摘要：
文章介绍了矿山能源管理系统的数据采集方案、系统架构和功能描述，并介绍了立华嵌入式通讯管理平台LEC-3012的产品规格和特点，以及该设备在矿山能源采集与管理系统中的应用。本系统使齐大山铁矿的能源消耗与管理系统全部实现数字化、信息化管理，同时可以为矿业公司MES、ERP等管理系统提供原始数据，提高操作水平和管理水平。
1. 概述
近年来，全球经济持续高速的增长，对矿产资源的过度利用已经成为全球经济社会发展的巨大问题，并引发了全球范围内的能源供应紧张，对环境保护造成了巨大的压力，经济发展带来的问题要求我们每一个人，必须担负起环境保护的责任，必须采取有力的措施来降低能源消耗。
本系统根据齐大山铁矿现有能源管理系统的要求，在全厂建立能源实时数据采集系统，除满足厂级能源管理的需求外，还可为矿业公司MES、ERP系统提供实时数据及历史数据，从而进一步提高信息化管理的水平。
2. 系统方案设计
2.1. 方案概述
齐大山铁矿能源管理系统由监控中心、数据服务器、采集站和现场仪表等四部分组成，其中采集站包括有线采集站和无线采集站两部分。
有线采集站主要负责采集选别工区的数据；无线采集站主要负责采集采矿工区和铁路运输电机车的数据，采集的数据通过网络传到生产调度中心。
调度中心接收到采集的数据，通过编写的管理软件，对电能量数据进行监控、分析、统计与管理。
2.2. 系统架构
本系统采用四层网络结构：即现场设备层、采集转发层、数据存储层和Web用户层。
（1） 现场设备层：现场设备层主要由现场需要采集电量的设备组成，包括高压电表、低压电表、电压互感器、电流互感器组成。
（2） 采集转发层：采集转发层由数据采集网关、UPS电源、3G路由器、运营商提供的支持PVN组网的3GSIM卡，该层主要负责现场设备层数据的采集与转发。
（3） 数据存储层：数据存储由数据存储服务器组成，该层负责将采集转发层传来的实时数据进行存储，并向Web用户层或MES/ERP等软件系统提供数据分析管理的数据依据。
（4） Web用户层：web用户层由厂区内管理网的计算机组成。通关权限的赋予，有需要的部门可以直接通过浏览器登录到软件系统，监控现场电表实时数据，查看相关的工艺曲线，查询信息数据，打印报表等。
图1 系统网络架构图
2.3. 数据通信方式
系统采用有线与无线结合的通信方式，其中选别工区采用以太网方式，利用厂区现有网络对设备数据进行采集；采矿工区及运输工区采用APN接入方式，利用运营商提供的3G网络结合现场采集网关设备，对采场大型设备进行采集。
3. 系统功能描述
齐大山铁矿能源管理系统的基本需求是通过高速局域网络，实现齐大山铁矿生产管理部门对生产过程中的能源消耗进行全数字化管理。通过能源管理系统的建立，所有的能源数据将通过厂区的主干网汇集到生产指挥中心，并通过能源管理软件，以浏览器方式对能源消耗信息进行在线监视，能源消耗的实时和历史数据统计与查询、能源数据的专家报表生成功能。
3.1. 数据采集功能
采场和选矿工序的电表将使用功能强大的三相多功能（高、低压）数字电能表。该表具有RS-485通讯、测量电压、电流、频率及功率、无功正反向及四象限计量功能，广泛应用矿山能源管理、钢铁冶金、配电网自动化等方面。
矿山运输用电机车将采用专用的直流电能记录仪。该记录仪具有输入电压、输入电流及瞬时功率的测量功能；大小电流的短线和通讯中断的自检功能；电度值、故障信息的记录功能以及RS-485通讯功能。
数据采集器采用北京立华公司的工业通讯网关硬件平台LEC-3012。该网关采用高性能嵌入式计算平台，内嵌通信采集规约库和转发规约库,可以实现采集多个不同子系统的数据，进行数据集中汇总、分类和预处理，并对多个上级调度等平台系统进行数据转发。
3.2. 数据传输功能
本系统对于厂区网络能够覆盖的地方采用以太网的方式，利用光纤和网线，接入齐矿管理网中。对于有线网络无法到达的移动设备，例如：采场用电铲、牙轮钻、运输用电机车等，采用APN接入方式，利用运营商提供的3G无线网络进行数据传输。
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3.3. 能源管理软件功能
能源管理软件将对采集的电能量数据进行集中监视、测量、控制和管理，实现能源实时及历史数据存储、查询、分析、统计等功能。系统具有以下特点
（1）面向对象的电量采集组态界面
通过各类模拟图形，建立起现场的电量采集组态画面，实时显示现场设备电表的计量状态。包括电压、电流、频率、功率等。
（2）实时历史曲线的查看及预测监控
实时曲线和历史曲线是查看现场电量实时数据线和历史数据的强大工具，通过它可以对设备电量的实时消耗情况及峰、谷、平时段的工况进行显示和分析。
（3）强大的专家报表功能
软件具有强大的专家报表功能，包括小时电量、日电量、月季年电量的统计与分析。报表查询方式灵活，用户可以设置各类查询条件，分时分项进行查询。
4. 数据采集器LEC-3012
LEC-3012是一款高性能无风扇的嵌入式通讯管理网关，CPU等级为Intel Atom N455 1.66GHz，支持5路串口和2路千兆网口。采用8KV 静电保护设计和电快速瞬变脉冲群保护设计，以及工频和射频磁场抗扰度保护设计。串口每一个通道均采用独立的光电隔离，支持RS-232/422/485独立设置，严格符合工业现场的抗电磁干扰要求。LEC-3012采用高导热性的铝合金结构，无风扇设计，使得现场应用更加可靠和安静；紧凑型、模块化的结构设计，尺寸小巧，安装灵活，解决现场安装空间的问题，导轨安装方式更加适合现场应用要求。LEC-3012支持一个CF卡存储扩展，解决现场数据存储空间问题，采用9~36VDC的宽电压供电方式，Run指示灯由客户自定义其物理意义，以适应不同项目的需求。
LEC-3012特点：
Intel Atom N455 1.66GHz，低功耗、嵌入式设计
2×GbE RJ-45，1×RS-232，4×RS-232/422/485
光电隔离，8KV ESD，1KV电快速瞬变脉冲群
宽电源供电+9V~36V，电源及HDD指示灯状态显示
支持Linux，XPE/WES2009，XP PRO，FES，WS7E，WS7P，WIN 7 PRO-E操作系统
无风扇设计
5. 总结
本系统使齐大山铁矿的能源消耗与管理系统全部实现数字化、信息化管理，同时可以为矿业公司MES、ERP等管理系统提供原始数据，提高操作水平和管理水平。
能源管理系统是一个集过程监控、能源设施管理、能源调度平衡及分析优化为一体的计算机系统，能源数据（包括统计数据和预测数据）被周期性地集中和报告，实际能源消耗与根据实际生产参数计算出的预期能耗进行比较。能源管理系统能够帮助企业建立能耗模型，发现企业自身的能耗节省潜能；通过对各项数据的综合监管，消除信息孤岛和节能死角，从而帮助企业实现可持续发展。
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