计量监控（共7篇）
计量监控 篇1
1 引言
从节约能源和保护环境两大关乎国计民生的问题考虑, 油品的准确计量及其完善的计量监控工作日益显得重要。随着我国社会主义市场经济的发展和不断完善, 在油品计量活动方面出现了一些新情况和新问题。特别是在油品运输方面的计量值得我们去进一步研究。保证运输交接计量的公平、公正, 有利于贸易和科学技术的发展, 以此来适应我国社会主义市场经济的发展和不断完善。
2 汽车油罐车容量检定方式、方法的分析
2.1 流量计法对汽车油罐车容量的检定
(1) 选择一个重复性好, 准确度等级高于或等于0.2级的流量计作为稳定的流量计对被测汽车油罐车进行容量检定。
(2) 油罐标称容量在10000L (含10000L) , 在标称容量为75%-100%范围内检定点不少于10个;油罐标称容量在10000L以上检定点不少于12个。 (实际使用中可以对常装高度附近的点进行检定。)
(3) 进行温度修正:Vb=VB[1+ β2 (20-tg) +βw (tg-tB) ]。
式中, Vb——20℃时油罐的容积, L;
VB——流量计的显示体积值, L;
β2 ——油罐的体胀系数, ℃-1;
tg——油罐内的油温, ℃;
βw ——检定用油品体胀系数, ℃-1;
tB——流量计处的油温, ℃。
(4) 汽车油罐车的容量由流量计读出 (经温度修正) , 准确到1L。高度 (标高) 由量油尺读出或使用丁字尺测量空高, 准确到1mm 。
(5) 此方法的优缺点:操作比较简单、易行, 方法简单;准确度较高;工作效率较高;关键点检定;对操作者的要求较低。但受人为因素的影响大;自动化程度较低。
2.2 使用油罐容积表自动校准编表系统
(1) 汽车油罐车容量表的两个基本要素为汽车油罐车罐内液位高度 (标高) 和此高度所对应的液体体积。
(2) 系统在无需人工干预情况下自动注油抽油, 实时测量液位高度和大流量抽油系统的出油数 (基本上一秒钟液位高度和此高度对应的液体体积采集两次) , 通过电脑软件, 自动生成精确罐表。
(3) 此方法的优缺点:自动化程度高;可以使用现有的表建立标高参数;可以建立电子容量表 ;准确度较高;减少了人为因素的影响;可以发现中间波动的影响;方法固定重复性好。但是对操作者的要求高;效率不是很高;受计算机软件的限制 (要对计算机进行维护以保证能正常运行) ;结构复杂 (输出、输入信号等要保持畅通) ;对测试的质量依赖性大;不能完全代替手工操作。
2.3 标准金属罐法
(1) 选择一个重复性好, 准确度等级高于或等于0.2级的流量计作为稳定的流量计对标准金属罐进行定量的发货 (现有1000L和200L两个标准金属罐) 。
(2) 油品由标准金属罐倒入被测汽车油罐车, 油罐标称容量在10000L (含10000L) , 在标称容量为75%-100%范围内检定点不少于10个;油罐标称容量在10000L以上检定点不少于12个。
(3) 汽车油罐车的容量由标准金属罐读出 (经修正) , 准确到1L。高度 (标高) 由量油尺读出或使用丁字尺测量空高, 准确到1mm 。
(4) 此方法的优缺点:国家规程的方法;准确度高;对操作者要求较高;可以进行比对。但是效率低;受人为因素的影响大;对操作者要求较高;自动化程度低。
2.4 称量法
(1) 选择一个重复性好, 准确度等级高于或等于0.2级的流量计作为稳定的流量计对被测汽车油罐车进行定量的发货。
(2) 用电子汽车衡对汽车油罐车 (空车) 进行称重, 然后再次对汽车油罐车称重 (重车) , 按油品的密度换算到体积, 准确到1L。中间重量为后一次称重减去前一次称重。
V=M/ρ*Cf
式中, M ——油品的质量, kg;
ρ——油品的密度, kg/m3;
Cf——浮力修正系数。
(3) 高度 (标高) 由量油尺读出或使用丁字尺测量空高, 准确到1mm 。
(4) 此方法的优缺点:可以适应质量流量计发货; 准确度一般;对操作者要求较高;可以进行比对。但是效率较低;受人为因素的影响大;对操作者要求较高;自动化程度低。
2.5 几何测量法
(1) 测量汽车油罐车罐体的直径、总长、罐体的倾斜等参数, 用数学的方法算出罐体的容量, 从而算出所装载体积对应的高度。
(2) 由于汽车油罐车罐体不是规则的, 所以此方法基本上行不通 (对于球罐罐体, 和圆筒型罐体等标准罐型除外) 。
3 实用方法—汽车油罐车自动检定系统的分析
3.1 系统原理及构成
(1) 在我们使用的系统 (油罐容积表自动校准编表系统) 中, 在无需人工干预情况下自动注油抽油, 实时测量液位高度, 和大流量抽油系统 (高精度加油机) 的出油数, 通过电脑软件, 自动生成精确罐表。
(2) 其中其最后实际使用的汽车油罐车容量表, 因具体交接需要做了适当的技术处理, 增加了一些汽车油罐车信息, 对常装高度附近进行了毫米切割, 增加了汽车油罐车计量点示意图。
3.2 检定步骤
(1) 引导汽车油罐车到指定位置 (被检汽车油罐车停在水平的地面上) , 准确可靠地接好静电接地线, 准备好灭火器材, 在标定四周设置明显的标志 (划定工作区域) 。
(2) 检查车况, 是否与正常的运营状态一致。
(3) 连接大流量抽油系统 (精度相当高的加油机) 的进出油管线, 进油管线放在已装油的汽车油罐车中, 出油管线放在被测汽车油罐车中) 。接好380V电源, 接好静电接地线。
(4) 在被测汽车油罐车中准确可靠地安置好探针 (液位仪) 。
(5) 打开电脑, 准确接好大流量抽油系统和探针 (液位仪) 的信号线。
(6) 检查正反转, 对管线充油后开始检定, 过程中对液位、高度、温度、流速等进行实时监控, 异常得到正确的处理。
(7) 稳油后, 人工对探针 (液位仪) 所在位置检尺, 对液位高度进行修正, 生成初始的表。
(8) 完毕后, 做好现场的清理工作, 大流量抽油系统、探针等恢复到原始状态。
3.3 数据误差分析比对和原因分析
3.3.1 异常罐车比对表
下面是从日常汽车油罐车运营中, 抽取的罐车计量交接中反映误差较大的两辆罐车的前次检定数据 (旧表) 和重新检定数据 (新表) 之间进行的比对。
其中段 (60-80cm) 上数据为点 (60cm) 到点 (80cm) 上数据的间隔差异数也就是两表的绝对误差为新表-旧表与新表差百分比为差异数在新表中的相对误差。
由以上表格数据分析所得段上的误差比较小 (如30-90cm) 一般在3‰以内, 符合计量管理的要求。 (属于系统误差) 但点上的误差比较大 (如50cm) , 尤其在10cm以下 (属于随机误差) 是焦点所在。
3.3.2 以误差大的沪AE-6815为例进行原因分析
(1) 10cm处误差较大的原因有如下几点:
① 刚开始充油, 波动比较大。
② 量比较小, 计算误差时基数比较小。
③ 在液位仪盲区附近, 第一个数据。在液位盲区液位高度对应的容积是一个累计数。
④ 汽车油罐车罐体存油, 状态发生变化, 前后发生倾斜, 底量发生变化 (主要原因) 。
(2) 其它处误差较大的原因:
①汽车油罐车罐体进行进油的皮管和液位仪在一个口子里, 进油时对液位仪有一定的冲击。
②汽车油罐体总高从1545mm变化为1471mm (考虑到油气回收装置, 进行了统一改装) 。
③汽车油罐车运行了一年, 罐车状态有所变化。
④温度变化引起汽车油罐车和加油站地下罐容量的变化。
3.4 误差避免方法
3.4.1 管理上避免方法
(1) 建议满载装量, 其误差比较小。
(2) 油库发现流量计发货标高异常 (差量在总装载量的千分比大于3‰) , 罐车异常等及时上报主管部门。
(3) 加油站发现罐车标高异常 (差量在总装载量的千分比大于3‰) , 罐车异常等及时上报主管部门。
(4) 车队对汽车油罐车进行大修 (换罐体等) 影响罐容的及时上报主管部门。
(5) 加强油库与加油站联系, 协调各方参与进行比对。
(6) 对有异议的汽车油罐车及时进行重新检定。
(7) 对汽车油罐车建立档案, 建议建立退出机制。
3.4.2 检定上避免方法
(1) 对于汽车油罐车罐底存油, 一定要在做检定前放干净, 对于放不干净的罐车一律达到要求后进行检定。
(2) 罐体冲油现象, 最好的解决方法是罐车上超过两个口子的把两口子都打开。一个口子放液位仪, 一个口子放进油管。
(现情况是罐车上只有一个口子能打开, 其余的已焊死) 对于只有一个口子的罐车尽量使液位仪和进油管错开。
(3) 对于有些汽车油罐车以前隔仓的现在改成统仓的, 但只在中间挖个洞或切割不完全的;有些汽车油罐车里面有支架影响检定的。一律达到要求后进行检定。
(4) 对于罐车状态变化, 前后发生倾斜, 底量发生变化。这是个关键的问题。对于由于场地引起的, 检定时场地比较平整。罐车到加油站卸油时要求选择比较平整的场地 (对没有平整的场地, 可以采取掉头的方式, 此方法基本上不推荐) 。对于罐车本身引起的倾斜, 底量发生变化, 就比较复杂了, 包括罐车轮胎气压、钢板变化, 受力状态等许多因素。
(5) 定期对检定系统进行检定, 调节到接近零误差。
(6) 对车辆进行大修 (换罐体等) 影响罐容的及时进行检定。
4 建议
(1) 在汽车油罐车罐体制造时应考虑罐体的容量检定。
(2) 建议石化企业及相关企业招投标时考虑汽车油罐车罐型等有利于罐体容量检定的指标。
(3) 建议在汽车油罐车容量检定规程有关章节中增加汽车油罐车自动检定系统的内容。
(4) 建议定期进行同区域内比对, 以此来提高汽车油罐车容量检定的技术和水平。
摘要：本课题对汽车油罐车容量检定的方式、方法进行了研究分析以及对实用方法 (汽车油罐车自动检定系统) 进行了进一步的探讨, 以及介绍了一些汽车油罐车计量监控措施。研究结论对石化企业及相关企业进行汽车油罐车 (包括装运化学品的车辆) 容量检定方式、方法的决策, 具有一定的参考作用。
关键词：汽车油罐车,容量检定,方法方式,计量监控
参考文献
[1]JJG 133-2005, 汽车油罐车容量检定规程[S].
[2]JJG 667-1997, 液体容积式流量计检定规程[S].
油田计量数据采集及监控系统设计 篇2
目前,随着自动化技术在工业领域的广泛应用,对传统生产流程和工作方式进行自动化改造已成为一种热门趋势。油田作为国家的重要石油生产基地大范围地进行自动化改造已成为必要的发展趋势。本文从油田联合站的数据采集自动化改造方案,结合笔者建设的实际经验,对数据采集与监控系统的构建进行了一定程度的剖析。对上位机、PLC、各种仪表的互联通信做了介绍,并以力控6.1组态软件作为组态工具进行了监控界面的组态。
油田计量数据采集与监控系统即是将自动化技术与油田生产过程相结合,以数据采集的自动化来替代传统的人员抄表、专人巡检等老旧生产方式,从而构造一个可对生产过程进行实时、精准、安全、方便监控的自动化平台,可精简冗余人员、降低生产成本,显著提升油气田的生产效益。对其他联合站、注水站的自动化改造具有指导意义。
1 系统结构
1.1 总体结构图
联合站数据采集系统是将站内各油、气、水三相分离器上压力、温度、流量传感器的采集值供PLC读取,PLC又通过交换机一方面与工控机通信,将数据显示在组态软件组态的界面之上,供站内值班人员监视与控制;另一方面将数据传输给油田服务器,服务器再以报表的形式传送给采油厂计算机,以此完成整个联合站数据的采集、接收、监视过程。油田计量数据采集与监控系统总体结构如图1。
三相分离器仪器仪表的详细架设如图2所示。
1.2 硬件结构
1.2.1 工控机
工控机即工业控制计算机,英文简称IPC。本系统采用研华工控机,其具有以下特点:
(1)机箱采用钢结构,有较强的防尘、防磁、抗冲击的能力;
(2)机箱内有专用底板,底板上有PCI和ISA插槽;
(3)机箱内有专门电源,电源有较强的抗干扰能力。
1.2.2 PLC
PLC选用的是广域科技公司的智能WAT05控制器,该PLC采用模块化的结构,运用在该系统中的有CPU模块、电源模块、模拟量输入模块、RS485通信模块[1,2,3]。
1.2.3 仪器仪表
选择传感器最基本的要求是:抗干扰能力强,在工作范围内线性度好,并输出标准的电压或电流信号以保证和智能采集模块能很好地配合使用。同时,其必须具有良好的保护措施,以适应施工现场多油渍、多灰尘、多碰砸、多泥沙的情况。具体所使用的变送器类型及参数如表1。
表1变送器类型及参数(参见下页)
2 网络结构
2.1 以太网
以太网是当前应用最普遍的局域网,它很大程度上取代了其他局域网标准,如令牌环、FDDI和ARCNET。经历100M以太网在上世纪末的飞速发展后,目前Gb以太网甚至10G以太网正在国际组织和领导企业的推动下不断拓展应用范围。
该系统中联合站内PLC通过交换机以双绞线为传输介质与服务器连接,服务器又和油田计算机相连,共同组成一个以太局域网,形成局部的星形拓扑结构。整个胜利油田又以光缆为传输介质组成大的环形拓扑的以太局域网。
2.2 MODBUS通信协议
工控机和PLC之间采用MODBUS通信协议进行串口通信,标准的MODBUS口是使用的RS232兼容串行接口。控制器能直接或经由Modem组网,通信使用主—从技术,即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据做出相应反应。典型的主设备是主机和可编程仪表,典型的从设备是PLC。
主设备可单独和从设备通信,也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信,从设备返回一消息作为回应,如果是以广播方式查询的,则不作任何回应。MODBUS协议建立了主设备查询的格式:设备(或广播)地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。
3 组态监控界面设计
3.1 组态分析
联合站内共有6个分离器,需对每个分离器上压力变送器、流量变送器、温度变送器上的采集数据进行监视。在PLC内的保持寄存器中,所有的压力数据、温度数据,放于HRU存储区域;天然气出口流量数据、低含水油流量数据、以及气的累计数据放于HRF存储区域;污水出口流量数据、污水累计数据、低含水油的累计数据放于HRD存储区域。
3.2 组态过程[4,5,6]
(1)双击桌面力控快捷方式,进入工作界面,点新建出新建工程导航;
(2)点击开发,进入开发环境;
(3)点击导航栏中的IO设备组态,选择标准MODBUS(RTU),开始设定与PLC的连接;
(4)在导航栏中点击数据库组态,选择区域0,模拟IO变量,开始定义所有的数据变量,如图3所示,建立实时曲线如图4所示;
(5)与设备调试完成之后即可进入运行状态,建立组态现场监控界面如图5所示。
图3数据连接界面(参见右栏)
图4实时曲线窗口(参见右栏)
图5组态现场监控界面(参见右栏)
4 结语
自动化数据采集系统正朝着计算机化、标准化和网络化三大趋势发展。基于PLC的油田计量数据采集与监控系统解决了联合站无人值守的数据采集和传输问题,网络结构简单,方案可行,充分利用已有的线路资源,廉价且有效,在实际应用中发挥着一定的作用。以此为基础可进一步完善油田自动化监控系统,降低劳动强度,节约人员,提高生产效率,向建立数字化油田方向而努力。
参考文献
[1]赵全利,李会萍,贾磊.PLC基础及应用[M].北京:机械工业出版社,2010.
[2]周美兰.PLC电气控制与组态设计(第二版)[M].北京:科学出版社,2009.
[3]山东广域科技公司.WATO5说明书[G].
[4]王善斌.组态软件应用指南[M].北京:化学工业出版社,2011.
[5]北京三维力控公司.力控6.1使用手册[G].
计量监控 篇3
1 系统的结构
热网远程计量监控系统主要由就地供热流量计、数传模块 (含SIM卡) 、移动/联通无线通信网络、与因特网连接的数据接收服务器和供热管理操作站组成, 如图1所示。
2 系统的工作原理
2.1 概述
供热流量计采集到热用户用汽的瞬时流量、温度、压力的数据后, 在二次表液晶面板或发光二极管显示, 同时对蒸汽流量进行累积, 作为特定时段内热用户耗用蒸汽的总量。数传模块通过串口方式与二次表通讯, 取得的供热蒸汽数据包通过安装在数传模块内的移动/联通SIM卡以GPRS方式发送到连接在因特网上的数据接收服务器 (有固定IP) , 再由连接在服务器局域网内的供热管理操作站通过系统软件显示各热用户相关的参数和状态。
2.2 通信协议及原理
GPRS是通用无线分组业务 (General Packet Radio System) 的缩写, 是介于第二代和第三代之间的一种技术, 通常称为2.5G。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。其突出优点为以下几方面。
(1) 高速数据传输:速度10倍于GSM, 可以稳定地传送大容量数据文件。
(2) 永远在线:由于建立新的连接几乎无需任何时间 (即无需为每次数据的访问建立呼叫连接) , 随时都可与网络保持联系。
(3) 仅按数据流量计费:只有在数据流通时才计算费用, 体现了少用少付费的原则。供热蒸汽数据包在交换的过程中产生的网络数据流很小, 按每5秒更新一次数据计算, 每个热用户每月产生的GPRS流量费用一般不超过15元。
GPRS终端通过串口通讯接口从流量计二次表取得蒸汽数据, 处理后的GPRS分组数据发送到GSM基站。分组数据经SGSN封装后, SGSN通过GPRS骨干网与网关支持接点G G S N进行通信。G G S N对分组数据进行相应的处理, 再发送到热网数据接收服务器。由于GSM网络无静态IP地址, 故其他通信设备不能向它提出建立连接请求。因此, 热网数据接收服务器必须在因特网拥有一个固定的IP, 以便监测终端可以在登陆GSM网络后通过该IP找到热网数据接收服务器。热网数据服务器可由热电厂有固定IP的网络服务器兼用, 减少硬件设备的投入。
3 系统功能
3.1 显示热用户地理位置或供热管线系统图
系统图中包括、各热用户瞬时流量、压力、温度、累计流量及仪表工作状态等动态显示, 不同状态采用不同颜色表示。
3.2 数据采集功能
(1) 设定数据采集:可以采集仪表内部设定参数, 以便备案管理, 同时监测仪表的运行状况。
(2) 实时采集功能:采集瞬时流量、累计流量、测量压力、测量温度、流量计频率值 (差压值) 、用气时间, 事件代码, 非正常修改报警。
(3) 断电记录采集功能:按需采集断电记录。
3.3 可变数据采集周期
按需求对各检测点进行采集周期的调正, 确保重点用户的采集。并根据不同的仪表类型采用不同的通讯协议方式进行数据传输。 (数据采集周期可根据要求设定) 。
3.4
总线、支线管损显示
3.5
子站扩展功能 (可扩展至1 5 0个检测点)
3.6
多种接入方式, 即GPRS、RS485专线、电话采集三种方式
4 结语
热网远程计量监控系统对于热电厂来说, 特别是热用户达到一定数量后, 可以有效的减少热网巡视人员的工作量, 确保热网运行状况和参数正常。有利于运行人员对供热参数的了解和掌握, 及时发现热网运行和蒸汽计量的异常, 减少双方的纠纷, 保证供热企业的经济效益。
参考文献
[1]姚冰怡.热力站无人值守的热网监控系统[J].煤气与热力, 2007 (04) .
[2]马权.浅谈实施热网监控后的节能减排[J].应用能源技术, 2009 (06) .
计量监控 篇4
近年来,国内各采油厂已进行了油井现场监控系统的试点工作,然而在传统的油井现场监控系统中仍存在着许多问题,主要表现在油井现场设备可靠性低,可维护性差,不能承受油井恶劣的工作环境以及数据开放性不够、数据不能共享等方面[1]。油田的现场有十几个计量间,而且每个计量间离中心控制室都很远,天天都要对油的温度、浓度、压力等进行多次采样,人力物力需求很大。同时又不能根据现场的实际情况及时对输送的油温、浓度、压力等进行调整,因此计量间数据采集系统的设计是将自动化技术与油田生产过程相结合,以数据采集的自动化来替代传统的人员抄表、专人巡检等老旧生产方式,从而构造一个可对生产
过程进行实时、精准、安全、方便监控的自动化平台,可精简冗余人员、降低生产成本,显著提升油田的生产效益[2]。
1 系统基本结构
油田计量间数据采集系统以PLC为核心,选用西门子S7-200CN系列,中央处理器单元为CPU224CN。S7-200的CPU模块有一个24V DC传感器电源,它为本机输入点和扩展模块继电器线圈提供24V直流电源[3]。从硬件结构看,PLC是由CPU、存储器、I/O接口单元及扩展接口、外设接口和电源部件等组成,各部分之间通过系统总线连接。PLC的基本构成如图1所示。为方便采集系统的升级和扩展,该采集系统还使用模拟量扩展模块EM235,控制4路模拟量输入和1路模拟量输出[4]。
在油田计量间现场监控系统中通过传感器对油罐内油的压力、流量及温度等数据进行采集,模拟量信号通过传感器转变为控制系统1~5V电压或0~20mA电流,再经A/D转换器转换为数字信号,然后将该信号传送给PLC。PLC对采集到的信号处理后,通过RS-232/PPI多主站电缆线与上位机建立通信,把数据传送到监控中心上位机。通过组态系统动画实时显示现场工作状态和数据,达到实时监控的目的[5]。数据采集系统的结构图如图2所示。
启动数据采集系统后,先初始化I/O通道,设置输入量的范围。压力传感器获得的压力值由模拟量输入模块EM235进行A/D转换后送入PLC中,对输入的电压值与设定值间进行PID运算,输出运算结果,然后返回主程序,通过工程量的逆变换将读入压力值转换为对应的显示数字量,再由锁存器通过输出模块产生本周期的控制输出并显示[6]。当现场油道压力超限时发出报警信号。执行以上步骤,依次对计量间内油的压力、温度、浓度等进行数据采集并控制。系统流程图如图3所示。
2 监控系统设计
系统采用S7-200作为从站的核心控制器,对每个油井的油的浓度、温度和压力等数据进行实时采集,并将采集的数据传给主站S7-300,主站处理再传给上位机[7]。再通过北京亚控技术发展有限公司开发的KingView6.55组态软件对计量间数据采集系统进行组态,实时显示计量间设备的工作状态[8]。整个系统结构图如图4所示。
整个从站的硬件组成有自动切换模块、检测模块、显示模块、报警处理模块。其中检测模块由温度传感器、压力传感器、浓度传感器等构成,对计量间油罐内油的温度、压力、浓度等进行实时监测。
STEP-7 Micro/WIN为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境,文中选用STEP-7 Micro/WIN为编程软件。编程软件支持STL、LAD、FBD三种编程语言,编译与调试程序[9]。用RS-232/PPI多主站电缆连接S7-200与编程设备,然后为STEP-7 Micro/WIN设置通讯参数与S7-200建立通讯,把编辑好的程序段下载到S7-200[10]。
为保证S7-200PLC能够正常与组态王进行模拟量输入通信,编写组态王与现场PLC的通信程序。程序如图5所示。
图5程序梯形图
在KingView6.55工程管理界面上建立一个“油田计量间现场监控系统”的新工程。画面内将现场系统各组件进行系统组态,“数据库/数据词典”定义所需变量,编写命令语言,实现系统组态。系统组态画面如图6所示。
图6油田计量间系统组态(参见下页)
油田计量间系统正常工作时,通过系统监控组态界面可以看到当泵运行时,油从油井中抽出,在计量间内通过翻斗计量设备计量抽油量,流量、压力以及温度传感器分别采集生产现场油的流量、压力及温度等数据,经PLC存储与数据处理后和上位机建立通信,把数据传送到监控中心上位机。通过组态系统动画实时显示油田计量间工作状态和现场数据,达到实时监控的目的。
3 小结
计量监控 篇5
太阳能作为一种可再生能源, 分布广泛, 资源丰富, 是理想的未来能源。广泛利用太阳能是解决能源短缺、减少环境污染的有效途径之一。近年来, 太阳能行业在新能源行业内发展迅速, 其中太阳能热水器总集热面积逐年上涨, 目前总利用面积高达1.5亿平方米[1]。近些年家用太阳能市场趋于饱和, 增速缓慢, 而太阳能热水工程集热面积的年增长率逐年上升, 越来越多的工厂、学校、医院、酒店开始建设太阳能集热工程。
但我国在工程太阳能热利用上存在的问题却是显而易见的[2], 太阳能工程项目大多不配备计量与监控系统, 这使得太阳能系统的实时运行状态、运行参数、能源节约指标、环境效益指标等无法得到真实可靠的数据支持。因此开发一种针对太阳能热水工程的远程监控与能耗计量系统具有较高的工程应用价值, 可以为优化太阳能热水系统控制、探索太阳能最大利用率等问题提供坚实的数据基础。
1 系统整体架构设计
太阳能热水远程监控系统由分布在不同地区、不同气候的现场监测系统与数据中心平台构成。现场监测系统通过GPRS与数据中心平台软件进行数据交互, 实现对现场的远程监控, 同时监测数据通过服务器以网页的形式发布。
1.1 现场监测计量系统
现场监测计量系统 (以总系统中某个单水箱-热泵系统为例) 主要由现场监测仪表和数据采集装置构成。
现场监测计量仪表主要包括:环境温度传感器T4、集热管道温度传感器T0、集热器温度传感器T1、用户侧管道温度传感器T3、水箱温度传感器T2、热能表、电能表、流量计、辐照表、风速仪、压力计等构成。系统构成如图1所示。
数据采集装置采集现场工程运行状态及相对应的能耗数据信息, 如气象信息、太阳能集热器运行状态、辅助能源供热设备运行状态、集热器入出口水温、集热器循环水流量、设备功耗、系统总功耗等数据;数据中继器接受采集器所采集的数据信息并将数据打包、加密, 以标准网络数据传输格式通过GPRS或以太网发送给远程数据监控中心。
1.2 系统网络架构
本文设计的太阳能热水远程监控与能耗计量系统采用三层网络架构:第一层为现场设备层, 该层由数据采集器、数据中继器、GPRS通信模块及各种传感器组成, 控制器用于控制现场执行机构的正常工作, 协调数据采集器对各个传感器的输出参数进行采集, 并将采集结果输出到通信模块完成数据的上传;第二层为数据处理层, 在监测中心服务端开发远程数据通信与管理软件, 利用Socket通信技术实现监测中心与工程现场之间基于TCP/IP的数据通信;第三层为门户应用层, 采用ASP.NET技术开发了数据发布网站, 该网站部署在监测中心IIS服务器内, 通过浏览器访问该网站, 用户可随时随地浏览工程数据。系统网络拓扑图如图2所示。
2 系统软件设计
2.1 软件设计
根据远程数据监测中心软件的总体设计, 构建了.Net平台下3层架构模式, 分别为用户界面表示层、业务逻辑层和数据访问层。在WINDOWS操作系统下设计了一套基于面向对象思想、以Microsoft SQL2005为数据库, 并引入NI、MSChart和Flash等绘图控件, 使用TCP/IP为基本通信协议的数据中心计量监测软件。
2.2 软件功能
远程数据监控系统软件包含9个功能模块:系统配置模块实现对各个监测子项目的项目与采集点信息配置, 界面显示模块实现对项目监测数据信息的多功能显示, 远程网络通信模块实现数据中心与现场采集装置GPRS/以太网连接, 远程设备控制模块实现对各个工程项目中的采集装置参数设置以及部分现场运行设备开关控制, 故障报警模块实现对工程项目现场设备非正常状态信息的多方式通报提醒, 数据查询模块实现对历史数据的查询以及报表打印, 日志管理模块实现对系统自身的监测管理, 用户管理模块实现对操作人员权限的管理。具体功能框架图如图3所示。
2.3 关键技术实现
2.3.1 通信机制
数据中心与数据中继器之间使用GPRS进行通信。GPRS无需通过外接线路接入网络, 只需在网络覆盖的区域安装GPRS接入装置即可[3]。GPRS网络具有实时在线、传输速率高、传输时延小等特点[4], 很好地满足了本文监控系统对数据传输的要求。
在网络传输层上, 选择面向连接传输稳定的TCP/IP网络传输协议。TCP的可靠机制允许设备处理丢失、延时、重复及读错的包, 超时机制允许设备检测丢失包并请求重发。此外, 监控数据中心异步开启TCP监听后, 可同时接受多个工程中继器的连接请求, 建立稳定连接后进行数据收发。
2.3.2 远程设备控制
远程设备控制操作使数据中心工作人员无需到现场即可对工程设备进行操作。
选用面向连接的TCP/IP作为通信协议, 服务器可以使用Listen方法侦听连接[5]。Accept方法处理任何传入的连接请求, 并返回可用于与远程主机进行数据通信的Socket。基于套接字的TCP连接, 理论上能够自动侦测套接字是否断开, 但是如果遇到长时间无数据交互或者网线拔出等非正常情况下, 系统可能无法侦测到套接字的断开[6], 导致丢失客户端上传的数据。TCP异常情况如图4所示。
针对以上问题, 每次Socket收发数据时, 服务端采用TCPClient.Client的Peek方法, 试读客户端一个字节的数据, Peek参数指定读取的字节不会从数据缓存区中移除, 如果能够读到此一个字节的数据, 表示Socket连接仍然完好;一旦没有读到此字节, 表示Socket已处在非正常工作状态, 系统主动断开Socket, 下位机进行重连。同时中继器定时向数据中心发送心跳包监测TCP连接是否正常, 一旦发现服务端一段时间内未收到心跳包, 则认为中继器连接断开, 重新请求连接。这样的通信机制, 使得中继器与数据中心始终保持正常连接, 为设备远程控制提供保障[9]。
在网络连接保证稳定有效的基础上, 对中继器发送控制指令, 实时控制现场设备。控制过程中, 中继器将控制指令发送给控制器, 控制器动作后, 返回完成指令。如果指令返回时间在上位机延时等待的时间内, 则控制成功;未收到完成指令, 上位机重发控制指令。中继器上传一帧最新的状态数据, 以确认系统工作在最新的状态。这样的操作机制类似于TCP[10]三次握手, 能够保证控制的可靠性与实时性。
3 技术经济评价指标
太阳能集热工程能源管理系统的经济评价指标主要有系统耗电量、太阳能热水系统得热量、常规能源替代量 (吨标准煤) 、二氧化碳减排量、二氧化硫减排量、太阳能集热系统效率、太阳能保证率、热泵能效比等。文章基于以上指标进行分析计算。
3.1 太阳能集热量
在集热的过程中涉及到的计量指标有太阳能辐射能以及太阳能集热量。太阳能辐照能通过总辐射表并按公式 (1) 计算获得, 太阳能集热量可以通过热量表测量或者通过测量温度和流量的方法并采用计算公式 (2) 获得:
式中:Qs表示太阳能辐射能, Qc表示太阳能集热量, 单位均为k J;G代表太阳总辐照度, 单位为W m2;Ac表示热水系统中的太阳集热器的轮廓采光面积, 单位为m2;τ表示积分采集时间间隔, 单位为s;cf表示工质平均温度的传热比热容, 单位为J/ (kg⋅℃) ;ṁf表示传热工质质量流量, 单位为t h;t1, t2分别表示热量测量高温点水温与低温点水温, 单位为℃。
3.2 常规能源替代量分析
常规能源替代量反映的是整个系统用户真正节能的部分。所谓真正节能是指通过集热将热量吸收并且最终被用户利用的热量。常规能源替代量的定义如下:
式中:Qbm表示常规能源替代量, 单位为吨/标准煤;Qsh表示太阳能热水系统供热量, 单位为GJ;Qaux表示辅助热源供热量;W表示太阳能热水系统耗电量, 单位为k W⋅h;W取值为29.307 GJ/tec。
一周常规能源替代量走势图见图5。
3.3 二氧化碳减排量、二氧化硫减排量分析
二氧化碳减排量QCO2 (单位为t/a) , 二氧化硫减排量QSO2 (单位为t/a) [7]是重要的环境效益指标, 可按式 (4) , 式 (5) 计算:
式中:Qbm为常规能源替代量, 单位为t/a;2.47为标准煤的二氧化碳排放因子;0.02为标准煤的二氧化硫排放因子[8]。
一周二氧化碳减排量见图6。
通过实验 (集热面积为39 m2, 水箱大小为2 t, 实验月份为8月) , 可以得出如表1所示的一周太阳能能耗评价指标。
4 结论
本文研制的太阳能热水远程监控与能量计量系统通过TCP网络编程, 以稳定的数据传输、集中的数据监测、便于查看的B/S架构, 有效解决了热水工程地域分布广、管理难度大等问题, 为太阳能企业优化系统效率、深化认识提供了有效的数据支持, 也为节能减排提供了可靠依据。
参考文献
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[9]朱志浩, 樊留群, 谢晓轩, 等.设备远程监控的研究[J].制造业自动化, 2001 (1) :47-50.
计量监控 篇6
分项计量的概念基于节能减排的国家大政方针，2007年11月举行了清华大学江忆院士主导开发的“大型公共建筑能耗实时统计分析管理系统”项目验收暨技术评审会，由中国制冷学会副理事长吴元炜教授领衔，建筑节能及电气设计领域的多位专家组成的鉴定委员会一致同意通过技术评审，认为“大型公共建筑能耗分项计量与实时分析监测系统达到了国际领先水平，建议国家和北京市主管部门尽快推广该技术成果，继续加大对该系统的技术研发投入，对本技术成果的推广应用进行支持。”
一、项目概况
某某中心项目占地28100m2。塔楼地上部分88层，地下部分3层，裙楼为4层。
总建筑面积约为343971m 2，其中地上建筑面积为259981m2，地下建筑面积约为83990m 2。建筑高度达438m，是一个集商业、办公、酒店、服务式公寓于一体的建筑综合体。其中办公区建筑面积为72559m2，酒店式公寓区建筑面积约为84025m2，酒店区建筑面积约为62802m2。
酒店式公寓在本项目的32层(建筑标高149米)—62层(建筑标高277.8m)，总建筑面积约为9万m2，变电所设在47层(建筑标高213.5m)，内设6台1250k V变压器。
酒店(包括会所、观光层)在本项目的63层(建筑标高282.2m)—88层(建筑标高397.7m)，总建筑面积约为5.5万m2，变电所设在63层(建筑标高213.5m)，内设4台1250k V变压器。
二、分项计量节能管理的必要性分析
不论是五年规划中对节能减排的解释纲要，还是智能电网功能阐述，都不约而同地提到了数据采集与分析，优化运行管理以达到投入最少、产出明显的节能目标。
而这尤其体现在建筑能耗方面，因其改造简单、见效快速，已在全国省部级机关办公建筑里多处应用。如浙江省省直多栋办公大楼在2008年就开始了逐步改造，目前节能效果明显。上海2010年改造168栋各式公用建筑;北京2011年拟改造150栋各式公用建筑;江苏省省直机关十一家单位办公建筑近期已完成分项计量改造的前期工作。
疏忽对建筑日常运行及管理是公共建筑能源浪费的重要的原因之一，根据相关管理机构的抽样调查显示，近70%的公共建筑仅采用部分节能措施，而采用系统节能管理的公共建筑几乎是凤毛麟角。根据有关专家通过调研及科研的提示，一般公共建筑有效用能系统管理机制建立将对建筑能耗下降控制占60%以上，因此，能源使用的有序管理和进行监管和控制已被人们所充分重视。
公共建筑节能工程智能化技术要求，应符合国家关于实施以降低直接用能、提高能源使用效率的综合控制及自然能源有效地利用，着力提升智能化技术的科技节能功效。应适应各类建筑应用业务的特征，达到建筑功能的使用环境要求，实现对各类机电设施运行规范化管理。
智能化节能工程建设的要求，应满足各类建筑具有高效业务环境的设施保障，全面地推行为实现“提高能效及降低能耗”目标，有效地对建筑内的各类能量系统运行信息的“智能监控”和实施“节能”管理的技术措施。
三、用能系统节能可能性分析
建筑用能系统包括电、气和油等，其中一般建筑的主要用能是电能，因此，能否有效降低建筑用电是建筑节能的关键。
鉴于目前多数大型建筑和用电大户的粗放型用能现状，多数电力用户对自身内部各系统用电状况没有清晰了解，大量电能的使用处于无序、无监视、无控制状态，使系统节能成为可能。本方案通过安装建筑分项计量系统，旨在为电力用户提供各用电系统、用电设备的用电状况，同时经过系统性分析，寻找用电漏洞和用电设备故障，降低用电风险，减少能源消耗。
1. 昼夜分析，直接产生经济效益。
2. 长期监测找到能耗漏洞。
3. 横向对比确定可能产生节能的建筑。通过深入分析该建筑的制冷子系统的分时用能情况，可以发现用电设备的问题或者进行用电控制策略的调整，起到降低系统能耗，提高系统效率。
4. 通过分析冷冻水输配系统找寻能耗缺陷。有时系统中的冷冻泵进行过节能改造，安装了变频设备，冷冻泵效率很高，但变频后由于冷却液循环增快，反而造成制冷系统其他设备如压缩机、风机系统等能耗的增加。
5. 通过能耗公示激励行为节能。通过单位公示各部门的耗能情况，对部门进行激励，以增强部门的节能意识，降低能耗。
6. 反映节能意识和管理水平的指标。综合分析能耗比，测试各个建筑的管理者的节能意识和管理水平，促使管理者加强制度化管理。
7. 评价节能改造效果。节能是一种整体系统化工程，一个设备或用电系统的节能改造可能会造成其他设备或用电系统能耗的增高，所以并不一定能够整体降耗。
四、本方案主要工作
1. 在变电所高、低压侧合理配置综合保护监控设备、无功功率自动控制装置等智能监控设备并进行实时监控。
2. 在变(配)电所内的出线支路安装双接口的多功能网络电力仪表，同时分别为配电监控和分项计量节能管理系统提供数据。采用双接口的仪表设计有以下优点：
(1)提高系统可靠性。配电监控系统和分项计量节能系统各自独立地从底层设备取数据，两个系统可以完全独立运行，互不影响;
(2)节省设备投资和降低系统复杂性。分项计量电能数据一方面来自于变(配)电所配电出线的计量数据，还有来自于各楼层和电气设备的计量数据。采用双接口的仪表可以减少设备数量，降低系统复杂性;
(3)兼顾配电监控和节能分析系统的特点。配电监控由于实时性要求高，故采用的通讯速率较高(通讯波特率大于9600bps)，而分项计量节能管理系统实时性要求较低，故采用的通讯速率较低(通讯波特率大于1200bps)。
3. 根据分项计量能耗拆分需要，在变(配)电所外管道井和各楼层配电盘上安装多功能表进行准确的电度计量和电气量测量，形成原始的电能数据记录。
4. 在建筑物内按需敷设通讯总线，建立数据传输通道。
5. 在监控中心建立配电系统监控后台系统，包括双监控主机、数据库服务器、UPS、打印机、工程师站等，实现配电系统的实时监控。
6. 建立能量管理中心，收集多功能表采集的各项数据，建立数据库，按照照明、暖通空调、动力用电、特殊用电和承租户用电进行电能拆分，并预留网关。
五、本方案预期实现目标
1. 为业主强化管理、提高电气安全性提供系统保障。
供配电系统非正常运行(例如长期过流、三相严重不平衡、漏电或谐波过大等)，极易造成直接安全事故如人身伤害、设备损坏，也可能造成火灾等严重灾害。
本系统通过对配电系统的各种运行数据进行实时、连续的监测，及时发现配电系统中的各种隐患，给出声、光告警，避免事故的发生。
2.
为管理部门提供配电系统各项指标报表数据(时报表、日报表、月报表)故障记录历史曲线对配电系统电能质量进行实时监测，对配电系统功率因数进行实时监测和调节。
3. 为实现节能减排提供系统性方案。
对大楼内的电能计量数据进行实时采集和节能分析，实现能耗的综合管理(能耗超标预警、能耗费用管理、用电设备能耗分析、单位面积综合能耗计算、节能检查等)。通过对大楼内的电能耗数据进行能耗拆分，得到建筑分项能耗数据，通过计算机自动分析挖掘节能潜力，达到建筑物节能增效的目的。
4. 为电气类资产的可靠、长效使用提供帮助。
通过对运行设备的连续实时监测，统计设备运行时间，为设备保养、检修提供量化数据。
六、经济及节能减排效益分析
根据节能分析报告规范化管理后，每年可节能8%—10%，当年可收回投资。如发现重大能耗漏洞可以大幅降低建筑能耗。另外建筑内各主要设备由于得到了全方位监控，有专业的维护指导，使用寿命将达到理想效果。
注：节能效果估算
年用电量：12500kVA×0.95(功率因数)×50%(负载率)×12(小时)×365(天)≈2600万度;
年节电量：208—260万度
可节省电费：166.4—208万元
相当于年节省标准煤：832—1040吨
相当于年减少二氧化碳排放：2073.76—2592.2吨
换算为CO2排量：计算方法1千瓦时电=0.997kg CO2
换算为标煤：计算方法1千瓦时电=0.4kg标准煤
计量监控 篇7
计量监控主要是指对电能计量装置的现场运行状态的相关数据、信息进行收集、监测和分析。在电力营销工作发展的早期阶段,计量监控主要依靠供电企业人工现场巡检。这一时期的计量监控的服务对象是供电企业,其主要目的是发现可能存在异常或故障,以指导供电企业做出正确的判断与处理。对于大批量的用电客户,供电企业需要投入大量的人力、物力进行人工巡检。但是,人工巡检往往只能发现查处一些比较显性的计量异常或故障,效率低和及时性差。
随着智能电网建设的启动,具有预付费功能的智能电能表的全面推广应用,对计量监控提出了全新的需求。计量监控的服务对象不再只是面向供电企业,用电客户同样需要及时、准确地掌握并核实智能电能表的预付费量、剩余电量、报警电量和跳(合)闸状态等信息。这既是供电企业向用电客户提供有效的优质服务的需要,也是保证用电客户正常日常生活的需要。传统的人工现场巡检则不能满足这一需求。信息技术的发展与用电信息采集系统的的不断完善,为计量监控实现远程化、自动化、实时化提供了契机。
2 系统需求分析
对预付费用户的实时计量监控分析,主要是对采集数据进行比对、统计和分析,将相关信息通过接口传递到相应的职能部门。如发现异常,则立即自动启动异常处理流程。
用电信息采集系统需向计量监控单元提供原始数据,这些数据包括:现场实时或者历史的用电信息、用户档案以及异常告警阀值信息、部分业务信息。所以,计量监控单元既要与用电信息采集系统保持数据通信,又要与具体的职能处理机构保持数据通信关系。
2.1 计量监测单元与用电信息采集系统之间的关系
计量异常监测单元与用电信息采集系统的关系如图1所示。
如同前面章节所述,计量异常监测单元以用电信息采集系统作为数据来源,这些数据包括。
1)档案资料:包括用户/台区、终端、测量点基本档案及其它们之间的关联关系、相关对象的告警阀值等。这一部分数据来源于用电信息采集系统的档案库。
2)现场用电数据:包括现场测量点的时钟、负荷、电能示值、电压、电流和功率因数等各种瞬时量,终端时钟等各种终端数据等。
3)业务信息:如果某些用户或测量点参与了预付费这种实际应用,用电信息采集系统还需要收集具体的业务数据供计量监控单元判断这些用户或测量点是否正确地响应了这些业务数据的应答。
2.2 数据实时性要求
1)档案资料的实时性:对用户/台区、终端、测量点所进行的任何更改,以及对这些档案中的告警判断条件所进行的任何更改都需要实时地反应到计量异常监测单元中。
2)现场用电数据的实时性:作为所有异常监测的数据来源,用电信息采集系统采集到的现场用电数据必须通过高速数据总线以及适当的分发机制及时到达计量异常监测单元中,以缩短系统对现场异常的反应时间。
3)业务信息的实时性:如果用户参与了预付费这种实际的业务,对于业务的任何新增、删除和修改操作都必须及时反应到计量异常监测单元中。
3 系统设计与功能实现
预付费用户实时监控分析主要是对用户的购电情况、刷卡情况、余电告警、手/自跳闸权限设置等业务进行远程实时统计和分析与监控,系统将这些数据主动上传给后台分析模块,通过WEB方式提供给相关人员进行查询、统计、分析和远程控制等操作与管理。
3.1 权限设计
预付费实时监控分析系统采用多级权限设计,各级用户通过系统权限管理模块分配不同的用户权限,用户根据分配的权限来查询自己的业务功能。
3.2 购电查询设计
用户去客户大厅进行开户,购电等业务,为了方便用户和售电管理人员对用户购电情况进行实时监控和查询,通过购电查询功能来进行实时查询用户购电充值情况。
3.3 刷卡查询设计
当用户购电充值成功以后,为了及时用电,用户需要把购电充值卡拿回到现场计量装置设备终端上去刷卡,通过刷卡把卡中的购电量写进终端。为了监控用户是否及时准确的刷进了购电量,以及刷卡后的电量是否与充值电量相符等都需要进行及时监控,利用现有监控分析系统可以实时监控用户刷卡状态。
3.4 告警查询设计
用户在营业大厅购电时,购电系统会对用户的购电量设置报警电量,当用户用电量走到报警电量时,现场计量终端会将上传告警信息到监控分析系统,相关管理人员通过监控分析系统查询到用户告警信息后,立即通知告警用户迅速购电。
3.5 报表统计设计
预付费监控分析系统专门设计了报表统计功能,对用户的充值购电数据以及用电数据进行了日报、月报、季报、半年报、年报统计,这样便于管理人员进行及时统计各机构的用电数据,为营销管理决策提供依据。
3.6 跳闸权限设计
由于预付费实施要对用户进行跳闸控制,跳闸功能分为手动和自动跳闸两种模式,如果设置为手动跳闸功能,则需要后台中心控制功能对用户进行实施跳闸操作,如果设置为自动模式,则当用户的剩余电量走到跳闸设置阀门电量时,后台中心控制自动对其进行实施跳闸操作。
4 系统应用效果与发展前景
计量监控分析系统成功地实现了对预付费用户的计量监控由人工监控向智能实时监控的转变,为供电企业的生产、经营工作提供了强大的技术支撑,为用电客户提供了优质、高效的用电服务。随着智能电网建设的加速推进,全社会信息化水平的不断提高与普及,系统的发展与应用还将持续的深入。
4.1 完善各系统间数据接口,实现数据共享最大化
用电信息采集系统应与供电企业的电力营销系统实现数据接口,成为营销系统的一个子业务模块。计量监控单元监测、分析所获得的异常信息,应能通过接口触发“消缺”工作流程。通过与GIS(地理信息系统)的接口,将各监控点直观地显示在地图上,为查询、分析和消缺等工作提供更多方便。
4.2 优化系统构架,提高计量监控的准确性、可靠性
影响计量监控准确性、可靠性的主要原因。
1)计量监控单元以大量电网、客户的档案信息为基础。如果档案信息出错,或者电网运行方式的变化,与之关联的计量监控单元将获得错误信息。必须采取有效措施,保证电网结构、用户、终端和测量点等基础资料的准确性,保证用电信息的采集成功率,以提高计量监控的准确性。
2)系统对异常现象的分析判断仅仅给出大致原因,未给出准确地结论。比如,系统提示现场某电能表出现“零功率”事件,出现这一事件的原因可能有电网停电、用户未用电、电能表损坏和档案信息错误等,系统应对其具体原因作出准确的分析判断。
5 结束语
现代数学和统计学的发展促成了数据挖掘这一学科的发展,数据挖掘的主要作用是从大量的数据中取得有效的、新颖的、潜在有用的和最终可理解的固定模式,完成分类、估值、预言、相关性分析、聚类、描述与可视化等功能。这为如何提高计量监控准确性、可靠性提供了解决办法,以数据挖掘技术、人工智能技术为核心,构建一个能够对电网、客户、计量装置、采集终端、通信通道、数据库、服务器、工作站等节点出现的异常进行准确描述的分布式计算系统。
摘要：本文提出了对供电企业的用电信息采集系统进行扩展开发,以实现对预付费用电客户的电能计量装置运行状态、预付费的用电状态等实时信息进行远程、实时的监测与分析,对异常情况做出准确的判断并启动相应的处理流程。
关键词：用电信息采集,计量监控,预付费,远程化,自动化,实时化
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