能源管理系统的数据采集

　2012年6月内蒙古科技与经济June2012　第11期总第261期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.11T o tal N o.261

浅析能源管理系统的数据采集

张立文1,刘　炯2,章　颖2,任　洋3

(1.赤峰中色锌业有限公司,内蒙古赤峰　024000;2.内蒙古计算机应用研究院,内蒙古呼和浩特　010000;

3.SM C(北京)制造有限公司,北京　100000)

摘　要:介绍了能源计量管理系统(英文简称EM S)的数据采集部分。能源管理系统是以帮助工业生产企业在扩大生产的同时,合理利用能源,降低单位产品能源消耗,提高经济效益为目的信息化管控系统。企业使用能源主要由水、电、汽、气构成,能源计量管理系统的基础是能源数据的采集,如何确保所得能源数据的及时性、准确性是系统设计的关键部分。

关键词:在线能源数据采集;能源计划;能源监控;测量仪表

中图分类号:T P274 文献标识码:B 文章编号:1007—6921(2012)11—0073—02

能源管理系统(英文简称EM S)是以帮助工业生产企业在扩大生产的同时,合理计划和利用能源,降低单位产品能源消耗,提高经济效益为目的信息化管控系统。能源管理系统是耗能企业实现优化资源配置、合理利用能源的系统节能战略措施。

通过能源计划、能源监控、能源统计、能源消费分析、重点能耗设备管理、能源计量设备管理等多种手段,使企业管理者对企业的能源成本比重,发展趋势有准确的掌握,并将企业的能源消费计划任务分解到各个生产部门车间,使节能工作责任明确,促进企业健康稳定发展。

1　项目简介

企业使用能源主要由水、电、蒸汽、N2、CO2、压缩空气等构成,系统通过各种现场仪表将全厂的水、电、气、汽的使用量进行采集,将能源数据信息集中,建立“全厂能源管理信息系统”,重点解决企业各动力能源系统分散独立、难以统一调度、人工巡检监控滞后、动力能源生产信息可视性差、用能单位得不到能源的实际数据(质量标准)、企业领导摸不清能源生产和消耗情况等问题,特别是要控制避免动力能源系统出现的事故给企业造成的重大经济损失,为企业建立一个动力能源数据大集中的管控一体化的监控管理信息系统,实现企业动力能源的统一监控、处理以及分析等。

在线能源管理系统工程建设内容:建立能源管理应用系统平台和数据库体系;实现各个用能车间的能源数据采集;建立能源管理业务系统;建立能源信息中心;建立安全保障系统。

2　能源数据测量及采集

在线能源计量管理系统的基础为能源数据的获取,如何确保所得能源数据的及时性、准确性,成为系统设计的关键部分。

数据系统的数据采集主要来自于两方面: 现场仪表采集的原始数据; 其他系统的采集的原始数据或分析后的数据。

能源在线监测系统用到的仪表种类众多,数据通讯形式多样,如何更好地将各种仪表、设备的性能完全发挥出来,保证最优的测量精度,是我们能源检测系统的核心工作。

2.1　工程计量测量理论

要得到最精确的数据,必须对被测物体的物理特性进行深入的研究,然后再根据其特性进行测量仪表的选型、配置,才能采集到准确的数据。笔者深入研究各种能源的特性,根据各种能源不同性质的研究,总结出了啤酒厂常用能源的测量理论依据,为更好、更优、更准的选择能源测量仪表奠定了坚实的基础。

2.1.1　水、液体的工程测量理论。由于液体在常温常压下的不可压缩性,我们只要知道该液体在固定管道内的流速,就可根据速度、管道截面积计算出液体的体积流量,根据液体的密度,即可计算出液体的质量流量。在这种理论的支持下,我们可以使用电磁流量计、涡街流量计、旋轮式水表等作为水、液体的测量工具,得到其体积流量。同时由于液体的密度在压力、温度变化不大的情况下基本不变,所以我们可以用测量到的常温常压的液体密度代替管道内的液体工况密度,从而计算得出液体的质量流量。

2.1.2　蒸汽的工程测量理论。饱和蒸汽:饱和蒸汽的定义条件为:在一个密闭容器中,液态水分子变成气态水分子的数量和气态水分子变成液态水分子的相同。根据蒸汽特性的通用国际公式IAP WS-IF97公式计算,公式复杂、参数较多、涉及面广,并不适合我们直接使用。

IAP WS-IF97公式

:

在这种情况下,对蒸汽密度计算公式进行了多方的推导、演算、求证,终于得到了适合的使用范围,精度可以接受的简化公式,在大大地提高了运算的速度的同时,降低了运算器方面的成本。

简化公式:

M D=(19.44×p)/(T-0.151×p+2.1627)

・

73

・

收稿日期:2012-03-28

　总第261期 内蒙古科技与经济

P:绝压(MP a);T:温度(℃);M D:密度(kg/ m3)。

通过简化公式,可以根据测量饱和蒸汽的压力或者是温度,计算出饱和蒸汽密度。同时采用涡街流量计、孔板流量计等测量管道内饱和蒸汽的体积流量,压力变送器或温度变送器测量同一时刻的饱和蒸汽的密度,从而计算出饱和蒸汽的质量流量。由于在实际使用过程中,管道内传输的不可能完全是饱和蒸汽,会有部分蒸汽降温变为冷凝水,所以计算时需要有经验系数进行修正。

过热蒸汽,过热蒸汽的定义条件为:饱和蒸汽通过再次深加热,就得到过热蒸汽。过热蒸汽主要用在长距离输送上,保证水蒸气不会因为温度降低而变为液态水。这种蒸汽在啤酒厂很少遇到。过热蒸汽的特点是需要同时根据温度和压力得到蒸汽的密度,具体方法有IAP WS-IF97公式的计算方法、查表法。得到蒸汽密度后,我们可以采用和测量饱和蒸汽相同的仪表设备测量过热蒸汽的体积流量,再计算出质量流量。

2.1.3　其他气体的工程测量理论。这里的其他气体主要指啤酒厂常用的CO2、压缩空气、N2等气体。这些气体我们可以认为是理想气体(理想气体:凡是本身不易被液化的气体,它们的性质很近似理想气体),通过理想气态方程式PV=nRT,我们可以得到:P1×V1/T1=P2×V2/T2。即相同质量的状态1的气体和状态2的气体的体积,和压力成反比,和温度成正比。进而可以得出,理想气体密度和压力成正比,和温度成反比。

这样我们在知道该气体标况下的密度后(该密度为实验室测得),即通过采样工况下气体的压力和温度,计算出工况下的气体密度。再根据涡街流量计测量该时刻气体的体积流量,即可计算得到这时气体的质量流量。

2.2　能源测量仪表

2.2.1　电磁流量计。基于法拉第电磁感应定律U e =BLV。当导体在磁场中运动将感应生成一个电势,采用电磁测量原理,流体就是运动中的导体,感应电势相对于流速成正比并被两个测量电极所检测,然后变送器将它放大,根据管道横截面积计算出体积流量。

电磁流量计测量的为管道内液体的流速,通过管道的截面积自动计算出液体的瞬时体积流量(m3/h)。

电磁流量计只能测量具有一定导电性的液体。根据啤酒工厂使用的测量介质,酿造水、热水、自来水、CIP清洗液、麦汁、啤酒、冷媒等适合使用电磁流量计测量。

2.2.2　涡街流量计。涡街流量计是检测在特定的流动条件下,一部分流体动能转化为流体振动,其振动频率与流速(流量)有确定的比例关系,依据这种原理工作的流量计称为流体振动流量计。涡街流量计是其中最常用的一种。

涡街流量计内部设立涡街发生器,气体或液体流动时被发生器阻挡,在发生器背面形成漩涡,其个数被管壁接收器收到,转换为频率信号发送出来。

涡街流量计根据产生涡街的频率和管径可以计算出管道内的气体或液体的工况下的瞬时体积流量(m3/h)。

涡街流量计主要应用在气体和导电率很小的液体(如纯水、油)等情况。根据啤酒工厂使用的测量介质,纯净水、柴油、蒸汽、CO2、压缩空气、N2等适合使用涡街流量计测量。

2.2.3　孔板流量计。在管道内插入一片与管轴垂直并带有通常为圆孔的金属板,孔的中心位于管道的中心线上,当充满管道的流体流经管道内的节流装置(板孔),在节流件附近造成局部收缩,流速增加,在其上、下游两侧产生静压力差。在已知有关参数的条件下,根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得瞬时体积流量(m3/h)。

在得出流体的体积流量后,具体的质量流量计算方法和涡街流量计的计算方法相同。孔板流量计主要测量大口径的蒸汽流量。根据啤酒工厂使用的测量介质,蒸汽总管流量适合使用孔板流量计测量。

2.2.4　质量流量计。质量流量计测量系统根据科氏力原理测量介质的质量流量。“科氏力”是指物体在旋转系统中做直线运动时所受的力。科氏力的大小与运动物体的质量、速度成正比,即与介质的质量流量成正比。质量流量计有两根平行的弯管,介质流经这两根平行测量管时产生反相震动,在测量管中产生科氏力会引起管子形变,产生进口和出口的相位差。介质的质量流量越大,进口与出口的相位差也越大,通过入口和出口的电磁式相位传感器测量管子的震动相位。根据啤酒工厂使用的测量介质,酵母测量、纯净水测量适合使用质量流量计测量。质量流量计由于其价格昂贵,在一般啤酒厂较少使用,只在需要测量精度较高的场合使用。

2.2.5　远传式水表。水表的原理是通过流动的水推动一个叶轮旋转,每当叶轮旋转一圈,就有一恒定体积的水流过。因此,只要把叶轮旋转的圈数累计下来,乘以这一恒定体积,就可以得到流过的总的水量。这个恒定的体积一般根据水表的口径大小分为0.01m3、0.1m3、1m3、10m3等。远传式水表主要使用在精度要求不高,不需要精确测量瞬时流量的工况。和电磁流量计不同的是,水表不但可以测量水,还可以测量没有导电性的油等液体。另外,远传式水表由于其结构特性,不适合测量介质中含有固态物、震动、瞬时冲击大的工况。

2.2.6　电量表。电量表通过安装在供电回路的电压互感器、电流互感器采集电压、电流信号,在计量仪表内进行计算,可输出该供电回路的电压、电流、电能、有功功率、无功功率、功率因数等数据,可用于测量电量等数据。

3　结束语

在啤酒企业,传统的能源计量管理方式是各车间采用手工填写数据,然后上报相关职能部门,往往是今天的生产数据明、后天才能让领导看到;这个月的汇总数据,拖4、5天才能出来;发生责任事故,也很难进行原因数据溯源;特别是,填报的数据有时不能保证真实性。笔者认为,根据实际工况条件和被测能源介质的特性,选择合适的在线测量仪表,实时在线的测量企业的真实能耗数据,应用能源计量管理系统,如实的记录并分析,为企业管理者提供一手的数据,这样才能帮助企业降低生产能耗,提高设备效率。

[参考文献]

[1]　陈跃平,闵丽.世界工业自动化控制系统发展

动态[J].电气自动化,2012,(1):1.

[2]　陈键.电工仪表与测量[M].北京:北京理工大

学出版社,2009.

[3]　李亚麟.关于热电企业蒸汽流量测量的探索

[J].自动化技术与应用,2010,(9):103.

・

74・