一种车间管理方法及系统与流程

本发明涉及智能管理领域，特别是涉及一种车间管理方法及系统。

背景技术：

现有技术中，用于生产包括电、天然气、压缩空气等能源的热轧无缝钢管车间，由110kV进线供电，一般建有110kV变电站。

当车间实际生产能力在2.5万吨/月左右时，吨钢电耗110-120kWh；当车间实际生产能力1.5万吨/月左右时，吨钢电耗100kwh左右。变电站进线处的功率因数约在0.95左右。主要的用电设备有穿孔机、轧管机、定径机、矫直机、切管机等直流电机和风机、水泵、空压机等交流电机。

现阶段，车间管理系统从以下方面存在不同程度的能源浪费：

用电报表方面，目前通过人工对变电站各处计量柜每天多次抄表，对车间高压配电室计量柜每天多次抄表，人工进行统计，制作用电报表，人员劳动强度大，并且抄录和计算过程中易出错，影响用电分析和产品单耗统计，无法实现对症下药以节约能源。

现场能源计量方面，虽然在变电站已经做了计量，但在各车间内部的具体用电数据没有进行分项、分类计量，无法对车间的产品单耗进行统计分析，寻找能耗“盲区”。

生产过程方面，电能整体质量偏低，由于车间上有较多的整流变压器和变频器，电网的谐波污染较为严重，TSF系列无功补偿及滤波装置效果不佳。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种车间管理方法及系统，通过自动获取监测数据，并统计分析，当超出预设值时相应产生报警以定位问题点，以解决传统车间管理系统中能源浪费的问题，从而达到节能的效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种车间管理方法，所述方法包括:

按照预设时间间隔获取电表采集的用电数据，所述用电数据包括电压、电流、功率、电量和工作状态，所述电表安装于各个用电设备和电磁站，用于获取系统总的用电数据、各用电设备的用电数据和配电室的用电数据；

判断所述用电设备和电磁站的电压是否在第一阈值范围内，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果表示所述用电设备或电磁站的电压不在第一阈值范围内时，触发报警模块报警；

获取电压不在所述第一阈值范围内的用电设备或电磁站的名称、位置与电压；

输出电压不在所述第一阈值范围内的用电设备或电磁站的名称、位置与电压，用于用户进行报警确认；

根据所述用电数据计算所述用电设备和电磁站的功率因数；

判断所述功率因数是否小于第二阈值，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果表示所述用电设备或电磁站的功率因数小于第二阈值时，触发报警模块报警；

获取功率因数小于所述第二阈值的用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数；

输出功率因数小于所述第二阈值的用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数，用于用户进行报警确认。

可选的，所述按照预设时间间隔获取电表采集的用电数据，之后还包括：

根据所述用电数据计算电能质量数据，所述电能质量数据包括频率偏差、电压三相平衡、谐波含量；

将所述电能质量数据和所述电表的位置存储于所述数据库，用于用户制定治理方案。

可选的，所述输出功率因数小于所述第二阈值的用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数，之后还包括：

获取用户的查询类型，所述查询类型包括历史报警查询，实时报警查询，系统日志查询，历史电量数据查询；

当所述查询类型为历史报警查询时，获取用户的查询条件，所述查询条件包括时间范围、报警类别、设备名称、确认用户和确认计算机编号；

根据所述用户的查询条件，调取数据库中对应的报警信息，并输出；

当所述查询类型为实时报警查询时，获取系统中的实时报警信息，并输出；

当所述查询类型为系统日志查询时，获取用户的检索条件，所述检索条件包括时间范围、用户名、设备编号和计算机编号；

根据所述用户的检索条件，调取所述数据库中对应的操作记录和异常信息，并输出；

当所述查询类型为历史电量数据查询时，获取用户的搜索条件，所述搜索条件包括起始时间、结束时间和时间间隔；

根据所述用户的搜索条件，调取所述数据库中对应的电量数据，并输出。

可选的，所述输出功率因数小于所述第二阈值的用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数，之后还包括：

获取用户选择的修改设备，所述修改设备包括各个用电设备和电磁站；

根据所述修改设备，调取数据库中所述修改设备的相应数据，用于用户修改所述修改设备的相应数据，所述修改设备的相应数据包括计算表达式、小数位数、零漂点范围、初始值、是否记录数据和记录时间间隔。

可选的，所述输出功率因数小于所述第二阈值的用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数，之后还包括：

获取用户选择的用户管理类型，所述用户管理类型包括能源管理人员、设备管理人员和生产管理人员；

调取数据库中所述用户管理类型对应的数据信息；

获取用户选择的用户管理操作，所述用户管理操作包括增加、删除和修改；

根据所述用户选择的用户管理操作，更新数据库。

可选的，所述输出功率因数小于所述第二阈值的用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数，之后还包括：

获取用户选择的班组管理类型，所述班组管理类型包括班组设置和班组产量输入；

当所述班组管理类型为班组设置时，调取数据库中对应的班组信息，用于用户修改所述班组信息，所述班组信息包括班组号、负责人信息、工作时段和人数；

当所述班组管理类型为班组产量输入时，调取数据库中对应的班组产量信息，用于用户输入班组的产量信息。

一种车间管理系统，所述系统包括：

用电数据获取模块，用于按照预设时间间隔获取电表采集的用电数据，所述用电数据包括电压、电流、功率、电量和工作状态，所述电表安装于各个用电设备和电磁站，用于获取系统总的用电数据、各用电设备的用电数据和配电室的用电数据；

第一判断模块，用于判断所述用电设备和电磁站的电压是否在第一阈值范围内，得到第一判断结果；

报警信息第一获取模块，用于获取输出电压不在所述第一阈值范围内的用电设备或电磁站的名称、位置与电压；

报警触发模块，用于当所述第一判断结果表示所述用电设备或电磁站的电压不在第一阈值范围内时，触发报警模块报警；

报警信息第一输出模块，用于输出电压不在所述第一阈值范围内的用电设备或电磁站的名称、位置与电压，用于用户进行报警确认；

计算模块，用于根据所述用电数据计算所述用电设备和电磁站的功率因数；

第二判断模块，用于判断所述功率因数是否小于第二阈值，得到第二判断结果；

报警信息第二获取模块，用于获取功率因数小于所述第二阈值的用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数；

报警触发模块还用于当所述第二判断结果表示所述用电设备或电磁站的功率因数小于第二阈值时，触发报警模块报警；

报警信息第二输出模块，用于输出功率因数小于所述第二阈值的用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数，用于用户进行报警确认。

可选的，所述系统还包括：

电能质量数据计算模块，用于按照预设时间间隔获取电表采集的用电数据之后，根据所述用电数据计算电能质量数据，所述电能质量数据包括频率偏差、电压三相平衡、谐波含量；

存储模块，用于将所述电能质量数据和所述电表的位置存储于所述数据库，用于用户制定治理方案。

可选的，所述系统还包括：

查询类型获取模块，用于输出功率因数小于所述第二阈值的用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数之后，获取用户的查询类型，所述查询类型包括历史报警查询，实时报警查询，系统日志查询，历史电量数据查询；

查询条件获取模块，用于当所述查询查询类型为历史报警查询时，获取用户的查询条件，所述查询条件包括时间范围、报警类别、设备名称、确认用户和确认计算机编号；

报警信息调取模块，用于根据所述用户的查询条件，调取数据库中对应的报警信息，并输出；

实时报警信息获取模块，用于当所述查询查询类型为实时报警查询时，获取系统中的实时报警信息，并输出；

检索条件获取模块，用于当所述查询查询类型为系统日志查询时，获取用户的检索条件，所述检索条件包括时间范围、用户名、设备编号和计算机编号；

操作记录和异常信息调取模块，用于根据所述用户的检索条件，调取所述数据库中对应的操作记录和异常信息，并输出；

搜索条件获取模块，用于当所述查询查询类型为历史电量数据查询时，获取用户的搜索条件，所述搜索条件包括起始时间、结束时间和时间间隔；

电量数据调取模块，用于根据所述用户的搜索条件，调取所述数据库中对应的电量数据，并输出。

一种车间管理系统，所述系统包括：电力监测点、通讯设备、网络交换机、计算机、服务器和存储设备；

所述电力监测点用于按照预设时间间隔获取电表采集的用电数据，所述用电数据包括电压、电流、功率、电量和工作状态，所述电表安装于各个用电设备和电磁站，用于获取系统总的用电数据、各用电设备的用电数据和配电室的用电数据；

所述计算机用于判断所述用电设备和电磁站的电压是否在第一阈值范围内，得到第一判断结果，当所述第一判断结果表示所述用电设备或电磁站的电压不在第一阈值范围内时，触发报警模块报警；

所述通讯设备用于输出电压不在所述第一阈值范围内的用电设备或电磁站的名称、位置与电压，用于用户进行报警确认；

所述计算机还用于根据所述用电数据计算所述用电设备和电磁站的功率因数，判断所述功率因数是否小于第二阈值，得到第二判断结果，当所述第二判断结果表示所述用电设备或电磁站的功率因数小于第二阈值时，触发报警模块报警；

所述通讯设备还用于输出功率因数小于所述第二阈值的用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数，用于用户进行报警确认。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过自动获取监测数据，并统计分析，当超出预设值时相应产生报警以定位问题点，解决了传统车间管理系统中能源浪费的问题。实现了对能耗设备的实时监测，利用节能三层面技术，找出节能潜力，有针对性的采取组织管理、技术措施，实现了节能降耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明车间管理方法流程图；

图2为本发明车间管理系统实施例1结构图；

图3为本发明车间管理系统实施例2结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明车间管理方法流程图。如图1所示，所述方法包括：

步骤101：采集用电数据。系统通过安装在各用电设备、电磁站上的多功能电表采集相应的用电数据，用电数据主要包括：电压(V)、电流(I)、功率(P)、电量(KW.H)、工作状态等信息。系统数据采集主要分为两种方式，分别为用于过程控制的OLE(Object Linking and Embedding(OLE)for Process Control，OPC)通讯和ModBus通信采集方式。通过RS485接口将获取的数据传输到远程终端单元(RTU)上，RTU通讯服务器将收集到的数据转化处理，最终通过交换机将采集的数据汇总至智能化能源管理系统进行数据的综合分析。

步骤102：判断电压是否在第一阈值范围内，如果是，返回步骤101；否则，执行步骤103；各个用电设备或电磁站都有相应的工作电压阈值范围，当电压不在阈值范围内时，会影响设备正常的工作，所以需要相应的设定工作的阈值范围。

步骤103：触发报警。当用电设备或电磁站的工作电压不在预设阈值范围内时，触发报警模块报警。

步骤104：获取报警信息。获取电压不在预设阈值范围内的用电设备或者电磁站的名称、位置与相应的电压。

步骤105：输出报警信息。将获取的电压不在预设阈值范围内的用电设备或者电磁站的名称、位置与相应

的电压输出，以便用户确认，及时进行检修。

步骤106：计算功率因数。利用公式计算功率因数COSΦ，其中P为有功功率，S为视在功率。

步骤107：判断功率因数是否小于第二阈值。如110KV以下的线路，其电压损失可近似为：其中△U为线路的电压损失(单位kv)，Ue为线路的额定电压(单位kv)，P为线路输送的有功功率(单位kw)，Q为线路输送的无功功率(单位kvar)R为线路电阻，X为线路电抗。当功率因数提高时，它向电力系统吸取的无功功率减少，导致电压损失减少，从而改善了用户的电压质量。因此设定功率因数的阈值，功率因数不小于设定阈值时，电压质量才会有保证。阈值设定可以根据平均功率因数设置，平均功率因数计算公式为：

步骤108：触发报警。当功率因数小于设定阈值时，触发报警模块报警。

步骤109：获取报警信息。获取功率因数小于设定阈值的用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数。

步骤1010：输出报警信息，以便用户确认，并及时调整检修。

除此之外，本发明还可以实现以下功能：

(1)电能质量分析：

分层次对公司整体、各配电室、各用电设备的用电数据进行统计分析，分析的内容包括负荷、功率因数、电压、电流等参数的平均值、最大值、最小值及发生的时刻。

使用该功能可使用能管理者能够全面而详细的了解企业各用电关口的用电状况，进而为合理调配用电负荷、合理调整设备适配电机、配电线路/变压器的合理增容、系统无功的全面优化等提供依据。

例如，当公司循环水系统电机较多时，通过电力分析可发现设备配置不合理的情况，一般来讲，在产线设计时，设备及线路的配置按照理论值进行设计，而实际生产中有可能会产生偏差，通过电力分析可能会发现循环水泵一直在轻载状态下运行，并能准确统计出其运行的最大功率，这样可以以此为依据更换功率匹配的电机，使设备运行效率更高。

当公司存在浊环水质问题时，水泵叶轮磨损较快，也可通过其负荷的变化发现叶轮磨损情况，及时更换叶轮，以免造成供水压力不足，影响正常生产。

同样，通过电力运行分析也可能会发现设备长期处于或偶尔处于过载状态，可通过统计结果来分析是否会影响设备寿命、是否存在故障隐患，从而及时更改设备容量，消除隐患。

通过获取的用电数据分析频率偏差、电压三相平衡、功率因数、谐波含量等电能质量的问题，使用户了解当前的电能质量状况，为解决电能质量问题提供全面准确的数据依据。

(2)数据查询功能：

包括报警信息的查询、系统日志的查询、历史电量数据的查询。

报警信息的查询，用于查询系统中各个设备的实时报警和历史报警的状态和记录，当选择“历史报警”的时候，可根据需求选择时间范围、报警类别、设备名称、确认用户和确认计算机对历史数据进行检索，搜索出历史报警。当选择为“实时报警”的时候，展示系统中存在的实时报警，提醒用户要及时处理。

使用报警功能可以对重要的用能设备设置报警条件，以帮助用能管理者更好地管理和维护重点用能设备，节能一方面是要降低用能设备的能耗，另一方面则是要关注关键生产设备的运行安全，避免设备故障造成生产的影响。

公司净环水泵、浊环水泵等重要设备，其运行工况较稳定，正常生产时其电流、功率变化不大，通过长时间监测，可分析出其正常工作的电流和功率范围，可将其电流和功率设置预警条件，若电流或功率长时间超过预警值，则有可能是负载异常、或设备机械部件磨损造成，设置预警值后，系统可在设备运行异常时报警，使设备管理人员能及时发现异常，安排检修，避免设备故障带来的生产损失。

系统日志查询，用以查询系统所有操作记录和异常信息，可根据需求以时间范围、用户名、设备编号、计算机为检索条件，检索出对应的用户操作信息、设备控制信息、系统异常信息等，方便用户进行系统使用的管理。

历史数据查询，可选取系统所监测的所有设备，查看其所有监测参数(电流、电压、功率、功率因数、电量、流量等)，查询的起止时间和查询的时间间隔均可设置，并可将查询结果导出保存和打印。历史数据查询功能为事故的追溯、异常的分析、用能的监管提供了数据支撑。

(3)监测变量设置：

根据用户选择的修改设备，所述修改设备包括各个用电设备和电磁站，调取数据库中所述修改设备的相应数据；在监测变量设置界面上左侧是罗列各个监测设备名称的窗体，右侧是被选中设备名称对应设备变量的信息，可对监测设备变量的计算表达式、小数位数、零漂点范围、初始值、是否记录数据和记录时间间隔等信息进行修改。

公司现有人工抄表仅抄录了电能表的数值，未进行变比的处理，导致抄表数据需要人工再进行计算统计才能得出实际用电量，采用此功能系统可以自动计算出实际用电量，减少人工作业。

(4)用户设置

根据用户选择的用户管理类型，调取数据库中所述用户管理类型对应的数据信息，用户管理类型包括能源管理人员、设备管理人员和生产管理人员；根据用户的增加、删除和修改操作相应更新数据库。

公司能源管理人员、设备管理人员、生产管理人员都需要参与该系统的使用，合理分配权限才能保障各角色各司其职、保障系统的稳定运行，发挥系统的最大效能，为企业节能降耗提供持续动力。

(5)班组管理

用户选择班组管理类型，包括班组设置和班组产量输入；

当选择班组设置时，调取数据库中对应的班组信息，配置管理各生产班组基本信息，包括班组号、负责人信息、工作时段和人数；

当选择班组产量输入时，调取数据库中对应的班组产量信息，用户输入每天各班组产量信息，为班组产量分析提供数据依据。

例如，公司生产为三班两倒制，现场调查发现一班能耗较高，采用该功能可对比出不同班组的能耗，可量化出能耗差异，进而定位到具体的工段和操作人，分析出导致能耗差异的原因，若因为人员的操作水平和素质造成能耗高，可以通过培训、交流与考核进行改善。

图2为本发明车间管理系统实施例1结构图。如图2所示，所示结构包括：用电数据获取模块201，第一判断模块202，报警信息第一获取模块203，报警信息触发模块204，报警模块205，报警信息第一输出模块206，计算模块207，第二计算模块208，报警信息第二获取模块209，报警信息第二输出模块2010。用电数据获取模块201通过安装在各用电设备和电磁站的多功能电表获取相应的用电数据，包括电压(V)、电流(I)、功率(P)、电量(KW.H)、工作状态等信息。通过第一判断模块202对采集的用电数据进行电压判断，判断各用电设备和电磁站的电压是否在设定的阈值范围内，由于各各用电设备和电磁站有其标准的工作电压，因此，需要时刻监测其实际的工作电压是否在阈值范围内。当工作电压不在设定的阈值范围内时，通过报警信息第一获取模块203获取相应的用电设备或电磁站的名称、位置与电压，通过报警触发模块204触发报警模块205报警，并通过报警第一输出模块206输出报警信息，以便用户确认，及时处理。

计算模块207用于根据获取的用电数据利用公式计算各用电设备和电磁站的功率因数COSΦ，其中P为有功功率，S为视在功率，通过第二判断模块208判断功率因数是否小于设定阈值，如110KV以下的线路，其电压损失可近似为：其中△U为线路的电压损失(单位kv)，Ue为线路的额定电压(单位kv)，P为线路输送的有功功率(单位kw)，Q为线路输送的无功功率(单位kvar)R为线路电阻，X为线路电抗。当功率因数提高时，它向电力系统吸取的无功功率减少，导致电压损失减少，从而改善了用户的电压质量。因此设定功率因数的阈值，功率因数不小于设定阈值时，电压质量才会有保证。阈值设定可以根据平均功率因数设置，通过公式：计算平均功率因数。当功率因数小于设定阈值时，报警信息第二获取模块209获取相应用电设备或电磁站的名称、位置与功率因数，通过报警信息触发模块204触发报警模块205报警，通过报警信息第二输出模块2010输出相应的报警信息，以便用户确认，及时检修。

图3为本发明车间管理系统实施例2结构图。如图3所示，包括：

服务器:选用高档微机服务器其中应用服务器3011和数据库服务器3012整合配置充分保证用户的投资。

存储设备302:数据的完整性与安全性对于公司能源介质计量系统至关重要,因而数据的存储安全是一个不容忽视的关键问题。

计算机303：本系统计算机操作系统可以采用windows server，以节省投资减少后期的维护投入。

网络交换机304:选择能与整个网络集成的设备汇聚层和接入层交换机支持VLAN划分。

通讯设备305:采用与网络交换设备同品牌或兼容的设备。

电力监测点306：在现有监控终端的基础上进行补充升级。

本发明车间管理方法及系统具体实施例1：

变电站配电室采用110kV/10kV供电，分别给1#车间、2#车间提供电源。为了满足车间电耗统计要求，变电站配电室控制柜上均配置有三相电能表，变电站配置的计量表每天抄表5次，各测量点具体使用的测控终端型号如表1所示：

表1

存在问题：

变电站配电室的抄表为每天抄5次，主要抄写有功电能及功率因数两个数据，存在抄表工作量大。

公司每天要对变电站用电和车间用电进行核对，存在抄表时间不一致，工作流程繁琐需要多部门，多人员参与的问题。

由于谐波问题造成变电站所用变产生谐振过电压，造成指示灯及充电器损坏。

解决方法：

1、通过系统自动获取电表的用电参数，实现变电站与生产车间用电量及功率因数进行定时抄表，不需要人工抄录数据再上报，减少人工抄表强度，增加数据的正确性。如此一来，这项涉及到变电站，车间内勤，生产部，财务的这项繁琐工作可以实现自动化生成，打印。一年带来经济效益约3万元(4人每天1h4*300d/8h/30d*3000＝15000万元外加单位时间内员工产生的附加值)。

2、通过系统监测变量设置与分析，实现变电站与车间的同时抄表，避免抄表的不同步，实现精确的线路损耗分析，对厂里的能耗消耗情况了如指掌。

3、通过系统的数据采集，统计，分析，实现对变电站各回路的电压及功率因数报警设置，在电压偏高或者偏低，功率因数偏低时给出报警，通过系统这个工具能够切实有效的发现能源异常点，并给出解决方法策略，改善电力质量现状。

4、通过系统自动监测报警与实时报警功能，自动判断出故障点，对症下药，减少设备损坏故障率，改善电网质量，提高设备的使用寿命，保证企业安全正常生产。一年带来经济效益至少10万元。

监测点清单如表2所示：

表2

投入清单如表3所示：

表3

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。