摘要：
文章介紹了礦山能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方案、系統(tǒng)架構(gòu)和功能描述，并介紹了立華嵌入式通訊管理平臺LEC-3012的產(chǎn)品規(guī)格和特點(diǎn)，以及該設(shè)備在礦山能源采集與管理系統(tǒng)中的應(yīng)用。本系統(tǒng)使齊大山鐵礦的能源消耗與管理系統(tǒng)全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化管理，同時可以為礦業(yè)公司MES、ERP等管理系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)，提高操作水平和管理水平。
1. 概述
近年來，全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速的增長，對礦產(chǎn)資源的過度利用已經(jīng)成為全球經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的巨大問題，并引發(fā)了全球范圍內(nèi)的能源供應(yīng)緊張，對環(huán)境保護(hù)造成了巨大的壓力，經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的問題要求我們每一個人，必須擔(dān)負(fù)起環(huán)境保護(hù)的責(zé)任，必須采取有力的措施來降低能源消耗。
本系統(tǒng)根據(jù)齊大山鐵礦現(xiàn)有能源管理系統(tǒng)的要求，在全廠建立能源實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，除滿足廠級能源管理的需求外，還可為礦業(yè)公司MES、ERP系統(tǒng)提供實(shí)時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步提高信息化管理的水平。
2. 系統(tǒng)方案設(shè)計
2.1. 方案概述
齊大山鐵礦能源管理系統(tǒng)由監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)服務(wù)器、采集站和現(xiàn)場儀表等四部分組成，其中采集站包括有線采集站和無線采集站兩部分。
有線采集站主要負(fù)責(zé)采集選別工區(qū)的數(shù)據(jù)；無線采集站主要負(fù)責(zé)采集采礦工區(qū)和鐵路運(yùn)輸電機(jī)車的數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳到生產(chǎn)調(diào)度中心。
調(diào)度中心接收到采集的數(shù)據(jù)，通過編寫的管理軟件，對電能量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、分析、統(tǒng)計與管理。
2.2. 系統(tǒng)架構(gòu)
本系統(tǒng)采用四層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：即現(xiàn)場設(shè)備層、采集轉(zhuǎn)發(fā)層、數(shù)據(jù)存儲層和Web用戶層。
（1） 現(xiàn)場設(shè)備層：現(xiàn)場設(shè)備層主要由現(xiàn)場需要采集電量的設(shè)備組成，包括高壓電表、低壓電表、電壓互感器、電流互感器組成。
（2） 采集轉(zhuǎn)發(fā)層：采集轉(zhuǎn)發(fā)層由數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)、UPS電源、3G路由器、運(yùn)營商提供的支持PVN組網(wǎng)的3GSIM卡，該層主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)發(fā)。
（3） 數(shù)據(jù)存儲層：數(shù)據(jù)存儲由數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器組成，該層負(fù)責(zé)將采集轉(zhuǎn)發(fā)層傳來的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并向Web用戶層或MES/ERP等軟件系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)分析管理的數(shù)據(jù)依據(jù)。
（4） Web用戶層：web用戶層由廠區(qū)內(nèi)管理網(wǎng)的計算機(jī)組成。通關(guān)權(quán)限的賦予，有需要的部門可以直接通過瀏覽器登錄到軟件系統(tǒng)，監(jiān)控現(xiàn)場電表實(shí)時數(shù)據(jù)，查看相關(guān)的工藝曲線，查詢信息數(shù)據(jù)，打印報表等。
圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
2.3. 數(shù)據(jù)通信方式
系統(tǒng)采用有線與無線結(jié)合的通信方式，其中選別工區(qū)采用以太網(wǎng)方式，利用廠區(qū)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；采礦工區(qū)及運(yùn)輸工區(qū)采用APN接入方式，利用運(yùn)營商提供的3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合現(xiàn)場采集網(wǎng)關(guān)設(shè)備，對采場大型設(shè)備進(jìn)行采集。
3. 系統(tǒng)功能描述
齊大山鐵礦能源管理系統(tǒng)的基本需求是通過高速局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)齊大山鐵礦生產(chǎn)管理部門對生產(chǎn)過程中的能源消耗進(jìn)行全數(shù)字化管理。通過能源管理系統(tǒng)的建立，所有的能源數(shù)據(jù)將通過廠區(qū)的主干網(wǎng)匯集到生產(chǎn)指揮中心，并通過能源管理軟件，以瀏覽器方式對能源消耗信息進(jìn)行在線監(jiān)視，能源消耗的實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計與查詢、能源數(shù)據(jù)的專家報表生成功能。
3.1. 數(shù)據(jù)采集功能
采場和選礦工序的電表將使用功能強(qiáng)大的三相多功能（高、低壓）數(shù)字電能表。該表具有RS-485通訊、測量電壓、電流、頻率及功率、無功正反向及四象限計量功能，廣泛應(yīng)用礦山能源管理、鋼鐵冶金、配電網(wǎng)自動化等方面。
礦山運(yùn)輸用電機(jī)車將采用專用的直流電能記錄儀。該記錄儀具有輸入電壓、輸入電流及瞬時功率的測量功能；大小電流的短線和通訊中斷的自檢功能；電度值、故障信息的記錄功能以及RS-485通訊功能。
數(shù)據(jù)采集器采用北京立華公司的工業(yè)通訊網(wǎng)關(guān)硬件平臺LEC-3012。該網(wǎng)關(guān)采用高性能嵌入式計算平臺，內(nèi)嵌通信采集規(guī)約庫和轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)約庫,可以實(shí)現(xiàn)采集多個不同子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)集中匯總、分類和預(yù)處理，并對多個上級調(diào)度等平臺系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
3.2. 數(shù)據(jù)傳輸功能
本系統(tǒng)對于廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋的地方采用以太網(wǎng)的方式，利用光纖和網(wǎng)線，接入齊礦管理網(wǎng)中。對于有線網(wǎng)絡(luò)無法到達(dá)的移動設(shè)備，例如：采場用電鏟、牙輪鉆、運(yùn)輸用電機(jī)車等，采用APN接入方式，利用運(yùn)營商提供的3G無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[DividePage:NextPage]
3.3. 能源管理軟件功能
能源管理軟件將對采集的電能量數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)視、測量、控制和管理，實(shí)現(xiàn)能源實(shí)時及歷史數(shù)據(jù)存儲、查詢、分析、統(tǒng)計等功能。系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)
（1）面向?qū)ο蟮碾娏坎杉M態(tài)界面
通過各類模擬圖形，建立起現(xiàn)場的電量采集組態(tài)畫面，實(shí)時顯示現(xiàn)場設(shè)備電表的計量狀態(tài)。包括電壓、電流、頻率、功率等。
（2）實(shí)時歷史曲線的查看及預(yù)測監(jiān)控
實(shí)時曲線和歷史曲線是查看現(xiàn)場電量實(shí)時數(shù)據(jù)線和歷史數(shù)據(jù)的強(qiáng)大工具，通過它可以對設(shè)備電量的實(shí)時消耗情況及峰、谷、平時段的工況進(jìn)行顯示和分析。
（3）強(qiáng)大的專家報表功能
軟件具有強(qiáng)大的專家報表功能，包括小時電量、日電量、月季年電量的統(tǒng)計與分析。報表查詢方式靈活，用戶可以設(shè)置各類查詢條件，分時分項(xiàng)進(jìn)行查詢。
4. 數(shù)據(jù)采集器LEC-3012
LEC-3012是一款高性能無風(fēng)扇的嵌入式通訊管理網(wǎng)關(guān)，CPU等級為Intel Atom N455 1.66GHz，支持5路串口和2路千兆網(wǎng)口。采用8KV 靜電保護(hù)設(shè)計和電快速瞬變脈沖群保護(hù)設(shè)計，以及工頻和射頻磁場抗擾度保護(hù)設(shè)計。串口每一個通道均采用獨(dú)立的光電隔離，支持RS-232/422/485獨(dú)立設(shè)置，嚴(yán)格符合工業(yè)現(xiàn)場的抗電磁干擾要求。LEC-3012采用高導(dǎo)熱性的鋁合金結(jié)構(gòu)，無風(fēng)扇設(shè)計，使得現(xiàn)場應(yīng)用更加可靠和安靜；緊湊型、模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，尺寸小巧，安裝靈活，解決現(xiàn)場安裝空間的問題，導(dǎo)軌安裝方式更加適合現(xiàn)場應(yīng)用要求。LEC-3012支持一個CF卡存儲擴(kuò)展，解決現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲空間問題，采用9~36VDC的寬電壓供電方式，Run指示燈由客戶自定義其物理意義，以適應(yīng)不同項(xiàng)目的需求。
LEC-3012特點(diǎn)：
Intel Atom N455 1.66GHz，低功耗、嵌入式設(shè)計
2×GbE RJ-45，1×RS-232，4×RS-232/422/485
光電隔離，8KV ESD，1KV電快速瞬變脈沖群
寬電源供電+9V~36V，電源及HDD指示燈狀態(tài)顯示
支持Linux，XPE/WES2009，XP PRO，F(xiàn)ES，WS7E，WS7P，WIN 7 PRO-E操作系統(tǒng)
無風(fēng)扇設(shè)計
5. 總結(jié)
本系統(tǒng)使齊大山鐵礦的能源消耗與管理系統(tǒng)全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化管理，同時可以為礦業(yè)公司MES、ERP等管理系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)，提高操作水平和管理水平。
能源管理系統(tǒng)是一個集過程監(jiān)控、能源設(shè)施管理、能源調(diào)度平衡及分析優(yōu)化為一體的計算機(jī)系統(tǒng)，能源數(shù)據(jù)（包括統(tǒng)計數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)）被周期性地集中和報告，實(shí)際能源消耗與根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)計算出的預(yù)期能耗進(jìn)行比較。能源管理系統(tǒng)能夠幫助企業(yè)建立能耗模型，發(fā)現(xiàn)企業(yè)自身的能耗節(jié)省潛能；通過對各項(xiàng)數(shù)據(jù)的綜合監(jiān)管，消除信息孤島和節(jié)能死角，從而幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
更多詳情請見：
（轉(zhuǎn)載）
