一种电熔镁炉能耗远程监视系统及方法
【专利摘要】一种电熔镁炉能耗远程监视系统及方法，属于电炉能耗监视领域。该系统包括：本地数据采集装置、本地服务器、云服务器；本地数据采集装置包括多功能电子测量仪和下位机；本地服务器包括数据采集模块、RabbitMQ、本地监视网络模块、实时数据远程传输模块；云服务器包括Zookeeper群集、RabbitMQ群集、关系型数据库、HBase数据库、远程监视网络模块；该方法包括：采集各台电熔镁炉的实时能耗数据；对实时能耗数据进行序列化处理；将序列化处理后的实时能耗数据写入本地服务器的RabbitMQ消息队列中；将本地服务器的RabbitMQ消息队列中的能耗数据传送至云服务器；响应远程监视端的请求，将能耗数据传送至远程监视端，供远程工作人员进行远程监视。
【专利说明】一种电熔镁炉能耗远程监视系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电熔镁炉能耗监视领域，具体涉及一种电熔镁炉能耗远程监视系统及 方法。
【背景技术】
[0002] 电熔镁砂是一种优良的高级耐火材料，被广泛应用于冶金、化工、航空等行业领 域；电熔镁炉属于一种埋弧炉，是生产电熔镁砂的主要设备；电熔镁炉利用交流电弧热和 电阻热来熔化以菱镁矿石或轻烧镁粉为主的原料；在熔炼过程中电熔镁炉能耗高，能耗管 理水平目前只处在本地监视水平，缺乏对电熔镁炉能耗的远程监视；
[0003] 电熔镁炉的能耗情况直接关系到电熔镁砂的生产成本的高低，是电熔镁行业节能 减排的一个重要监视指标。电熔镁砂厂通过现有的电熔镁炉本地能源管理系统对电熔镁炉 的能耗情况进行监视。但是这种本地监视方式只是在电熔镁砂厂本地建立了一个基于局域 网的本地监视系统，并没有将实时数据向本地之外的监视端提供，导致能耗的监视空间范 围局限在变电所内，无法向企业管理人员和科研人员提供远程监视功能（电熔镁群炉能源 管理系统软件设计与开发[D]，东北大学，2013)。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明提供一种电熔镁炉能耗远程监视系统及方法。
[0005] 本发明的技术方案：
[0006] 一种电熔镁炉能耗远程监视系统，该系统包括：本地数据采集装置、本地服务器、 云服务器；
[0007] 所述本地数据采集装置包括多功能电子测量仪和下位机；所述本地服务器包括 数据采集模块、RabbitMQ、本地监视网络模块、实时数据远程传输模块；所述云服务器包括 Zookeeper群集、RabbitMQ群集、关系型数据库、HBase数据库、远程监视网络模块；
[0008] 所述多功能电子测量仪用于采集电熔镁炉生产过程中各电熔镁炉的能耗数据；所 述能耗数据包括实时能耗数据和非实时能耗数据；所述多功能电子测量仪的输出端与所述 下位机的输入端相连；
[0009] 所述下位机用于控制多功能电子测量仪的数据采集过程、接收多功能电子测量仪 发来的实时能耗数据，并将该实时能耗数据通过0PC通讯协议传至本地服务器的数据采集 模块；所述实时能耗数据，包括各电熔镁炉实时的电流、电压、有功功率、功率因数和累计电 度；
[0010] 所述本地服务器的数据采集模块用于对从下位机接收的实时能耗数据进行序列 化处理并将序列化后的实时能耗数据传至本地服务器的RabbitMQ;
[0011] 所述本地服务器的RabbitMQ:接收从数据采集模块传送的实时能耗数据，并同时 将该实时能耗数据分别传至实时数据远程传输模块和本地监视网络模块；接收从本地监视 网络模块传送的非实时能耗数据，同时判断网络通讯是否正常，是，则将该非实时能耗数据 向云服务器的RabbitMQ群集进行传送，否，则将该非实时能耗数据缓存在该RabbitMQ消息 队列中，待网络通讯恢复到正常时，将缓存在该RabbitMQ消息队列中的非实时能耗数据继 续向云服务器的RabbitMQ群集进行传送；所述非实时能耗数据，包括：各电熔镁炉历史各 时刻的电流、电压、有功功率、功率因数和累计电度、所需时间段的平均电流和平均电压、能 耗超限报警信息；
[0012] 所述本地监视网络模块，用于对从本地服务器的RabbitMQ接收的实时能耗 数据进行处理得到非实时能耗数据，并将处理后的非实时能耗数据传回本地服务器的 RabbitMQ；
[0013] 所述实时数据远程传输模块：接收本地服务器的RabbitMQ传送的实时能耗数据， 同时判断网络通讯是否正常，是，贝U基于Zookeeper技术向云服务器的Zookeeper群集传送 实时能耗数据，否，则放弃传送实时能耗数据，且待网络通讯恢复正常时，继续向云服务器 的Zookeeper群集传送实时能耗数据；
[0014] 所述云服务器的RabbitMQ群集，用于接收本地服务器的RabbitMQ传送的非实时 能耗数据，并将该非实时能耗数据传至云服务器中的远程监视网络模块；
[0015] 所述云服务器的Zooke印er群集，用于接收本地服务器中的实时数据远程传输模 块发送的实时能耗数据，并将该实时能耗数据传至云服务器中的远程监视网络模块；
[0016] 所述云服务器的远程监视网络模块：接收RabbitMQ群集传送的非实时能耗数据 并同时将该非实时能耗数据分别存储在关系型数据库和HBase数据库中；同时，还接收Zookeeper群集传送的实时能耗数据；响应远程监视端的请求，将接收的实时能耗数据和 非实时能耗数据传至远程终端供工作人员进行远程监视；
[0017]采用所述的电熔镁炉能耗远程监视系统进行电熔镁炉能耗远程监视的方法，包括 如下步骤：
[0018] 步骤1 :采集各台电熔镁炉的实时能耗数据；
[0019] 所述实时能耗数据，包括各电熔镁炉实时的电流、电压、有功功率、功率因数和累 计电度；
[0020] 步骤2 :对实时能耗数据进行序列化处理；
[0021] 步骤3 :将序列化处理后的实时能耗数据写入本地服务器的RabbitMQ消息队列 中；
[0022] 步骤4 :将本地服务器的RabbitMQ消息队列中的能耗数据传送至云服务器；
[0023] 所述能耗数据包括实时能耗数据和非实时能耗数据；
[0024] 步骤4. 1 :将本地服务器的RabbitMQ消息队列中的实时能耗数据传送至云服务 器；
[0025] 步骤4. 1. 1 :判断网络通讯是否正常，是，则执行步骤4. 1.2,否，则继续执行步骤 4. 1. 1 ；
[0026] 步骤4. 1. 2 :基于Zookeeper技术将本地服务器的RabbitMQ消息队列中的实时能 耗数据传送至云服务器的Zooke印er群集中；
[0027] 步骤4. 2 :将本地服务器的RabbitMQ消息队列中的非实时能耗数据传送至云服务 器；
[0028] 步骤4. 2. 1 :对本地服务器的RabbitMQ消息队列中的实时能耗数据进行处理得 到非实时能耗数据，并将该非实时能耗数据写入本地服务器的RabbitMQ消息队列中；所述 非实时能耗数据，包括：各电熔镁炉历史各时刻的电流、电压、有功功率、功率因数和累计电 度、所需时间段的平均电流和平均电压、能耗超限报警信息；
[0029] 步骤4. 2. 2:判断网络通讯是否正常，是，则执行步骤4. 2. 3,否，则继续执行步骤 4.2.2；
[0030] 步骤4. 2. 3 :将本地服务器的RabbitMQ消息队列中的非实时能耗数据传送至云服 务器的RabbitMQ群集中；
[0031] 步骤4. 2. 4 :将云服务器的RabbitMQ群集中的非实时能耗数据存储在关系型数据 库和HBase数据库中；
[0032] 步骤5 :响应远程监视端的请求，将能耗数据传送至远程监视端，供远程工作人员 进行远程监视。
[0033] 有益效果：由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明和现有技术相比具有 如下优点：
[0034] 1、为企业管理人员提供远端监视服务，便于企业管理者在远端了解电熔镁炉能耗 信息，及时排除电熔镁炉的过负荷故障，帮助企业提高能源管理水平。
[0035] 2、便于科研人员远程监视，建立能耗模型，辅助研究开发新的熔炼工艺，对于改进 电熔镁行业的节能减排的生产工艺和技术具有重要意义。
[0036] 3、便于对电熔镁炉进行能源优化配置，为企业提供节能技术支持和决策参考。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 图1是本发明一种实施方式的电熔镁炉能耗远程监视系统结构示意图；
[0038] 图2是本发明一种实施方式的电熔镁炉能耗远程监视方法流程图；
[0039] 图3是本发明一种实施方式的非实时能耗数据传输过程的效果示意图；
[0040] 图4是本发明一种实施方式的基于IE浏览器的实时能耗数据的监视界面图；
[0041] 图5是本发明一种实施方式的基于IE浏览器的非实时能耗数据监视界面图；
[0042] 图6是本发明一种实施方式的基于IE浏览器的电流超限报警信息界面图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明一种实施例进一步说明。
[0044] 本实施方式的电熔镁炉能耗远程监视系统，如图1所示，包括：本地数据采集装 置、本地服务器、云服务器；
[0045]本实施方式中本地数据采集装置中，包括5台型号均为ME96NSR的多功能电子 测量仪，下位机采用的是CPU型号为Q03UD的三菱Q系列PLC;本实施方式中本地服务器 包括基于C#语言开发的数据采集模块、支持高级消息队列协议的RabbitMQ、可响应IE和 Chrome浏览器请求访问的本地监视网络模块、基于C#语言开发的实时数据远程传输模块、 版本为SQLServer2012的关系型数据库；本实施方式中云服务器包括由3台操作系统均 为CentOS6. 5的服务器组成的支持分布式系统数据同步服务的Zooke印er群集、由2台操 作系统均为Windows2008R2的服务器组成的支持高级消息队列协议的RabbitMQ群集、版 本为SQLServer2012的关系型数据库、可存储海量数据的非关系型分布式HBase数据库、 可响应IE和Chrome浏览器请求访问的远程监视网络模块；Zookeeper的版本号为3. 4. 6，RabbitMQ的版本号为3. 3. 1 ;
[0046] 本实施方式中的5台多功能电子测量仪分别用于采集5台电熔镁炉生产过程中各 电熔镁炉的实时能耗数据，包括各电熔镁炉的电流、电压、有功功率、功率因数和累计电度； 各多功能电子测量仪的输出端均与三菱Q系列PLC的输入端相连；
[0047] 三菱Q系列PLC用于接收多功能电子测量仪发来的实时能耗数据，并控制多功能 电子测量仪的数据采集过程，轮询各台多功能电子测量仪并将从多功能电子测量仪接收的 实时能耗数据传送至通过0PC通讯协议传至本地服务器的数据采集模块；所述实时能耗数 据，包括各电熔镁炉实时的电流、电压、有功功率、功率因数和累计电度；
[0048] 本实施方式中本地服务器采用的是型号为IPC-610L研华工控机，本地服务器的 数据采集模块采用轻量级的数据交换格式JSON(javaSCript对象表示法）对从下位机接收 的实时能耗数据进行序列化处理并将序列化后的实时能耗数据传至RabbitMQ;
[0049] 本实施方式中本地服务器采用的RabbitMQ:是实现高级消息队列协议的消息中 间件的一种开源消息队列系统，用于在分布式系统中存储转发消息；接收从数据采集模 块传送的实时能耗数据，数据量范围为10KB/秒至100KB/秒，并同时将该实时能耗数据 分别传至实时数据远程传输模块和本地监视网络模块；接收从本地监视网络模块传送的 非实时能耗数据，同时判断网络通讯是否正常，是，则将该非实时能耗数据向云服务器的 RabbitMQ群集进行传送，否，则将该非实时能耗数据缓存在该RabbitMQ消息队列中，待网 络通讯恢复到正常时，将缓存在该RabbitMQ消息队列中的非实时能耗数据继续向云服务 器的RabbitMQ群集进行传送；非实时能耗数据包括：各电熔镁炉历史各时刻的电流、电压、 有功功率、功率因数和累计电度、每分钟的平均电流和平均电压、每小时的平均电流和平均 电压、电流超限报警信息；实时数据的采样周期设定为1秒，每一分钟计算一次这一分钟内 平均电流和平均电压，每一小时计算一次这一小时内平均电流和平均电压；当电熔镁炉每 分钟的平均电流超过15000A时，则出现电流超限情况，本地监视网络模块会产生该电熔镁 炉的电流超限报警信息；
[0050] 本实施方式的本地监视网络模块是基于ASP.NETMVC程序框架开发，一方面可以 对从本地服务器的RabbitMQ接收的实时能耗数据进行处理得到非实时能耗数据，并将处 理后的非实时能耗数据传回本地服务器的RabbitMQ;同时将非实时能耗数据存储在本地 的关系型数据库SQLServer2012中；另一方面，可响应IE和Chrome浏览器请求访问，根 据请求读取本地关系型数据库以获取非实时能耗数据，与从本地服务器的RabbitMQ接收 的实时能耗数据一起以网页形式供企业人员进行本地监视；本地监视网络模块对实时能耗 数据的处理过程为在保留实时能耗数据的基础上，新增每分钟的平均电流和平均电压，新 增每小时的平均电流和平均电压，新增电流超限报警信息，构成非实时能耗数据；
[0051] 本实施方式的实时数据远程传输模块：接收本地服务器的RabbitMQ传送的实时 能耗数据；设定通讯超时时间为3秒，根据网络通讯是否超时来判断网络通讯是否正常，若 网络通讯不超时，判定网络通讯正常，贝U基于Zookeeper技术向云服务器的Zookeeper群集 传送实时能耗数据，若网络通讯超时，判定网络通讯不正常，则放弃传送实时能耗数据，且 待网络通讯恢复正常时，继续向云服务器的Zookeeper群集传送实时能耗数据；Zookeeper 是一个针对大型分布式系统的可靠协调系统，提供一个共享数据节点来存储实时能耗数 据；实时数据远程传输模块能够自动处理到Zooke印er群集的网络通讯的异常，当网络连 接恢复正常后，实时数据远程传输模块能自动重新与Zookeeper群集建立连接；
[0052] 本实施方式中云服务器的RabbitMQ群集，用于接收本地服务器的RabbitMQ传送 的非实时能耗数据，并将该非实时能耗数据传至云服务器中的远程监视网络模块；
[0053] 本实施方式中云服务器的Zooke印er群集，用于接收本地服务器中的实时数据远 程传输模块发送的实时能耗数据，并将该实时能耗数据传至云服务器中的远程监视网络模 块；
[0054] 本实施方式中云服务器的远程监视网络模块：是基于ASP.NETMVC程序框架开 发，可响应IE和Chrome浏览器请求访问，接收RabbitMQ群集传送的非实时能耗数据并同 时将该非实时能耗数据分别存储在关系型数据库和HBase数据库中，实现不丢失网络异常 期间的能耗数据，可供远程监视端检索与分析；同时，还接收Zookeeper群集传送的实时能 耗数据；响应远程监视端的请求，将接收的实时能耗数据和从关系型数据库中读取的非实 时能耗数据传至远程终端的IE或Chrome浏览器供企业人员进行远程监视；HBase数据库 是基于支持数据密集型分布式应用的开源软件框架Hadoop构建的，是一种非关系型数据 库，科研人员可以通过远程监视网络模块来访问HBase数据库中的非实时能耗数据进行数 据分析；
[0055] 本实施方式中远程监视端：包括企业人员远程监视、科研人员远程监视；企业人 员远程监视是指企业人员在远程通过IE或Chrome浏览器登录云服务器的远程能耗监视网 站来对电熔镁炉的能耗数据进行监视，并对生产过程进行指导，提高能源管理水平；科研人 员远程监视是指科研人员在远程通过IE或Chrome浏览器登录云服务器的远程能耗监视网 站来对电熔镁炉的能耗数据进行监视，并对能耗信息进行研究，促进企业实现节能降耗；
[0056] 采用本实施方式的电熔镁炉能耗远程监视系统进行电熔镁炉能耗远程监视的方 法，如附图2所示，包括如下步骤：
[0057] 步骤1 :采集各台电熔镁炉的实时能耗数据，将该实时能耗数据通过0PC通讯协议 传至本地服务器的数据采集模块，一次采样周期采集的5台电熔镁炉的实时能耗数据如表 1所示；
[0058] 表1 一次采样周期采集的5台电熔镁炉的实时能耗数据
【权利要求】
1. 一种电熔镁炉能耗远程监视系统，其特征在于：该系统包括：本地数据采集装置、本 地服务器、云服务器； 所述本地数据采集装置包括多功能电子测量仪和下位机；所述本地服务器包括数 据采集模块、RabbitMQ、本地监视网络模块、实时数据远程传输模块；所述云服务器包括 Zookeeper群集、RabbitMQ群集、关系型数据库、HBase数据库、远程监视网络模块； 所述多功能电子测量仪用于采集电熔镁炉生产过程中各电熔镁炉的能耗数据，包括各 电熔镁炉的电流、电压、有功功率、功率因数和累计电度；所述多功能电子测量仪的输出端 与所述下位机的输入端相连； 所述下位机用于控制多功能电子测量仪的数据采集过程、接收多功能电子测量仪发 来的实时能耗数据，并将该实时能耗数据通过0PC通讯协议传至本地服务器的数据采集模 块；所述实时能耗数据，包括各电熔镁炉实时的电流、电压、有功功率、功率因数和累计电 度； 所述本地服务器的数据采集模块用于对从下位机接收的实时能耗数据进行序列化处 理并将序列化后的实时能耗数据传至RabbitMQ ; 所述本地服务器的RabbitMQ :接收从数据采集模块传送的实时能耗数据，并同时将该 实时能耗数据分别传至实时数据远程传输模块和本地监视网络模块；接收从本地监视网络 模块传送的非实时能耗数据，同时判断网络通讯是否正常，是，则将该非实时能耗数据向云 服务器的RabbitMQ群集进行传送，否，则将该非实时能耗数据缓存在该RabbitMQ消息队 列中，待网络通讯恢复到正常时，将缓存在该RabbitMQ消息队列中的非实时能耗数据继续 向云服务器的RabbitMQ群集进行传送；非实时能耗数据包括：各电熔镁炉历史各时刻的电 流、电压、有功功率、功率因数和累计电度、所需时间段的平均电流和平均电压、能耗超限报 警息； 所述本地监视网络模块，用于对从本地服务器的RabbitMQ接收的实时能耗数据进行 处理得到非实时能耗数据，并将处理后的非实时能耗数据传回本地服务器的RabbitMQ ; 所述实时数据远程传输模块：接收本地服务器的RabbitMQ传送的实时能耗数据；判 断网络通讯是否正常，是，贝1J基于Zookeeper技术向云服务器的Zookeeper群集传送实时 能耗数据，否，则放弃传送实时能耗数据，且待网络通讯恢复正常时，继续向云服务器的 Zookeeper群集传送实时能耗数据； 所述云服务器的RabbitMQ群集，用于接收本地服务器的RabbitMQ传送的非实时能耗 数据，并将该非实时能耗数据传至云服务器中的远程监视网络模块； 所述云服务器的Zooke印er群集，用于接收本地服务器中的实时数据远程传输模块发 送的实时能耗数据，并将该实时能耗数据传至云服务器中的远程监视网络模块； 所述云服务器的远程监视网络模块：接收RabbitMQ群集传送的非实时能耗数据 并同时将该非实时能耗数据分别存储在关系型数据库和HBase数据库中；同时，还接收 Zookeeper群集传送的实时能耗数据；响应远程监视端的请求，将接收的实时能耗数据和 非实时能耗数据传至远程终端供工作人员进行远程监视。
2. 采用权利要求1所述的电熔镁炉能耗远程监视系统进行电熔镁炉能耗远程监视的 方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤1 :采集各个电熔镁炉的实时能耗数据； 所述实时能耗数据，包括各电熔镁炉实时的电流、电压、有功功率、功率因数和累计电 度； 步骤2 :对实时能耗数据进行序列化处理； 步骤3 :将序列化处理后的实时能耗数据写入到本地服务器的RabbitMQ消息队列中； 步骤4 :将本地服务器的RabbitMQ消息队列中的能耗数据传送至云服务器； 所述能耗数据包括实时能耗数据和非实时能耗数据； 步骤4. 1 :将本地服务器的RabbitMQ消息队列中的实时能耗数据传送至云服务器； 步骤4. 1. 1 :判断网络通讯是否正常，是，则执行步骤4. 1. 2,否，则继续执行步骤 4. 1. 1 ； 步骤4. 1. 2 :基于Zookeeper技术将本地服务器的RabbitMQ消息队列中的实时能耗数 据传送至云服务器的Zookeeper群集中， 步骤4. 2 :将本地服务器的RabbitMQ消息队列中的非实时能耗数据传送至云服务器； 步骤4. 2. 1 :对本地服务器的RabbitMQ消息队列中的实时能耗数据进行处理得到非实 时能耗数据，并将该非实时能耗数据写入到本地服务器的RabbitMQ消息队列；所述非实时 能耗数据，包括：各电熔镁炉历史各时刻的电流、电压、有功功率、功率因数和累计电度、所 需时间段的平均电流和平均电压、能耗超限报警信息； 步骤4. 2. 2 :判断网络通讯是否正常，是，则执行步骤4. 2. 3,否，则继续执行步骤 4.2.2； 步骤4. 2. 3 :将本地服务器的RabbitMQ消息队列中的非实时能耗数据传送至云服务器 的RabbitMQ群集中； 步骤4. 2. 4 :将云服务器的RabbitMQ群集中的非实时能耗数据存储在关系型数据库和 HBase数据库中； 步骤5 :响应远程监视端的请求，将能耗数据传送至远程监视端，供远程工作人员进行 远程监视。
【文档编号】G01R31/00GK104331044SQ201410556980
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】杨杰, 王良勇, 柴天佑, 卢绍文, 张宇灏 申请人:东北大学