工程师控制站2是通过企业局域网连接。

所述工程师控制站2是由服务器和打印机组成，工程师控制站服务器是选用DELL服务器，自主研发的能效分析控制软件安装在工程师控制站的服务器上，工程师控制站2通过局域网和车间控制站及能源管理站连接。

所述能源管理站1是由电脑和打印机组成，自主研发的能效分析控制软件安装在能源管理站1的计算机上，能源管理站1通过开放的数据接口和工程师控制站2连接。

实施例2：本发明的结构和节能控制程序与实施例1相同，不同之处在于，模糊控制模块中的变频器采用ABB ACS800系列。

实施例3：本发明的结构和节能控制程序与实施例1相同，不同之处在于，模糊控制模块中的变频器采用芬兰瓦肯的NX系列。

实施例4：本发明的结构和节能控制程序与实施例1相同，不同之处在于，模糊控制模块中的变频器采用三垦P系列。

Claims

1、一种节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置，其特征在于，包括信号采集装置、电能质量控制器，可编程控制器、可视化操作装置、模糊控制器、车间控制站、工程师控制站和能源管理站，信号采集装置包括数据采集模块与采集温度信号、湿度信号、压力信号、流量信号、液位信号、风速信号和电能信号的传感器，信号采集装置通过屏蔽电缆与对应的传感器连接，信号采集装置和可编程控制器通过系统总线连接，电能质量控制器和电流互感器及A相、B相、C相电压输出线连接，电能质量控制器通过RS485通讯和可编程控制器连接，模糊控制器通过电缆和可编程控制器D/A模块连接，可编程控制器通过RS485总线和车间控制站连接，车间控制站通过通讯电缆接入企业区域网和工程师控制站连接，工程师控制站通过通讯电缆和能源管理站连接。

2、如权利要求1所述的节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述的信号采集装置是综合数据采集模块，综合数据采集模块与可编程控制器连接；综合数据采集模块使用欧姆龙生产CS1W-AD081；传感器包括温、湿度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器、风速传感器，电流互感器，温度传感器用欧姆龙生产的E52-P6D型Pt100热电阻，湿度传感器用BTHS-3型支持0-10V/4-20MA标准信号输出的传感器，压力传感器使用昆仑海岸的JYB-K系列，流量传感器使用昆仑海岸的LUGB系列，液位传感器使用昆仑海岸的JCS系列，风速传感器使用前景惠邦温室控制技术公司的LT/FS系列，电流互感器是德力西的LM系列。

3、如权利要求1所述的节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述的电能质量控制器是由电能质量检测器和谐波控制器组成，电能质量检测器通过RS485总线和可编程控制器连接，谐波控制器和可编程控制器的模拟量模块连接，电能质量检测器是金洲科瑞的利马先锋-III/DM-200，谐波控制器是金洲科瑞的利马先锋-III/JZ-Q谐波滤波器。

4、如权利要求1所述的节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述的可编程控制器由电源模块、中央控制器、数字量模块、模拟量模块及通讯模块组成，可编程控制器和电源模块、数字量模块及模拟量模块直接相连，通讯模块与中央控制器通过欧姆龙系统总线连接，同时与可视化操作装置通过串行通讯电缆连接，可编程控制器用欧姆龙生产的CS1系列。

5、如权利要求1所述的节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述的可视化操作装置由高性能嵌入式一体化工控机、笔记本硬盘和打印机组成，笔记本硬盘通过PCMCIA接口与嵌入式一体化工控机连接，打印机通过打印机电缆与嵌入式一体化工控机的USB接口连接，高性能嵌入式一体化工控机用昆仑通态公司生产的TPC105-TC33，笔记本硬盘和打印机采用市售产品。

6、如权利要求1所述的节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述的模糊控制器由模糊控制模块及变频器组成，模糊控制模块通过欧姆龙系统总线与可编程控制器连接，同时通过屏蔽通讯电缆和变频器连接，变频器采用西门子MicroMaster440系列或ABB ACS800系列或芬兰瓦肯的NX系列或三垦P系列。

7、如权利要求1所述的节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述车间控制站是由工控机和打印机组成，工控机是研华科技的IPC610H整机，打印机是HP1010，打印机通过电缆和工控机连接，自主研发的能效分析控制软件安装在车间控制站的工控机上，可编程控制器与车间控制站工控机是通过485总线连接，车间控制站与工程师控制站是通过企业局域网连接。

8、如权利要求1所述的节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述工程师控制站是由服务器和打印机组成，工程师控制站服务器是选用DELL服务器，自主研发的能效分析控制软件安装在工程师控制站的服务器上，工程师控制站通过局域网和车间控制站及能源管理站连接。

9、如权利要求1所述的节能型钢铁工业能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述能源管理站是由电脑和打印机组成，自主研发的能效分析控制软件安装在能源管理站的计算机上，能源管理站通过开放的数据接口和工程师控制站连接。