瓦楞纸制造过程能耗监控物联网关键技术研究

图2 WICN·H的拓扑结构

3 物联网应用层能耗监控系统方案

瓦楞纸制造过程能耗监控物联网应用层是指对生产过程中涉及到煤、电力、蒸汽、水等进行可靠检测、有效地调度和控制，系统需要控制温度、生产线速度、着浆厚度、原纸厚度、气缸压力等，实现瓦楞纸生产线能源综合有效利用，可以实现对如锅炉、供电、供水、蒸汽管网等的实时监控、在线调整。

3.1 数据采集与监控系统

数据采集与监控系统是以计算机为基础的生产过程监控与调度系统，它可以对现场设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，使用对象是现场监控操作人员。WinCC是西门子公司出品的人机界面数据采集与监控系统，完美支持西门子自动化设备。WinCC用于实现过程的可视化，提供强大的组态和过程开发组件，使开发人员能快捷地开发出可供操作员使用的图形用户界面。WinCC允许过程以图形化的方式显示在屏幕上，每次过程中的状态发生改变，都会更新显示；允许操作员控制过程，例如：可以从图形界面预先定义设置值或开关阀；允许设置过程状态临界值，一旦超出，将自动发出报警信号。

3.2 基于物联网的先进能源管理系统

能源管理系统由任务单与管网子系统、报表子系统及OLAP(联机分析处理)子系统组成。系统采用分布式客户彬服务器体系结构，有机地运用了先进的系统技术、计算机技术、数据库技术、网络技术及OLAP技术，实现了对能源中心内各种能介系统运行方式变更信息和各种动力管网设备运行信息的无纸化归档管理与查询功能，集成了对各种计划、管理、决策类报表的编制与查询功能。

采用物联网技术，可以以较低的安装、维护成本实现对各类大量能源介质的在线监测，构建现场数据采集后传递给数据传输服务器的工业网络，实现大量信息的在线采集、实时传输。通过有线或无线方式，将能源管理中心所需的能源数据采集进入系统，供监视、报警、数据分析、数据计算、数据统计等用。

在基于物联网的先进能源管理系统中，通过传感器感知生产过程、电力系统、动力系统、给排水系统等的能源介质信息，通过射频识别(FRID)技术实现物料等的信息感知，构建整个能源管理系统的信息感知平台，并实现海量信息的传输；结合基于智能信息处理的中间件技术对应用过程中存在的海量数据进行处理，支持多协议转换和信息集成，为能源调度和监控提供数据支持。

3.3 能源动态平衡和优化调度方法的研究

利用计算机网络、数据库、数据仓库等先进的计算机技术，对能源管理系统(EMS)的数据资源进行提取、处理，对能源的使用实时动态调整；对蒸汽使用的影响因素进行建模；对蒸汽使用的影响因素进行构序分析；用模糊神经网作供销等量平衡预测分析；以管网和单元模型为基础，将调度问题描述为数学规划形式，用户需求为相应的目标函数，利用多目标线性数学规划方法，求解最优值，实现能源动态平衡和优化调度。

系统基于调度单元预测模型和能源网络模型，综合考虑了分级能源利用思想，自动将优化调度问题表述为大规模数学规划的形式，进一步将数学规划表达式化为线形数学规划问题，使用原始对偶内点法进行求解。综合考虑煤气、蒸汽、电力三大能源的调度，在保证能源稳定供给和生产安全运行的前提下，提高能源综合利用效率。对于煤气、蒸汽能源，减少放散浪费；对于电力能源，有效错开重要负荷的运行，削峰填谷，保证整体电力负荷相对稳定。

4 系统工作流程

瓦楞纸制造过程能耗监控物联网系统的工作流程如图所示。在公司总部设立中心服务器，采用光纤接入，采用防火墙与外界进行隔离，确保网络安全性。在企业各厂房需要进行监测的能源流程节点设置相应的智能传感器和射频识别监测器，包括瓦楞纸生产线成套设备、生产过程节点、计量装备以及耗能的监测设备；通过无线传感器网络将能源流程中监测的相关数据信息发送到数据中心服务器，存于海量数据仓库；经知识发现和数据挖掘，实现用能单位能源数据的统计、汇总和分析。

系统工作流程

5 节能系统方案比较

目前，节能降耗系统方案旧。有以下几种：

1)总量管理：现场没有安装传感器，根据能源购人总量和使用时间进行统计。

2)人工管理：现场安装有传感器，但是没有数据采集设备。由于现场仪表都比较老旧，不具有通信或其他输出方式。

3)独立管理：重点设备有配套的监控设备，例如：锅炉有独立的监控系统，监控锅炉的压力、温度、蒸汽、水等。

综上所述，瓦楞纸制造过程能耗监控物联网系统具有如下优势：

1)完善能源信息的采集、存储、管理和能源的有效利用：
2)在公司层面对能源系统采用分散控制和集中管理；
3)优化管理流程，建立客观能源消耗评价体系；
4)减少能源系统运行成本，提高劳动生产率；
5)提高对全厂性能源事故反应能力；
6)节约能源和改善环境。

6 结束语

将物联网技术引入到瓦楞纸制造过程能耗监控的具体工作中，充分利用物联网的分层技术对能耗感知和检测，进而得到科学可信的基础数据。采集的数据通过WICN-H，光纤，Zig Bee，GPRS／CDMA，EVDO／WiFi等网络传输方式，由数据导人服务传送到能耗监测管理平台，实现对全系统的管理，以及能耗数据的储存、加工、查询、分析等高级能源管理功能，极大地提高了能源管理与节能运行水平，满足了“集中管理、集中监控、集中维护”和相关要求。(end)