瓦楞紙制造過(guò)程能耗監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究
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瓦楞紙箱是一種應(yīng)用最廣的包裝制品，用量一直是各種包裝制品之首，包括鈣塑瓦楞紙箱。近年來(lái)，我國(guó)瓦楞紙箱行業(yè)年均增長(zhǎng)率達(dá)到18％-20％，2010年，我國(guó)瓦楞紙箱行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1 895億元，瓦楞紙箱需求量為1358．90萬(wàn)噸。在低碳經(jīng)濟(jì)下，我國(guó)瓦楞紙箱行業(yè)未來(lái)5年內(nèi)更將迎來(lái)高速發(fā)展，預(yù)計(jì)2015年將達(dá)到l 747.10萬(wàn)噸，增長(zhǎng)27．7％。高效、節(jié)能的現(xiàn)代化瓦楞紙板制造裝備，已成為支撐瓦楞紙包裝業(yè)實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展，循環(huán)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。提高裝備的產(chǎn)能和生產(chǎn)行業(yè)節(jié)能效率，從根本上改變瓦楞紙板產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，是擺在瓦楞紙板制造裝備業(yè)面前的首要任務(wù)。而瓦楞紙生產(chǎn)行業(yè)節(jié)能降耗的關(guān)鍵是：降低行業(yè)耗紙，節(jié)約紙資源；開(kāi)展能源的有效利用和生產(chǎn)過(guò)程能效優(yōu)化。
本文將面向節(jié)能降耗的瓦楞紙制造過(guò)程能耗監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究，提出一種基于多級(jí)數(shù)據(jù)處理的嵌入式中間件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，采用數(shù)據(jù)分級(jí)和分布式處理技術(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理、存儲(chǔ)，定時(shí)向各分廠和公司總部上報(bào)能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息處理的負(fù)載均衡，從而提高瓦楞紙制造過(guò)程的整體效率。針對(duì)瓦楞紙板生產(chǎn)線能源管理，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)手段無(wú)法實(shí)現(xiàn)的多測(cè)點(diǎn)、多變量、全面有效的能耗監(jiān)測(cè)，為瓦楞紙板生產(chǎn)線的能源管理提供全新的技術(shù)手段和完備的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，形成一個(gè)集過(guò)程監(jiān)控、能源調(diào)度、能源管理為一體的先進(jìn)能源管理和調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)各種能源介質(zhì)進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度和平衡優(yōu)化，對(duì)無(wú)人監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制。
1 能耗檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)
能耗檢測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)中心層、采集終端層以及智能儀表層3部分組成，整個(gè)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)典型的多級(jí)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)
多級(jí)分布式數(shù)據(jù)中心采用數(shù)據(jù)分級(jí)和分布式處理技術(shù)，包含各級(jí)數(shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)接收采集終端設(shè)備的上報(bào)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理、存儲(chǔ)，定時(shí)向各分廠和公司總部上報(bào)能耗數(shù)據(jù)。同時(shí)，為管理人員提供能耗監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)，為用戶提供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制、能耗數(shù)據(jù)查詢、能耗數(shù)據(jù)分析功能，為公眾提供能耗數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件屬于數(shù)據(jù)中心端系統(tǒng)，是能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，安裝在專用服務(wù)器或計(jì)算機(jī)中，負(fù)責(zé)所轄區(qū)域的廠房等能耗的集中管理，功能涵蓋儀表管理、采集終端管理、能耗管理、數(shù)據(jù)分析展示、數(shù)據(jù)報(bào)表等。管理平臺(tái)使用B／S架構(gòu)，易于管理維護(hù)，支持主流數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，如，Microsoft SQL Server，Oracle等。管理平臺(tái)支持多種能源的能耗管理，如，電、水、煤等，并有一定擴(kuò)充性，可以支持日后將其他能源種類納入監(jiān)管體系。管理平臺(tái)應(yīng)實(shí)現(xiàn)多表自動(dòng)抄表管理，易于添加計(jì)量?jī)x表或其他計(jì)量設(shè)備。對(duì)于無(wú)法自動(dòng)采集到的數(shù)據(jù)，支持手動(dòng)錄入(或?qū)?功能。管理平臺(tái)支持對(duì)各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括基站信息、采集器信息、計(jì)量?jī)x器(電表、水表等)、設(shè)備等信息管理。
1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)中間件的采集終端層
安裝于廠房?jī)?nèi)，負(fù)責(zé)整個(gè)廠房、某個(gè)區(qū)域、某個(gè)廠房或某類能源的能耗數(shù)據(jù)采集。采用符合國(guó)家建筑能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)要求的專用低功耗嵌入式采集設(shè)備，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接各種智能計(jì)量?jī)x表，支持多種主流通信協(xié)議，并主動(dòng)對(duì)儀表、傳感設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，定時(shí)或按需將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心層，提供AO，DO端口，可對(duì)執(zhí)行器下達(dá)控制命令。
1.3 基于物聯(lián)網(wǎng)感知層的智能儀表
包含各種具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能的智能計(jì)量?jī)x表(如，單相電能表、三相電能表、多功能電能表、水表、壓力測(cè)量?jī)x表、熱(冷)量表等)、傳感設(shè)備及執(zhí)行器，負(fù)責(zé)各類能源的實(shí)時(shí)用量計(jì)量，為能耗數(shù)據(jù)采集終端提供原始能耗數(shù)據(jù)。
2 工業(yè)環(huán)境下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸層
2.1 無(wú)線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)
無(wú)線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)(wireless industry control network，WICN)是為滿足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)需求而提出的一種新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。WICN的MAC層協(xié)議基于單令牌控制，令牌沿著邏輯環(huán)路依次傳遞，各個(gè)站點(diǎn)只有在捕獲令牌時(shí)才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成或令牌持有時(shí)間耗盡時(shí)，該站點(diǎn)將釋放令牌并將其傳遞給它的后繼站點(diǎn)。WICN利用這種基于令牌的控制機(jī)制來(lái)減少和避免網(wǎng)絡(luò)中的信息沖突，提高網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性能。
在無(wú)線分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，與有線主干網(wǎng)連接的站點(diǎn)作為WICN的主站，WICN中的其他站點(diǎn)為從站。主站負(fù)責(zé)建立和維護(hù)邏輯環(huán)路，加入邏輯環(huán)的從站擁有一個(gè)唯一的地址且工作在發(fā)送／接收模式，每個(gè)站點(diǎn)都知道它的前驅(qū)站和后繼站地址。
2.2 異構(gòu)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)集成架構(gòu)WICN-H
為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線／有線異構(gòu)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的集成，本文提出了一種新型的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)集成架構(gòu)WICN-Hu，它包括：MODBUS／TC子網(wǎng)(簡(jiǎn)稱MB)、PROFIBUS．DP子網(wǎng)(簡(jiǎn)稱PB)(WICN．H主干網(wǎng))、WICN子網(wǎng)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器。WICN-H的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 WICN·H的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
瓦楞紙制造過(guò)程能耗監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層是指對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中涉及到煤、電力、蒸汽、水等進(jìn)行可靠檢測(cè)、有效地調(diào)度和控制，系統(tǒng)需要控制溫度、生產(chǎn)線速度、著漿厚度、原紙厚度、氣缸壓力等，實(shí)現(xiàn)瓦楞紙生產(chǎn)線能源綜合有效利用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)如鍋爐、供電、供水、蒸汽管網(wǎng)等的實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線調(diào)整。
評(píng)論