電爐能效調度軟件設計

朱昌龍 孔維健

摘 要：電爐是高能耗、高物耗設備，為提高其能源效率，需要在時間與空間兩個維度進行能源調度。針對此問題，設計了電爐能效調度軟件，可以在不同電爐之間，以及不同需量周期上調配電能資源，提高電能效率。軟件具備能效監測、工況預測、需量預測、能效調度等模塊，實驗顯示能夠提升電爐能效。

關鍵詞：電爐;能效調度;軟件設計

1 緒論

工業用電占全社會總消耗電力的比重較大，為了實現經濟和能源的可持續發展，需要從技術上來對能源優化分配調度。目前，仍然有很多企業的能源利用率很低。例如小型企業的生產技術落后，管理不到位等。能源資源的消耗與浪費影響著人們的生活，制約經濟的發展。因此合理地分配資源，提高利用率具有很大的研究前景。電爐熔煉的過程很復雜，雜質之間也會發生化學反應，因此礦熱爐也屬于高能耗、高物耗的設備，所以必須采用先進的節能技術，提高電能效率。

針對能源的發展需要，幾家著名公司先后推出了各自的能源管理軟件。B.DATA將過程控制系統和辦公環境下的數據處理系統有機結合，能夠完成能源使用及能源使用的采集、計算及分析，以實現對能源監控、能源報表、物料平衡、能耗設備管理、成本中心管理等管理功能。

目前基于能效優化調度的軟件設計相關研究進展不是很多，本文設計一款電爐的能效調度軟件具有積極的現實意義。

2 相關技術介紹

軟件采用B/S架構[1]，即瀏覽器/服務器網絡結構模式，即在服務器上實現主要功能，通過瀏覽器訪問服務器，再對整個系統管理操作。B/S架構有很多優點，相對于C/S架構不需要安裝客戶端，無須網絡硬件環境，系統維護與拓展也相對更容易。

電爐的能效調度軟件遵循常規體系結構進行平臺系統的開發，采用分層設計的方法，分為表現層、業務邏輯層、數據訪問層[2]。

表現層：主要負責的是接收用戶的操作和數據輸入等，為電爐能效調度軟件提供操作界面，主要由HTML、CSS、SVG、Highcharts[3]實現。

業務邏輯層：將數據訪問層的邏輯組合起來，實現業務規則，負責電爐能效調度軟件的主要功能的邏輯實現。采用的是MVC分層架構模式。M即模型，對數據進行獲取并處理。V即視圖，指用戶交互的界面，一般是Html頁面。主要作用是接收用戶輸入的數據，根據輸入做出相應處理后，展示后臺返回的數據和圖表等。C即控制器，是模型與視圖之間的橋梁，定義應用程序的行為?？刂破鳑]有輸出，只接收請求和決定調用模型處理相應的請求，再用視圖顯示返回的數據。MVC處理過程是用戶發出請求，控制器接收請求，每個請求都帶有相應的參數，根據參數決定調用相應的模型，模型根據控制器的參數執行業務邏輯，控制器用視圖顯示模型返回的數據。

數據訪問層：主要操作數據庫，針對數據的增加、修改、查找、刪除等。

MySQL：開源的數據庫，是一種關系型數據庫，將數據保存在不同的表中，由體積小速度快，成本低等優點[4]。

軟件的平臺結構圖如圖1所示。

3 系統設計

設計并實現一個能效調度軟件，該系統可以采集全廠每一臺爐子的生產工藝參數，并以多樣化的方式呈現出來以利于管理者和生產工人的實時監測。同時根據每天的能耗指標、最大需量指標、產量指標、設備狀況，輔助管理人員制定當天的生產計劃，將全廠能耗指標分解到每一臺爐子、每一時段，從而為耗電監視提供標準值。對電爐的工況和需量進行預測，對每天耗電情況進行統計分析，制定報表，提供能效分析報告以輔助工廠挖掘節電環節。系統的功能模塊結構圖如圖2所示。

登錄模塊：企業的管理員和企業員工可以輸入賬號和密碼登錄到電爐能效調度軟件平臺。不同的用戶角色的操作權限不一樣，管理員的權限最多，并且可以給企業員工分配權限，還可以修改和刪除企業員工的信息。

生產計劃：企業的管理員可以制訂合理的生產計劃，根據向供電局購買的用電需量和電爐的實際情況進行計算每天的生產計劃。管理員可以查詢生產計劃，參考歷史的生產計劃，也可以添加和修改生產計劃，對于生產計劃出現的錯誤和問題，對當前的生產計劃進行修改。

運行監視：運行監視是對整個企業的電爐的參數進行監控，如三相電流和三相電壓等。管理員可以讓員工以圖形化的方式進行反饋，更利于整個電熔過程的控制管理。

能效分析：根據實時數據，通過特定算法，計算和預測電爐的電效率、負荷率、實時單位能耗和累計單位能耗等能效數據，并把計算結果以曲線的方式展示出來，更方便管理者了解全廠的電爐運行狀態。

報警信息：對每一個電爐的報警設置信息，并提供添加、修改和刪除功能，防止空燒和電流過大等危險情況。管理員可以查詢所有的報警數據，包括已經確認或者未確認數據，同時提供對報警的確認操作，確認操作完畢表示已經完成對該報警的處理。

工況預測：預測未來一段時間所處的是主熔、加料、排氣工況。根據電爐的工況和生產規律，分析生產數據，建立置信規則庫。依據置信規則推理的方法可以對電爐后幾秒的工況做出預測。

需量預測：需量是指電爐在一個需量周期內平均功率。對需量進行預測，要求群爐的平均功率小于需量約束，若大于需量則需要進行調整使其低于約束。

能效調度：企業需要在電力最大需量的約束下，對電爐進行操作，使電爐的指標達到最優。一般采用群爐分解的方法，需量如果比較充足，按照單爐最優進行操作即可，無需調度。

統計分析：對不同電爐的不同時間在產量、能耗、合格率等數據進行對比，可以發現原因，提供生產報表、運行報表等數據。

4 測試與驗證

軟件的運行硬件環境配置如下：

Intel（R）Core（TM）i7-8700 CPU @3.20GHz，內存16GB，顯卡為NVIDIA GeForce GTX 1080Ti。

軟件的運行軟件環境配置如下：

Windows10操作系統，MySQL數據庫，.Net Framework 40運行環境。

電爐能效調度軟件運行監視模塊運行如圖3所示，工況預測模塊運行如圖4所示，能效調度模塊運行如圖5所示。

該軟件應用于實際現場時，為電爐企業制定了可實施的能耗計劃。結合根據電爐工況預測結果和需量約束進行功率調整，使電爐能源利用率提升，最后對電爐的數據進行對比分析，實現全企業對電爐的電能的合理分配，驗證了電爐能效調度軟件的有效性和優越性。

5 結論

電爐能效調度軟件系統的開發與應用，可以有效地提升電爐的能源利用率和工廠的工作人員的工作效率與管理水平，不再使用人工決策，更好地為電爐的工藝產品質量服務，具有很好的使用價值和現實意義。隨著現代信息化技術的發展和大數據技術的普及，類似于電爐的能源利用率一定會繼續提升。

參考文獻：

[1]季宇杰，石云，蔣衛詳.基于SSM框架的運動會管理系統的設計與實現[J].電子測試，2020（16）：74-75.

[2]劉利冉，黃璞馨，閻文莉，楊鈺，胡局新.基于SSM的高校教學工作量核算系統的設計與實現[J].科技風，2020（27）：25-26.

[3]趙建勛.Highcharts在動態數據監測系統中的開發與應用[J].計算機與網絡，2018，44（16）：69-71.

[4]李艷杰.MySQL數據庫中數據參照完整性和一致性的設計與實現[J].信息技術與信息化，2020（11）：102-104.

作者簡介：朱昌龍（1996— ），男，漢族，江蘇鹽城人，東華大學控制工程專業研究生，研究方向：優化調度方法。

通訊作者：孔維?。?983— ），男，漢族，河北獻縣人，東華大學信息科學與技術學院講師，研究方向：計算智能方法、復雜優化調度方法等。