一種車間管理方法及系統與流程

本發明涉及智能管理領域，特別是涉及一種車間管理方法及系統。

背景技術：

現有技術中，用于生產包括電、天然氣、壓縮空氣等能源的熱軋無縫鋼管車間，由110kV進線供電，一般建有110kV變電站。

當車間實際生產能力在2.5萬噸/月左右時，噸鋼電耗110-120kWh；當車間實際生產能力1.5萬噸/月左右時，噸鋼電耗100kwh左右。變電站進線處的功率因數約在0.95左右。主要的用電設備有穿孔機、軋管機、定徑機、矯直機、切管機等直流電機和風機、水泵、空壓機等交流電機。

現階段，車間管理系統從以下方面存在不同程度的能源浪費：

用電報表方面，目前通過人工對變電站各處計量柜每天多次抄表，對車間高壓配電室計量柜每天多次抄表，人工進行統計，制作用電報表，人員勞動強度大，并且抄錄和計算過程中易出錯，影響用電分析和產品單耗統計，無法實現對癥下藥以節約能源。

現場能源計量方面，雖然在變電站已經做了計量，但在各車間內部的具體用電數據沒有進行分項、分類計量，無法對車間的產品單耗進行統計分析，尋找能耗“盲區”。

生產過程方面，電能整體質量偏低，由于車間上有較多的整流變壓器和變頻器，電網的諧波污染較為嚴重，TSF系列無功補償及濾波裝置效果不佳。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種車間管理方法及系統，通過自動獲取監測數據，并統計分析，當超出預設值時相應產生報警以定位問題點，以解決傳統車間管理系統中能源浪費的問題，從而達到節能的效果。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種車間管理方法，所述方法包括:

按照預設時間間隔獲取電表采集的用電數據，所述用電數據包括電壓、電流、功率、電量和工作狀態，所述電表安裝于各個用電設備和電磁站，用于獲取系統總的用電數據、各用電設備的用電數據和配電室的用電數據；

判斷所述用電設備和電磁站的電壓是否在第一閾值范圍內，得到第一判斷結果；

當所述第一判斷結果表示所述用電設備或電磁站的電壓不在第一閾值范圍內時，觸發報警模塊報警；

獲取電壓不在所述第一閾值范圍內的用電設備或電磁站的名稱、位置與電壓；

輸出電壓不在所述第一閾值范圍內的用電設備或電磁站的名稱、位置與電壓，用于用戶進行報警確認；

根據所述用電數據計算所述用電設備和電磁站的功率因數；

判斷所述功率因數是否小于第二閾值，得到第二判斷結果；

當所述第二判斷結果表示所述用電設備或電磁站的功率因數小于第二閾值時，觸發報警模塊報警；

獲取功率因數小于所述第二閾值的用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數；

輸出功率因數小于所述第二閾值的用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數，用于用戶進行報警確認。

可選的，所述按照預設時間間隔獲取電表采集的用電數據，之后還包括：

根據所述用電數據計算電能質量數據，所述電能質量數據包括頻率偏差、電壓三相平衡、諧波含量；

將所述電能質量數據和所述電表的位置存儲于所述數據庫，用于用戶制定治理方案。

可選的，所述輸出功率因數小于所述第二閾值的用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數，之后還包括：

獲取用戶的查詢類型，所述查詢類型包括歷史報警查詢，實時報警查詢，系統日志查詢，歷史電量數據查詢；

當所述查詢類型為歷史報警查詢時，獲取用戶的查詢條件，所述查詢條件包括時間范圍、報警類別、設備名稱、確認用戶和確認計算機編號；

根據所述用戶的查詢條件，調取數據庫中對應的報警信息，并輸出；

當所述查詢類型為實時報警查詢時，獲取系統中的實時報警信息，并輸出；

當所述查詢類型為系統日志查詢時，獲取用戶的檢索條件，所述檢索條件包括時間范圍、用戶名、設備編號和計算機編號；

根據所述用戶的檢索條件，調取所述數據庫中對應的操作記錄和異常信息，并輸出；

當所述查詢類型為歷史電量數據查詢時，獲取用戶的搜索條件，所述搜索條件包括起始時間、結束時間和時間間隔；

根據所述用戶的搜索條件，調取所述數據庫中對應的電量數據，并輸出。

可選的，所述輸出功率因數小于所述第二閾值的用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數，之后還包括：

獲取用戶選擇的修改設備，所述修改設備包括各個用電設備和電磁站；

根據所述修改設備，調取數據庫中所述修改設備的相應數據，用于用戶修改所述修改設備的相應數據，所述修改設備的相應數據包括計算表達式、小數位數、零漂點范圍、初始值、是否記錄數據和記錄時間間隔。

可選的，所述輸出功率因數小于所述第二閾值的用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數，之后還包括：

獲取用戶選擇的用戶管理類型，所述用戶管理類型包括能源管理人員、設備管理人員和生產管理人員；

調取數據庫中所述用戶管理類型對應的數據信息；

獲取用戶選擇的用戶管理操作，所述用戶管理操作包括增加、刪除和修改；

根據所述用戶選擇的用戶管理操作，更新數據庫。

可選的，所述輸出功率因數小于所述第二閾值的用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數，之后還包括：

獲取用戶選擇的班組管理類型，所述班組管理類型包括班組設置和班組產量輸入；

當所述班組管理類型為班組設置時，調取數據庫中對應的班組信息，用于用戶修改所述班組信息，所述班組信息包括班組號、負責人信息、工作時段和人數；

當所述班組管理類型為班組產量輸入時，調取數據庫中對應的班組產量信息，用于用戶輸入班組的產量信息。

一種車間管理系統，所述系統包括：

用電數據獲取模塊，用于按照預設時間間隔獲取電表采集的用電數據，所述用電數據包括電壓、電流、功率、電量和工作狀態，所述電表安裝于各個用電設備和電磁站，用于獲取系統總的用電數據、各用電設備的用電數據和配電室的用電數據；

第一判斷模塊，用于判斷所述用電設備和電磁站的電壓是否在第一閾值范圍內，得到第一判斷結果；

報警信息第一獲取模塊，用于獲取輸出電壓不在所述第一閾值范圍內的用電設備或電磁站的名稱、位置與電壓；

報警觸發模塊，用于當所述第一判斷結果表示所述用電設備或電磁站的電壓不在第一閾值范圍內時，觸發報警模塊報警；

報警信息第一輸出模塊，用于輸出電壓不在所述第一閾值范圍內的用電設備或電磁站的名稱、位置與電壓，用于用戶進行報警確認；

計算模塊，用于根據所述用電數據計算所述用電設備和電磁站的功率因數；

第二判斷模塊，用于判斷所述功率因數是否小于第二閾值，得到第二判斷結果；

報警信息第二獲取模塊，用于獲取功率因數小于所述第二閾值的用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數；

報警觸發模塊還用于當所述第二判斷結果表示所述用電設備或電磁站的功率因數小于第二閾值時，觸發報警模塊報警；

報警信息第二輸出模塊，用于輸出功率因數小于所述第二閾值的用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數，用于用戶進行報警確認。

可選的，所述系統還包括：

電能質量數據計算模塊，用于按照預設時間間隔獲取電表采集的用電數據之后，根據所述用電數據計算電能質量數據，所述電能質量數據包括頻率偏差、電壓三相平衡、諧波含量；

存儲模塊，用于將所述電能質量數據和所述電表的位置存儲于所述數據庫，用于用戶制定治理方案。

可選的，所述系統還包括：

查詢類型獲取模塊，用于輸出功率因數小于所述第二閾值的用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數之后，獲取用戶的查詢類型，所述查詢類型包括歷史報警查詢，實時報警查詢，系統日志查詢，歷史電量數據查詢；

查詢條件獲取模塊，用于當所述查詢查詢類型為歷史報警查詢時，獲取用戶的查詢條件，所述查詢條件包括時間范圍、報警類別、設備名稱、確認用戶和確認計算機編號；

報警信息調取模塊，用于根據所述用戶的查詢條件，調取數據庫中對應的報警信息，并輸出；

實時報警信息獲取模塊，用于當所述查詢查詢類型為實時報警查詢時，獲取系統中的實時報警信息，并輸出；

檢索條件獲取模塊，用于當所述查詢查詢類型為系統日志查詢時，獲取用戶的檢索條件，所述檢索條件包括時間范圍、用戶名、設備編號和計算機編號；

操作記錄和異常信息調取模塊，用于根據所述用戶的檢索條件，調取所述數據庫中對應的操作記錄和異常信息，并輸出；

搜索條件獲取模塊，用于當所述查詢查詢類型為歷史電量數據查詢時，獲取用戶的搜索條件，所述搜索條件包括起始時間、結束時間和時間間隔；

電量數據調取模塊，用于根據所述用戶的搜索條件，調取所述數據庫中對應的電量數據，并輸出。

一種車間管理系統，所述系統包括：電力監測點、通訊設備、網絡交換機、計算機、服務器和存儲設備；

所述電力監測點用于按照預設時間間隔獲取電表采集的用電數據，所述用電數據包括電壓、電流、功率、電量和工作狀態，所述電表安裝于各個用電設備和電磁站，用于獲取系統總的用電數據、各用電設備的用電數據和配電室的用電數據；

所述計算機用于判斷所述用電設備和電磁站的電壓是否在第一閾值范圍內，得到第一判斷結果，當所述第一判斷結果表示所述用電設備或電磁站的電壓不在第一閾值范圍內時，觸發報警模塊報警；

所述通訊設備用于輸出電壓不在所述第一閾值范圍內的用電設備或電磁站的名稱、位置與電壓，用于用戶進行報警確認；

所述計算機還用于根據所述用電數據計算所述用電設備和電磁站的功率因數，判斷所述功率因數是否小于第二閾值，得到第二判斷結果，當所述第二判斷結果表示所述用電設備或電磁站的功率因數小于第二閾值時，觸發報警模塊報警；

所述通訊設備還用于輸出功率因數小于所述第二閾值的用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數，用于用戶進行報警確認。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：

通過自動獲取監測數據，并統計分析，當超出預設值時相應產生報警以定位問題點，解決了傳統車間管理系統中能源浪費的問題。實現了對能耗設備的實時監測，利用節能三層面技術，找出節能潛力，有針對性的采取組織管理、技術措施，實現了節能降耗的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明車間管理方法流程圖；

圖2為本發明車間管理系統實施例1結構圖；

圖3為本發明車間管理系統實施例2結構圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1為本發明車間管理方法流程圖。如圖1所示，所述方法包括：

步驟101：采集用電數據。系統通過安裝在各用電設備、電磁站上的多功能電表采集相應的用電數據，用電數據主要包括：電壓(V)、電流(I)、功率(P)、電量(KW.H)、工作狀態等信息。系統數據采集主要分為兩種方式，分別為用于過程控制的OLE(Object Linking and Embedding(OLE)for Process Control，OPC)通訊和ModBus通信采集方式。通過RS485接口將獲取的數據傳輸到遠程終端單元(RTU)上，RTU通訊服務器將收集到的數據轉化處理，最終通過交換機將采集的數據匯總至智能化能源管理系統進行數據的綜合分析。

步驟102：判斷電壓是否在第一閾值范圍內，如果是，返回步驟101；否則，執行步驟103；各個用電設備或電磁站都有相應的工作電壓閾值范圍，當電壓不在閾值范圍內時，會影響設備正常的工作，所以需要相應的設定工作的閾值范圍。

步驟103：觸發報警。當用電設備或電磁站的工作電壓不在預設閾值范圍內時，觸發報警模塊報警。

步驟104：獲取報警信息。獲取電壓不在預設閾值范圍內的用電設備或者電磁站的名稱、位置與相應的電壓。

步驟105：輸出報警信息。將獲取的電壓不在預設閾值范圍內的用電設備或者電磁站的名稱、位置與相應

的電壓輸出，以便用戶確認，及時進行檢修。

步驟106：計算功率因數。利用公式計算功率因數COSΦ，其中P為有功功率，S為視在功率。

步驟107：判斷功率因數是否小于第二閾值。如110KV以下的線路，其電壓損失可近似為：其中△U為線路的電壓損失(單位kv)，Ue為線路的額定電壓(單位kv)，P為線路輸送的有功功率(單位kw)，Q為線路輸送的無功功率(單位kvar)R為線路電阻，X為線路電抗。當功率因數提高時，它向電力系統吸取的無功功率減少，導致電壓損失減少，從而改善了用戶的電壓質量。因此設定功率因數的閾值，功率因數不小于設定閾值時，電壓質量才會有保證。閾值設定可以根據平均功率因數設置，平均功率因數計算公式為：

步驟108：觸發報警。當功率因數小于設定閾值時，觸發報警模塊報警。

步驟109：獲取報警信息。獲取功率因數小于設定閾值的用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數。

步驟1010：輸出報警信息，以便用戶確認，并及時調整檢修。

除此之外，本發明還可以實現以下功能：

(1)電能質量分析：

分層次對公司整體、各配電室、各用電設備的用電數據進行統計分析，分析的內容包括負荷、功率因數、電壓、電流等參數的平均值、最大值、最小值及發生的時刻。

使用該功能可使用能管理者能夠全面而詳細的了解企業各用電關口的用電狀況，進而為合理調配用電負荷、合理調整設備適配電機、配電線路/變壓器的合理增容、系統無功的全面優化等提供依據。

例如，當公司循環水系統電機較多時，通過電力分析可發現設備配置不合理的情況，一般來講，在產線設計時，設備及線路的配置按照理論值進行設計，而實際生產中有可能會產生偏差，通過電力分析可能會發現循環水泵一直在輕載狀態下運行，并能準確統計出其運行的最大功率，這樣可以以此為依據更換功率匹配的電機，使設備運行效率更高。

當公司存在濁環水質問題時，水泵葉輪磨損較快，也可通過其負荷的變化發現葉輪磨損情況，及時更換葉輪，以免造成供水壓力不足，影響正常生產。

同樣，通過電力運行分析也可能會發現設備長期處于或偶爾處于過載狀態，可通過統計結果來分析是否會影響設備壽命、是否存在故障隱患，從而及時更改設備容量，消除隱患。

通過獲取的用電數據分析頻率偏差、電壓三相平衡、功率因數、諧波含量等電能質量的問題，使用戶了解當前的電能質量狀況，為解決電能質量問題提供全面準確的數據依據。

(2)數據查詢功能：

包括報警信息的查詢、系統日志的查詢、歷史電量數據的查詢。

報警信息的查詢，用于查詢系統中各個設備的實時報警和歷史報警的狀態和記錄，當選擇“歷史報警”的時候，可根據需求選擇時間范圍、報警類別、設備名稱、確認用戶和確認計算機對歷史數據進行檢索，搜索出歷史報警。當選擇為“實時報警”的時候，展示系統中存在的實時報警，提醒用戶要及時處理。

使用報警功能可以對重要的用能設備設置報警條件，以幫助用能管理者更好地管理和維護重點用能設備，節能一方面是要降低用能設備的能耗，另一方面則是要關注關鍵生產設備的運行安全，避免設備故障造成生產的影響。

公司凈環水泵、濁環水泵等重要設備，其運行工況較穩定，正常生產時其電流、功率變化不大，通過長時間監測，可分析出其正常工作的電流和功率范圍，可將其電流和功率設置預警條件，若電流或功率長時間超過預警值，則有可能是負載異常、或設備機械部件磨損造成，設置預警值后，系統可在設備運行異常時報警，使設備管理人員能及時發現異常，安排檢修，避免設備故障帶來的生產損失。

系統日志查詢，用以查詢系統所有操作記錄和異常信息，可根據需求以時間范圍、用戶名、設備編號、計算機為檢索條件，檢索出對應的用戶操作信息、設備控制信息、系統異常信息等，方便用戶進行系統使用的管理。

歷史數據查詢，可選取系統所監測的所有設備，查看其所有監測參數(電流、電壓、功率、功率因數、電量、流量等)，查詢的起止時間和查詢的時間間隔均可設置，并可將查詢結果導出保存和打印。歷史數據查詢功能為事故的追溯、異常的分析、用能的監管提供了數據支撐。

(3)監測變量設置：

根據用戶選擇的修改設備，所述修改設備包括各個用電設備和電磁站，調取數據庫中所述修改設備的相應數據；在監測變量設置界面上左側是羅列各個監測設備名稱的窗體，右側是被選中設備名稱對應設備變量的信息，可對監測設備變量的計算表達式、小數位數、零漂點范圍、初始值、是否記錄數據和記錄時間間隔等信息進行修改。

公司現有人工抄表僅抄錄了電能表的數值，未進行變比的處理，導致抄表數據需要人工再進行計算統計才能得出實際用電量，采用此功能系統可以自動計算出實際用電量，減少人工作業。

(4)用戶設置

根據用戶選擇的用戶管理類型，調取數據庫中所述用戶管理類型對應的數據信息，用戶管理類型包括能源管理人員、設備管理人員和生產管理人員；根據用戶的增加、刪除和修改操作相應更新數據庫。

公司能源管理人員、設備管理人員、生產管理人員都需要參與該系統的使用，合理分配權限才能保障各角色各司其職、保障系統的穩定運行，發揮系統的最大效能，為企業節能降耗提供持續動力。

(5)班組管理

用戶選擇班組管理類型，包括班組設置和班組產量輸入；

當選擇班組設置時，調取數據庫中對應的班組信息，配置管理各生產班組基本信息，包括班組號、負責人信息、工作時段和人數；

當選擇班組產量輸入時，調取數據庫中對應的班組產量信息，用戶輸入每天各班組產量信息，為班組產量分析提供數據依據。

例如，公司生產為三班兩倒制，現場調查發現一班能耗較高，采用該功能可對比出不同班組的能耗，可量化出能耗差異，進而定位到具體的工段和操作人，分析出導致能耗差異的原因，若因為人員的操作水平和素質造成能耗高，可以通過培訓、交流與考核進行改善。

圖2為本發明車間管理系統實施例1結構圖。如圖2所示，所示結構包括：用電數據獲取模塊201，第一判斷模塊202，報警信息第一獲取模塊203，報警信息觸發模塊204，報警模塊205，報警信息第一輸出模塊206，計算模塊207，第二計算模塊208，報警信息第二獲取模塊209，報警信息第二輸出模塊2010。用電數據獲取模塊201通過安裝在各用電設備和電磁站的多功能電表獲取相應的用電數據，包括電壓(V)、電流(I)、功率(P)、電量(KW.H)、工作狀態等信息。通過第一判斷模塊202對采集的用電數據進行電壓判斷，判斷各用電設備和電磁站的電壓是否在設定的閾值范圍內，由于各各用電設備和電磁站有其標準的工作電壓，因此，需要時刻監測其實際的工作電壓是否在閾值范圍內。當工作電壓不在設定的閾值范圍內時，通過報警信息第一獲取模塊203獲取相應的用電設備或電磁站的名稱、位置與電壓，通過報警觸發模塊204觸發報警模塊205報警，并通過報警第一輸出模塊206輸出報警信息，以便用戶確認，及時處理。

計算模塊207用于根據獲取的用電數據利用公式計算各用電設備和電磁站的功率因數COSΦ，其中P為有功功率，S為視在功率，通過第二判斷模塊208判斷功率因數是否小于設定閾值，如110KV以下的線路，其電壓損失可近似為：其中△U為線路的電壓損失(單位kv)，Ue為線路的額定電壓(單位kv)，P為線路輸送的有功功率(單位kw)，Q為線路輸送的無功功率(單位kvar)R為線路電阻，X為線路電抗。當功率因數提高時，它向電力系統吸取的無功功率減少，導致電壓損失減少，從而改善了用戶的電壓質量。因此設定功率因數的閾值，功率因數不小于設定閾值時，電壓質量才會有保證。閾值設定可以根據平均功率因數設置，通過公式：計算平均功率因數。當功率因數小于設定閾值時，報警信息第二獲取模塊209獲取相應用電設備或電磁站的名稱、位置與功率因數，通過報警信息觸發模塊204觸發報警模塊205報警，通過報警信息第二輸出模塊2010輸出相應的報警信息，以便用戶確認，及時檢修。

圖3為本發明車間管理系統實施例2結構圖。如圖3所示，包括：

服務器:選用高檔微機服務器其中應用服務器3011和數據庫服務器3012整合配置充分保證用戶的投資。

存儲設備302:數據的完整性與安全性對于公司能源介質計量系統至關重要,因而數據的存儲安全是一個不容忽視的關鍵問題。

計算機303：本系統計算機操作系統可以采用windows server，以節省投資減少后期的維護投入。

網絡交換機304:選擇能與整個網絡集成的設備匯聚層和接入層交換機支持VLAN劃分。

通訊設備305:采用與網絡交換設備同品牌或兼容的設備。

電力監測點306：在現有監控終端的基礎上進行補充升級。

本發明車間管理方法及系統具體實施例1：

變電站配電室采用110kV/10kV供電，分別給1#車間、2#車間提供電源。為了滿足車間電耗統計要求，變電站配電室控制柜上均配置有三相電能表，變電站配置的計量表每天抄表5次，各測量點具體使用的測控終端型號如表1所示：

表1

存在問題：

變電站配電室的抄表為每天抄5次，主要抄寫有功電能及功率因數兩個數據，存在抄表工作量大。

公司每天要對變電站用電和車間用電進行核對，存在抄表時間不一致，工作流程繁瑣需要多部門，多人員參與的問題。

由于諧波問題造成變電站所用變產生諧振過電壓，造成指示燈及充電器損壞。

解決方法：

1、通過系統自動獲取電表的用電參數，實現變電站與生產車間用電量及功率因數進行定時抄表，不需要人工抄錄數據再上報，減少人工抄表強度，增加數據的正確性。如此一來，這項涉及到變電站，車間內勤，生產部，財務的這項繁瑣工作可以實現自動化生成，打印。一年帶來經濟效益約3萬元(4人每天1h4*300d/8h/30d*3000＝15000萬元外加單位時間內員工產生的附加值)。

2、通過系統監測變量設置與分析，實現變電站與車間的同時抄表，避免抄表的不同步，實現精確的線路損耗分析，對廠里的能耗消耗情況了如指掌。

3、通過系統的數據采集，統計，分析，實現對變電站各回路的電壓及功率因數報警設置，在電壓偏高或者偏低，功率因數偏低時給出報警，通過系統這個工具能夠切實有效的發現能源異常點，并給出解決方法策略，改善電力質量現狀。

4、通過系統自動監測報警與實時報警功能，自動判斷出故障點，對癥下藥，減少設備損壞故障率，改善電網質量，提高設備的使用壽命，保證企業安全正常生產。一年帶來經濟效益至少10萬元。

監測點清單如表2所示：

表2

投入清單如表3所示：

表3

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。