一種電熔鎂爐能耗遠程監視系統及方法
【專利摘要】一種電熔鎂爐能耗遠程監視系統及方法，屬于電爐能耗監視領域。該系統包括：本地數據采集裝置、本地服務器、云服務器；本地數據采集裝置包括多功能電子測量儀和下位機；本地服務器包括數據采集模塊、RabbitMQ、本地監視網絡模塊、實時數據遠程傳輸模塊；云服務器包括Zookeeper群集、RabbitMQ群集、關系型數據庫、HBase數據庫、遠程監視網絡模塊；該方法包括：采集各臺電熔鎂爐的實時能耗數據；對實時能耗數據進行序列化處理；將序列化處理后的實時能耗數據寫入本地服務器的RabbitMQ消息隊列中；將本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的能耗數據傳送至云服務器；響應遠程監視端的請求，將能耗數據傳送至遠程監視端，供遠程工作人員進行遠程監視。
【專利說明】一種電熔鎂爐能耗遠程監視系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電熔鎂爐能耗監視領域，具體涉及一種電熔鎂爐能耗遠程監視系統及 方法。
【背景技術】
[0002] 電熔鎂砂是一種優良的高級耐火材料，被廣泛應用于冶金、化工、航空等行業領 域；電熔鎂爐屬于一種埋弧爐，是生產電熔鎂砂的主要設備；電熔鎂爐利用交流電弧熱和 電阻熱來熔化以菱鎂礦石或輕燒鎂粉為主的原料；在熔煉過程中電熔鎂爐能耗高，能耗管 理水平目前只處在本地監視水平，缺乏對電熔鎂爐能耗的遠程監視；
[0003] 電熔鎂爐的能耗情況直接關系到電熔鎂砂的生產成本的高低，是電熔鎂行業節能 減排的一個重要監視指標。電熔鎂砂廠通過現有的電熔鎂爐本地能源管理系統對電熔鎂爐 的能耗情況進行監視。但是這種本地監視方式只是在電熔鎂砂廠本地建立了一個基于局域 網的本地監視系統，并沒有將實時數據向本地之外的監視端提供，導致能耗的監視空間范 圍局限在變電所內，無法向企業管理人員和科研人員提供遠程監視功能（電熔鎂群爐能源 管理系統軟件設計與開發[D]，東北大學，2013)。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術存在的不足，本發明提供一種電熔鎂爐能耗遠程監視系統及方法。
[0005] 本發明的技術方案：
[0006] 一種電熔鎂爐能耗遠程監視系統，該系統包括：本地數據采集裝置、本地服務器、 云服務器；
[0007] 所述本地數據采集裝置包括多功能電子測量儀和下位機；所述本地服務器包括 數據采集模塊、RabbitMQ、本地監視網絡模塊、實時數據遠程傳輸模塊；所述云服務器包括 Zookeeper群集、RabbitMQ群集、關系型數據庫、HBase數據庫、遠程監視網絡模塊；
[0008] 所述多功能電子測量儀用于采集電熔鎂爐生產過程中各電熔鎂爐的能耗數據；所 述能耗數據包括實時能耗數據和非實時能耗數據；所述多功能電子測量儀的輸出端與所述 下位機的輸入端相連；
[0009] 所述下位機用于控制多功能電子測量儀的數據采集過程、接收多功能電子測量儀 發來的實時能耗數據，并將該實時能耗數據通過0PC通訊協議傳至本地服務器的數據采集 模塊；所述實時能耗數據，包括各電熔鎂爐實時的電流、電壓、有功功率、功率因數和累計電 度；
[0010] 所述本地服務器的數據采集模塊用于對從下位機接收的實時能耗數據進行序列 化處理并將序列化后的實時能耗數據傳至本地服務器的RabbitMQ;
[0011] 所述本地服務器的RabbitMQ:接收從數據采集模塊傳送的實時能耗數據，并同時 將該實時能耗數據分別傳至實時數據遠程傳輸模塊和本地監視網絡模塊；接收從本地監視 網絡模塊傳送的非實時能耗數據，同時判斷網絡通訊是否正常，是，則將該非實時能耗數據 向云服務器的RabbitMQ群集進行傳送，否，則將該非實時能耗數據緩存在該RabbitMQ消息 隊列中，待網絡通訊恢復到正常時，將緩存在該RabbitMQ消息隊列中的非實時能耗數據繼 續向云服務器的RabbitMQ群集進行傳送；所述非實時能耗數據，包括：各電熔鎂爐歷史各 時刻的電流、電壓、有功功率、功率因數和累計電度、所需時間段的平均電流和平均電壓、能 耗超限報警信息；
[0012] 所述本地監視網絡模塊，用于對從本地服務器的RabbitMQ接收的實時能耗 數據進行處理得到非實時能耗數據，并將處理后的非實時能耗數據傳回本地服務器的 RabbitMQ；
[0013] 所述實時數據遠程傳輸模塊：接收本地服務器的RabbitMQ傳送的實時能耗數據， 同時判斷網絡通訊是否正常，是，貝U基于Zookeeper技術向云服務器的Zookeeper群集傳送 實時能耗數據，否，則放棄傳送實時能耗數據，且待網絡通訊恢復正常時，繼續向云服務器 的Zookeeper群集傳送實時能耗數據；
[0014] 所述云服務器的RabbitMQ群集，用于接收本地服務器的RabbitMQ傳送的非實時 能耗數據，并將該非實時能耗數據傳至云服務器中的遠程監視網絡模塊；
[0015] 所述云服務器的Zooke印er群集，用于接收本地服務器中的實時數據遠程傳輸模 塊發送的實時能耗數據，并將該實時能耗數據傳至云服務器中的遠程監視網絡模塊；
[0016] 所述云服務器的遠程監視網絡模塊：接收RabbitMQ群集傳送的非實時能耗數據 并同時將該非實時能耗數據分別存儲在關系型數據庫和HBase數據庫中；同時，還接收Zookeeper群集傳送的實時能耗數據；響應遠程監視端的請求，將接收的實時能耗數據和 非實時能耗數據傳至遠程終端供工作人員進行遠程監視；
[0017]采用所述的電熔鎂爐能耗遠程監視系統進行電熔鎂爐能耗遠程監視的方法，包括 如下步驟：
[0018] 步驟1 :采集各臺電熔鎂爐的實時能耗數據；
[0019] 所述實時能耗數據，包括各電熔鎂爐實時的電流、電壓、有功功率、功率因數和累 計電度；
[0020] 步驟2 :對實時能耗數據進行序列化處理；
[0021] 步驟3 :將序列化處理后的實時能耗數據寫入本地服務器的RabbitMQ消息隊列 中；
[0022] 步驟4 :將本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的能耗數據傳送至云服務器；
[0023] 所述能耗數據包括實時能耗數據和非實時能耗數據；
[0024] 步驟4. 1 :將本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的實時能耗數據傳送至云服務 器；
[0025] 步驟4. 1. 1 :判斷網絡通訊是否正常，是，則執行步驟4. 1.2,否，則繼續執行步驟 4. 1. 1 ；
[0026] 步驟4. 1. 2 :基于Zookeeper技術將本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的實時能 耗數據傳送至云服務器的Zooke印er群集中；
[0027] 步驟4. 2 :將本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的非實時能耗數據傳送至云服務 器；
[0028] 步驟4. 2. 1 :對本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的實時能耗數據進行處理得 到非實時能耗數據，并將該非實時能耗數據寫入本地服務器的RabbitMQ消息隊列中；所述 非實時能耗數據，包括：各電熔鎂爐歷史各時刻的電流、電壓、有功功率、功率因數和累計電 度、所需時間段的平均電流和平均電壓、能耗超限報警信息；
[0029] 步驟4. 2. 2:判斷網絡通訊是否正常，是，則執行步驟4. 2. 3,否，則繼續執行步驟 4.2.2；
[0030] 步驟4. 2. 3 :將本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的非實時能耗數據傳送至云服 務器的RabbitMQ群集中；
[0031] 步驟4. 2. 4 :將云服務器的RabbitMQ群集中的非實時能耗數據存儲在關系型數據 庫和HBase數據庫中；
[0032] 步驟5 :響應遠程監視端的請求，將能耗數據傳送至遠程監視端，供遠程工作人員 進行遠程監視。
[0033] 有益效果：由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明和現有技術相比具有 如下優點：
[0034] 1、為企業管理人員提供遠端監視服務，便于企業管理者在遠端了解電熔鎂爐能耗 信息，及時排除電熔鎂爐的過負荷故障，幫助企業提高能源管理水平。
[0035] 2、便于科研人員遠程監視，建立能耗模型，輔助研究開發新的熔煉工藝，對于改進 電熔鎂行業的節能減排的生產工藝和技術具有重要意義。
[0036] 3、便于對電熔鎂爐進行能源優化配置，為企業提供節能技術支持和決策參考。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發明一種實施方式的電熔鎂爐能耗遠程監視系統結構示意圖；
[0038] 圖2是本發明一種實施方式的電熔鎂爐能耗遠程監視方法流程圖；
[0039] 圖3是本發明一種實施方式的非實時能耗數據傳輸過程的效果示意圖；
[0040] 圖4是本發明一種實施方式的基于IE瀏覽器的實時能耗數據的監視界面圖；
[0041] 圖5是本發明一種實施方式的基于IE瀏覽器的非實時能耗數據監視界面圖；
[0042] 圖6是本發明一種實施方式的基于IE瀏覽器的電流超限報警信息界面圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖對本發明一種實施例進一步說明。
[0044] 本實施方式的電熔鎂爐能耗遠程監視系統，如圖1所示，包括：本地數據采集裝 置、本地服務器、云服務器；
[0045]本實施方式中本地數據采集裝置中，包括5臺型號均為ME96NSR的多功能電子 測量儀，下位機采用的是CPU型號為Q03UD的三菱Q系列PLC;本實施方式中本地服務器 包括基于C#語言開發的數據采集模塊、支持高級消息隊列協議的RabbitMQ、可響應IE和 Chrome瀏覽器請求訪問的本地監視網絡模塊、基于C#語言開發的實時數據遠程傳輸模塊、 版本為SQLServer2012的關系型數據庫；本實施方式中云服務器包括由3臺操作系統均 為CentOS6. 5的服務器組成的支持分布式系統數據同步服務的Zooke印er群集、由2臺操 作系統均為Windows2008R2的服務器組成的支持高級消息隊列協議的RabbitMQ群集、版 本為SQLServer2012的關系型數據庫、可存儲海量數據的非關系型分布式HBase數據庫、 可響應IE和Chrome瀏覽器請求訪問的遠程監視網絡模塊；Zookeeper的版本號為3. 4. 6，RabbitMQ的版本號為3. 3. 1 ;
[0046] 本實施方式中的5臺多功能電子測量儀分別用于采集5臺電熔鎂爐生產過程中各 電熔鎂爐的實時能耗數據，包括各電熔鎂爐的電流、電壓、有功功率、功率因數和累計電度； 各多功能電子測量儀的輸出端均與三菱Q系列PLC的輸入端相連；
[0047] 三菱Q系列PLC用于接收多功能電子測量儀發來的實時能耗數據，并控制多功能 電子測量儀的數據采集過程，輪詢各臺多功能電子測量儀并將從多功能電子測量儀接收的 實時能耗數據傳送至通過0PC通訊協議傳至本地服務器的數據采集模塊；所述實時能耗數 據，包括各電熔鎂爐實時的電流、電壓、有功功率、功率因數和累計電度；
[0048] 本實施方式中本地服務器采用的是型號為IPC-610L研華工控機，本地服務器的 數據采集模塊采用輕量級的數據交換格式JSON(javaSCript對象表示法）對從下位機接收 的實時能耗數據進行序列化處理并將序列化后的實時能耗數據傳至RabbitMQ;
[0049] 本實施方式中本地服務器采用的RabbitMQ:是實現高級消息隊列協議的消息中 間件的一種開源消息隊列系統，用于在分布式系統中存儲轉發消息；接收從數據采集模 塊傳送的實時能耗數據，數據量范圍為10KB/秒至100KB/秒，并同時將該實時能耗數據 分別傳至實時數據遠程傳輸模塊和本地監視網絡模塊；接收從本地監視網絡模塊傳送的 非實時能耗數據，同時判斷網絡通訊是否正常，是，則將該非實時能耗數據向云服務器的 RabbitMQ群集進行傳送，否，則將該非實時能耗數據緩存在該RabbitMQ消息隊列中，待網 絡通訊恢復到正常時，將緩存在該RabbitMQ消息隊列中的非實時能耗數據繼續向云服務 器的RabbitMQ群集進行傳送；非實時能耗數據包括：各電熔鎂爐歷史各時刻的電流、電壓、 有功功率、功率因數和累計電度、每分鐘的平均電流和平均電壓、每小時的平均電流和平均 電壓、電流超限報警信息；實時數據的采樣周期設定為1秒，每一分鐘計算一次這一分鐘內 平均電流和平均電壓，每一小時計算一次這一小時內平均電流和平均電壓；當電熔鎂爐每 分鐘的平均電流超過15000A時，則出現電流超限情況，本地監視網絡模塊會產生該電熔鎂 爐的電流超限報警信息；
[0050] 本實施方式的本地監視網絡模塊是基于ASP.NETMVC程序框架開發，一方面可以 對從本地服務器的RabbitMQ接收的實時能耗數據進行處理得到非實時能耗數據，并將處 理后的非實時能耗數據傳回本地服務器的RabbitMQ;同時將非實時能耗數據存儲在本地 的關系型數據庫SQLServer2012中；另一方面，可響應IE和Chrome瀏覽器請求訪問，根 據請求讀取本地關系型數據庫以獲取非實時能耗數據，與從本地服務器的RabbitMQ接收 的實時能耗數據一起以網頁形式供企業人員進行本地監視；本地監視網絡模塊對實時能耗 數據的處理過程為在保留實時能耗數據的基礎上，新增每分鐘的平均電流和平均電壓，新 增每小時的平均電流和平均電壓，新增電流超限報警信息，構成非實時能耗數據；
[0051] 本實施方式的實時數據遠程傳輸模塊：接收本地服務器的RabbitMQ傳送的實時 能耗數據；設定通訊超時時間為3秒，根據網絡通訊是否超時來判斷網絡通訊是否正常，若 網絡通訊不超時，判定網絡通訊正常，貝U基于Zookeeper技術向云服務器的Zookeeper群集 傳送實時能耗數據，若網絡通訊超時，判定網絡通訊不正常，則放棄傳送實時能耗數據，且 待網絡通訊恢復正常時，繼續向云服務器的Zookeeper群集傳送實時能耗數據；Zookeeper 是一個針對大型分布式系統的可靠協調系統，提供一個共享數據節點來存儲實時能耗數 據；實時數據遠程傳輸模塊能夠自動處理到Zooke印er群集的網絡通訊的異常，當網絡連 接恢復正常后，實時數據遠程傳輸模塊能自動重新與Zookeeper群集建立連接；
[0052] 本實施方式中云服務器的RabbitMQ群集，用于接收本地服務器的RabbitMQ傳送 的非實時能耗數據，并將該非實時能耗數據傳至云服務器中的遠程監視網絡模塊；
[0053] 本實施方式中云服務器的Zooke印er群集，用于接收本地服務器中的實時數據遠 程傳輸模塊發送的實時能耗數據，并將該實時能耗數據傳至云服務器中的遠程監視網絡模 塊；
[0054] 本實施方式中云服務器的遠程監視網絡模塊：是基于ASP.NETMVC程序框架開 發，可響應IE和Chrome瀏覽器請求訪問，接收RabbitMQ群集傳送的非實時能耗數據并同 時將該非實時能耗數據分別存儲在關系型數據庫和HBase數據庫中，實現不丟失網絡異常 期間的能耗數據，可供遠程監視端檢索與分析；同時，還接收Zookeeper群集傳送的實時能 耗數據；響應遠程監視端的請求，將接收的實時能耗數據和從關系型數據庫中讀取的非實 時能耗數據傳至遠程終端的IE或Chrome瀏覽器供企業人員進行遠程監視；HBase數據庫 是基于支持數據密集型分布式應用的開源軟件框架Hadoop構建的，是一種非關系型數據 庫，科研人員可以通過遠程監視網絡模塊來訪問HBase數據庫中的非實時能耗數據進行數 據分析；
[0055] 本實施方式中遠程監視端：包括企業人員遠程監視、科研人員遠程監視；企業人 員遠程監視是指企業人員在遠程通過IE或Chrome瀏覽器登錄云服務器的遠程能耗監視網 站來對電熔鎂爐的能耗數據進行監視，并對生產過程進行指導，提高能源管理水平；科研人 員遠程監視是指科研人員在遠程通過IE或Chrome瀏覽器登錄云服務器的遠程能耗監視網 站來對電熔鎂爐的能耗數據進行監視，并對能耗信息進行研究，促進企業實現節能降耗；
[0056] 采用本實施方式的電熔鎂爐能耗遠程監視系統進行電熔鎂爐能耗遠程監視的方 法，如附圖2所示，包括如下步驟：
[0057] 步驟1 :采集各臺電熔鎂爐的實時能耗數據，將該實時能耗數據通過0PC通訊協議 傳至本地服務器的數據采集模塊，一次采樣周期采集的5臺電熔鎂爐的實時能耗數據如表 1所示；
[0058] 表1 一次采樣周期采集的5臺電熔鎂爐的實時能耗數據
【權利要求】
1. 一種電熔鎂爐能耗遠程監視系統，其特征在于：該系統包括：本地數據采集裝置、本 地服務器、云服務器； 所述本地數據采集裝置包括多功能電子測量儀和下位機；所述本地服務器包括數 據采集模塊、RabbitMQ、本地監視網絡模塊、實時數據遠程傳輸模塊；所述云服務器包括 Zookeeper群集、RabbitMQ群集、關系型數據庫、HBase數據庫、遠程監視網絡模塊； 所述多功能電子測量儀用于采集電熔鎂爐生產過程中各電熔鎂爐的能耗數據，包括各 電熔鎂爐的電流、電壓、有功功率、功率因數和累計電度；所述多功能電子測量儀的輸出端 與所述下位機的輸入端相連； 所述下位機用于控制多功能電子測量儀的數據采集過程、接收多功能電子測量儀發 來的實時能耗數據，并將該實時能耗數據通過0PC通訊協議傳至本地服務器的數據采集模 塊；所述實時能耗數據，包括各電熔鎂爐實時的電流、電壓、有功功率、功率因數和累計電 度； 所述本地服務器的數據采集模塊用于對從下位機接收的實時能耗數據進行序列化處 理并將序列化后的實時能耗數據傳至RabbitMQ ; 所述本地服務器的RabbitMQ :接收從數據采集模塊傳送的實時能耗數據，并同時將該 實時能耗數據分別傳至實時數據遠程傳輸模塊和本地監視網絡模塊；接收從本地監視網絡 模塊傳送的非實時能耗數據，同時判斷網絡通訊是否正常，是，則將該非實時能耗數據向云 服務器的RabbitMQ群集進行傳送，否，則將該非實時能耗數據緩存在該RabbitMQ消息隊 列中，待網絡通訊恢復到正常時，將緩存在該RabbitMQ消息隊列中的非實時能耗數據繼續 向云服務器的RabbitMQ群集進行傳送；非實時能耗數據包括：各電熔鎂爐歷史各時刻的電 流、電壓、有功功率、功率因數和累計電度、所需時間段的平均電流和平均電壓、能耗超限報 警息； 所述本地監視網絡模塊，用于對從本地服務器的RabbitMQ接收的實時能耗數據進行 處理得到非實時能耗數據，并將處理后的非實時能耗數據傳回本地服務器的RabbitMQ ; 所述實時數據遠程傳輸模塊：接收本地服務器的RabbitMQ傳送的實時能耗數據；判 斷網絡通訊是否正常，是，貝1J基于Zookeeper技術向云服務器的Zookeeper群集傳送實時 能耗數據，否，則放棄傳送實時能耗數據，且待網絡通訊恢復正常時，繼續向云服務器的 Zookeeper群集傳送實時能耗數據； 所述云服務器的RabbitMQ群集，用于接收本地服務器的RabbitMQ傳送的非實時能耗 數據，并將該非實時能耗數據傳至云服務器中的遠程監視網絡模塊； 所述云服務器的Zooke印er群集，用于接收本地服務器中的實時數據遠程傳輸模塊發 送的實時能耗數據，并將該實時能耗數據傳至云服務器中的遠程監視網絡模塊； 所述云服務器的遠程監視網絡模塊：接收RabbitMQ群集傳送的非實時能耗數據 并同時將該非實時能耗數據分別存儲在關系型數據庫和HBase數據庫中；同時，還接收 Zookeeper群集傳送的實時能耗數據；響應遠程監視端的請求，將接收的實時能耗數據和 非實時能耗數據傳至遠程終端供工作人員進行遠程監視。
2. 采用權利要求1所述的電熔鎂爐能耗遠程監視系統進行電熔鎂爐能耗遠程監視的 方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟1 :采集各個電熔鎂爐的實時能耗數據； 所述實時能耗數據，包括各電熔鎂爐實時的電流、電壓、有功功率、功率因數和累計電 度； 步驟2 :對實時能耗數據進行序列化處理； 步驟3 :將序列化處理后的實時能耗數據寫入到本地服務器的RabbitMQ消息隊列中； 步驟4 :將本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的能耗數據傳送至云服務器； 所述能耗數據包括實時能耗數據和非實時能耗數據； 步驟4. 1 :將本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的實時能耗數據傳送至云服務器； 步驟4. 1. 1 :判斷網絡通訊是否正常，是，則執行步驟4. 1. 2,否，則繼續執行步驟 4. 1. 1 ； 步驟4. 1. 2 :基于Zookeeper技術將本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的實時能耗數 據傳送至云服務器的Zookeeper群集中， 步驟4. 2 :將本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的非實時能耗數據傳送至云服務器； 步驟4. 2. 1 :對本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的實時能耗數據進行處理得到非實 時能耗數據，并將該非實時能耗數據寫入到本地服務器的RabbitMQ消息隊列；所述非實時 能耗數據，包括：各電熔鎂爐歷史各時刻的電流、電壓、有功功率、功率因數和累計電度、所 需時間段的平均電流和平均電壓、能耗超限報警信息； 步驟4. 2. 2 :判斷網絡通訊是否正常，是，則執行步驟4. 2. 3,否，則繼續執行步驟 4.2.2； 步驟4. 2. 3 :將本地服務器的RabbitMQ消息隊列中的非實時能耗數據傳送至云服務器 的RabbitMQ群集中； 步驟4. 2. 4 :將云服務器的RabbitMQ群集中的非實時能耗數據存儲在關系型數據庫和 HBase數據庫中； 步驟5 :響應遠程監視端的請求，將能耗數據傳送至遠程監視端，供遠程工作人員進行 遠程監視。
【文檔編號】G01R31/00GK104331044SQ201410556980
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】楊杰, 王良勇, 柴天佑, 盧紹文, 張宇灝 申請人:東北大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
