淺談能源管理係統在鋼鐵企業上的應用

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定 201801

摘要：能源是冶金企業(ye) 的命脈,是企業(ye) 發展的動力。建設一個(ge) 能實時監控產(chan) 、消、運行狀況的能源管理係統來指導企業(ye) 生產(chan) 是十分必要的。能源管理係統以提高企業(ye) 的綜合效益為(wei) 根本目標,通過對所接入的儀(yi) 表進行綜合管理,避免人為(wei) 錯誤的影響,提高能源的利用效率。是以計算機網絡為(wei) 基礎,軟件為(wei) 核心,以智能化串聯整個(ge) 係統,實現信息共享與(yu) 交換,結合計量管理自動化和信息化工程建設的實踐經驗,組建的多方麵、多應用的智能化管理平台。

關(guan) 鍵詞：鋼鐵企業(ye) ；能源管理係統

0 引言

       在未來20年左右的時間裏,中國將進入工業(ye) 化中期發展階段,作為(wei) 製造業(ye) 與(yu) 建築行業(ye) 重要的工程結構材料,鋼材的需求總量還將進一步增長。鋼鐵工業(ye) 是國民經濟的基礎產(chan) 業(ye) ,在中國的經濟生活中占有重要地位。鋼鐵工業(ye) 又是典型的資源消耗型產(chan) 業(ye) ,對原料、燃料以及能源動力的消耗十分巨大。以前的節能管理方法主要是核算動力成本、滴漏跑冒管理、指標考核等,這些方法達到了一定的成效,但是要提高管理方法的潛力,滿足市場經濟的需求,應該建立新的管理平台,對能源使用進行監管,節能降耗,降低經濟成本。本著這一目標,經過反複的討論和調查,結合現代化的科學管理手段,以先進的軟件運算為(wei) 依托,設計了一套擁有能源計劃、能源實績、能源成本、能源預測、能源平衡、能源調度、能源設備和能源質量等監控和管理功能的能源管理係統。

1 能源管理係統建設的意義(yi)

       能源是企業(ye) 的血脈,如何有效利用能源,已被提升到一個(ge) 至關(guan) 重要的戰略地位。尤其對於(yu) 大中型冶金企業(ye) ,信息化的建設,建立能源供需雙方的信息溝通機製,通過“綜合資源規劃”,實現“科學配置能源”成為(wei) 可能。大型鋼鐵企業(ye) 能源管理係統中共有4000多個(ge) 數據采集節點,涵蓋了煤氣、氧氣、氮氣、工業(ye) 水、蒸汽、壓縮空氣等介質。能源管理的自動化、信息化、智能化,能源介質的數據在線測量、自動采集、故障診斷分析、能源平衡預測能夠有效減少和消除能源的浪費。所以說,構建能源管理係統,實現合理有效的能源利用至關(guan) 重要。

       大型冶金企業(ye) 的信息化係統建設的基本架構已經形成,根據管理模式,係統層次清晰明確,功能分擔較合理。如圖1所示,係統開發建設不能單純限在IT部門編程、開發功能,所以信息化係統開發前,明確管理的組織結構和業(ye) 務流程。

圖1 信息化計量數據處理工作模式

2 能源管理係統的基本架構

       能源管理係統是鋼鐵企業(ye) 信息化發展規劃中的一個(ge) 重要組成部分,其目的是要實現風水電氣(汽)與(yu) 冶金產(chan) 品的一體(ti) 化管控,具備*的能源介質管網、動力生產(chan) 單元、以及生產(chan) 單元的管控功能。如圖2所示,對企業(ye) 生產(chan) 和能源數據進行采集、分析、處理,以實現能源計劃、能源實績、能源成本、能源預測、能源平衡、能源調度、能源設備和能源質量等監控和管理功能。既要保證係統對單個(ge) 能源介質的運行過程的管理與(yu) 控製,又要保證不同介質調度的獨立性和相互之間關(guan) 聯的調度安全,還要確保主線生產(chan) 與(yu) 動力介質之間的無縫對接,在保證生產(chan) 安全的前提下實現生產(chan) 和能源優(you) 化調度,集中一貫製的管控,達到節能增效的目的。通過數據接口與(yu) ERP等三方係統數據共享,實現公司生產(chan) 與(yu) 能源供應的整體(ti) 負荷預測與(yu) 平衡。

       能源管控係統依據數據刷新頻度及功能不同分為(wei) SCADA監控平台和能源精細化管理平台兩(liang) 個(ge) 子係統。

2.1SCADA監控平台

       采用國際主流的SCADA一體(ti) 化監控平台軟件(iFix、Wonderware、Citect),建立I/OServer實時數據服務器功能。能滿足全天24小時、全年365天連續運轉要求,SCADA軟件平台能有效完成數據采集、處理、報警、趨勢、事件、畫麵監視以及遠程控製等功能。

2.2能源精細化管理平台

       軟件係統開發平台使用或Java等主流編程語言,采用先進的技術框架滿足用戶的二次開發和快速開發部署要求。能實現C/S、B/S兩(liang) 種應用方式,方便係統管理人員進行多種類數據的查詢以及管理。

3能源管理係統的特點

3.1能源數據采集係統

       能源數據采集係統是整個(ge) 樂(le) 鋼能源管理係統的基石,隻有將現場的能源計量數據實時、準確地采集下來,才能進一步利用這些數據來指揮、調度生產(chan) ,進而調配能源生產(chan) ,提高能源使用水平。

       如圖3所示,目前計量儀(yi) 表接口多種多樣:模擬量、通訊協議,通用通訊協議,有些儀(yi) 表信號已接入到生產(chan) 設備係統中。所以,針對不同的儀(yi) 表,采集數據的方法也不同,歸納起來可用以下兩(liang) 種方式:

       (1)現場總線通訊。儀(yi) 表具備通訊能力(通訊議、通用通訊協議)的,數據采集器通過現場總線采集儀(yi) 表中的各類數據,包括瞬時值、累計值、采集時間、事件與(yu) 報警、配置值等,形成通訊數據包更新到實時數據庫中。

       (2)HMI數據通訊。由於(yu) 部分能源數據已經被采集到生產(chan) 係統中,數據采集器可以通過組態軟件將這部分能源計量數據從(cong) 對應的生產(chan) 監控PLC中取出並更新到實時數據庫中。需要注意的是,數據的累計和轉換原則上在監控計算機上完成,采集的數據包括瞬時值、累計值、采集時間、事件與(yu) 報警、配置值等。

       為(wei) 實現底層儀(yi) 表數據的穩定以及快速傳(chuan) 輸,現場設置的是MOXA數據采集器,將現場的儀(yi) 表信號統一以OPCUA協議傳(chuan) 輸至能源計量信號專(zhuan) 網。

3.2數據庫係統

       數據庫主要用於(yu) 設備運行信息的記錄、生產(chan) 過程數據的管理,將現場設備實時運行狀況展現給用戶,還要實時保存和處理所有設備傳(chuan) 送過來的數據,同時要滿足客戶端用戶對曆史數據的查詢要求,由於(yu) 所需要處理的數據是連續性的,因此數據的存取量巨大,實時性很高。

3.2.1實時數據庫

       采用GE公司的Ihistory實時數據庫,收集各個(ge) 數據采集器上傳(chuan) 的信息,按照設定的精度和周期存儲(chu) 於(yu) 實時數據庫,並且滿足不同的應用程序和授權用戶的為(wei) 實現不同目的而進行的讀寫(xie) 調用。

3.2.2關(guan) 係數據庫

       采用美國甲骨文公司的Oracle數據庫,是目前世界行的關(guan) 係數據庫管理係統,擁有可移植性好、使用方便、功能強等優(you) 點,在各類大、中、小、微機環境中都適用。是一種高效率、可靠性好的、適應高吞吐量的數據庫解決(jue) 方案。

3.3能源預測

       係統具備能源預測模型,可根據製造部下達的生產(chan) 計劃及外圍單位的能源需求,綜合能源消耗的曆史曲線,自動生成年、月、日能源計劃。可幫助企業(ye) 實現以下管理功能:

       (1)以生產(chan) 成果為(wei) 要求,以能源計劃為(wei) 指標,對各級用戶進行考核;(2)根據能源實績和能源計劃的偏差值大小,能夠及時發現問題,分析問題,解決(jue) 問題,以免因設備故障或生產(chan) 管理上的失誤造成能源浪費;(3)根據能源消耗計劃,設定能源生產(chan) 計劃,及時製定和修改設備檢修計劃,以免因能源不足耽誤企業(ye) 生產(chan) 。

4 安科瑞企業(ye) 能源管理平台

4.1 平台概述

       安科瑞企業(ye) 能源管理平台采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(ye) 的生產(chan) 、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業(ye) 電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(ye) 針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產(chan) 品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設備的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為(wei) 企業(ye) 加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

4.2應用場所

       鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(ye) 、木材、化學原料以及機電設備、電器產(chan) 品、工器具製造等。

4.3平台結構

圖4 平台結構

4.4平台主要功能

4.4.1首頁

       首頁通過展示企業(ye) 各類能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區域能源消耗對比,並三維展示企業(ye) 重要工藝或設備的能源消耗動態，可直觀了解企業(ye) 當前用能。

4.4.2運行監控

       能源管理係統的動態顯示對企業(ye) 使用的各種能源（電、水、蒸汽）進行實時監控，並提供從(cong) 概貌到具體(ti) 的動態圖形顯示，並提供區域數據監控，在工廠平麵圖或者某個(ge) 車間的平麵圖快速瀏覽到所管理的能耗數據。係統提供對能源管理係統運行狀態的實時監視功能，實現對能源係統運行過程中關(guan) 鍵的用能狀態參數的變化趨勢、耗能設備的運行狀態以及係統運行報警事件進行實時監視，確保整個(ge) 能源供給、轉換和消耗過程的安全、可靠和穩定。係統提供圖形化工具，不僅(jin) 可以組態出數字化的監控界麵，還具有實時趨勢顯示。

       （1）變配電係統的電氣主接線圖展示，實現對全電量參數以及開關(guan) 斷路器狀態的實時監視，如電壓、電流、頻率、功率、功率因數、三相不平衡度、諧波等參數。

       （2） 水、燃氣、壓縮空氣等係統各分支管道分布示意圖以及流量、壓力、溫度等參數狀態的實時監視；

       （3）重點用能設備係統（如壓機等)的運行狀態以及用能參數的實時監視；

       （4）過壓、過流、欠壓等保護信號報警、係統通信中斷、電量、非電量參數越限、能耗超標預警等實時事件報警監視。

       （5）工藝流程圖展示重點關(guan) 注工藝各設備運行參量以及能耗情況

4.4.3變壓器監控

       展示各變壓器負載情況，從(cong) 而可以為(wei) 變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比，測算變壓器損耗，找出變壓器經濟運行區間。根據變壓器經濟運行區間，調整負載，從(cong) 而降低變壓器損耗，節約電量。

4.4.4用能統計

       係統支持為(wei) 企業(ye) 不同的計量監測對象，提供快速查詢顯示日、周、月、季、年的企業(ye) 用能情況同比環比、產(chan) 品單耗、產(chan) 品折標對比、能耗等。數據通過棒圖，餅圖，直方圖等形式，實現對係統中耗電量、耗水量、耗氣量等能耗數據的統計分析。大到整個(ge) 企業(ye) ，小到單個(ge) 設備或車間，通過對這些區域的計量節點能耗數據查詢分析，實現整個(ge) 企業(ye) 能耗數據的統計分析，滿足用戶實現對任意時段內(nei) 區域、車間、工藝和設備類型等的能耗數據查詢要求。通過對比不同區域等的能耗數據情況，了解不同對象區域等的能耗規律，自動對這些對象進行能耗，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從(cong) 而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

4.4.5分項用能

       係統提供對企業(ye) 分項用能的分項統計。根據分項，用柱狀圖以及餅圖，展示各分項用能情況，直觀，清晰。通過用能趨勢，及時掌握企業(ye) 分項用能趨勢情況。對於(yu) 分項用能異常，能即時發現，調整策略，改善用能，節約能源。

4.4.6產(chan) 品/產(chan) 值單耗

       係統可以與(yu) 企業(ye) MES係統對接，導入產(chan) 品產(chan) 量。對不能導入的數據提供人工錄入功能。通過係統采集的能耗數據，結合產(chan) 品產(chan) 量，計算產(chan) 品單耗，生成產(chan) 品單耗趨勢圖，並進行同比和環比分析。以便企業(ye) 能夠根據產(chan) 品單耗情況來調整生產(chan) 工藝，從(cong) 而降低能耗。

4.4.7用能成本分析

       係統支持為(wei) 企業(ye) 整體(ti) 以及車間等各個(ge) 需要單獨進行能耗考核的對象提供各種能源消耗的總費用成本的統計對比功能。可提供電、水、氣等各種能源類型在統計周期中的消耗量以及對應的費用數據，並且可以將各種能源的費用進行百分比占比統計和對比，以了解整個(ge) 企業(ye) 能源費用成本的詳細分布情況。同時支持對單位成本費用進行分析。用戶可選擇多個(ge) 考核區域進行耗能成本的對比分析，為(wei) 用戶建立有效的績效獎懲機製和日常管理提供真實、可靠的數據依據。

4.4.8用能成本

       係統支持為(wei) 企業(ye) 以及需要單獨考核計量的區域提供能源成本預算管理功能，允許用戶錄入能源成本的詳細預算計劃，通過對比能源實際費用和預算費用進行預算執行管理，可以直觀的了解到每月或者每年能源成本是否超出預算，方便用戶及時的進行預算的調整和幹預。此外，係統還支持按照的預測算法進行能源成本的成本預測，根據曆史的預算執行情況和實際耗能的數據預測後續的幾個(ge) 月的能源成本費用，幫助用戶進行有效的成本計劃管理。

4.4.9績效分析

       對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產(chan) 線、工段、設備等進行日、周、月、年、時段績效統計按照能源計劃或定額製定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(ye) 了解內(nei) 部能效水平和節能潛力。

4.4.10能耗預測

       通過對企業(ye) 車間、生產(chan) 工藝、生產(chan) 設備等的能耗使用情況進行分析，建立能耗計算模型，根據人工智能算法對數據和模型進行修正，對未來企業(ye) 能耗趨勢進行，為(wei) 節能提供有效的決(jue) 策依據。

4.4.11運行監測

       係統的設備運行監測功能專(zhuan) 門針對重點耗能設備提供管理，主要包括設備運行狀態及關(guan) 鍵參數監視、設備台賬管理、設備能耗統計分析以及設備維護管理。通過對設備工作狀態參數以及工況參數的實時采集和監視可及時判斷設備的運行工況是否正常；設備能耗統計分析可提供針對設備對象的實時耗能量以及曆史耗能趨勢的分析和對比；設備台賬管理以及維護管理可建立設備基本信息檔案，可快速實現對於(yu) 設備各種特性參數的查詢和統計分類，對設備及其主要零配件的檢修、更換曆史記錄進行信息化管理，並可提供設備計劃檢修到期提醒以及逾期檢修告警等功能，便於(yu) 為(wei) 每一個(ge) 重要設備建立經濟運行檔案，確保設備的安全、穩定、經濟運行。

4.4.12能源平衡及損耗分析

       能源平衡及損耗統計分析主要為(wei) 企業(ye) 的電、水、氣等能源在轉換、運輸、使用過程中的各個(ge) 環節提供能量平衡分析，及時的發現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行幹預。通過分別統計重要用能環節的能源供給量和能源消耗量並計算兩(liang) 者之間的差值損耗量，來評估個(ge) 各環節的用能損耗程度。比如對用水係統的幹管計量和各個(ge) 車間支管的計量消耗量之和進行損耗分析，有利於(yu) 及時發現是否存在水管漏水或者違規用水的情況；對用電係統的低壓進線計量和各饋線回路的計量消耗量之和進行損耗分析，來評估判斷是否存在違規用電、竊電等異常用電現場，幫助用戶發現並糾正能源使用過程中的能源浪費問題，降低能源綜合運行成本。

4.4.13節能分析

       節能分析主要是為(wei) 企業(ye) 在實施節能措施後，具體(ti) 節能效果的分析，通過錄入節能措施，對比分析實施節能措施前與(yu) 實施節能措施後的用能情況，以此來評判節能措施的實施效果，為(wei) 企業(ye) 節能提供幫助，提高經濟效益。

4.4.14分析報告

       係統提供的用戶分析報告主要是為(wei) 企業(ye) 的中、高層管理人員提供有關(guan) 企業(ye) 的能耗數據統計結果匯總和分析結論展示，注重整體(ti) 能耗狀況和變化趨勢的說明。一般包括企業(ye) 的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況，用能趨勢，重點能耗，綜合能耗等。通過豐(feng) 富多樣的圖形化組件組態成為(wei) 一份用戶分析報告，讓用戶了解係統的運行情況，方便用戶發現設備異常，從(cong) 而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

4.4.15事件記錄

       事件報警分析主要是為(wei) 係統的異常運行狀態或故障原因診斷分析提供依據和分析手段。係統運行過程中所產(chan) 生的各種報警時間均會(hui) 被自動記錄和存儲(chu) ，通過對事件的發生時間、範圍對象、事件的類型、事件的等級以及事件描述關(guan) 鍵字搜索查詢，即可快速的實現對目標事件的查詢和分類。

4.4.16自定義(yi) 報表

       用戶可通過自定義(yi) 報表頭與(yu) 列，靈活生成各種報表，從(cong) 各種能耗數據及費用比較，到電力峰穀平報表；從(cong) 碳排放報告到係統能耗評估，從(cong) 能耗指標到能耗預算等等，使用者無需繁瑣的編輯，隻需要簡單操作就能生成精美的報表。

4.4.17移動端支持

       APP支持androids、ioses操作係統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(ye) 能源消耗、效率分析、同環比分析、能耗折標、用能預測、運行監視、異常報警等。

4.4.18運行環境

       (1)瀏覽器運行設備

       (2)台式電腦，手機、平板等移動端設備

       (3)瀏覽器運行環境

       (4)支持、火狐、搜狗、360等主流瀏覽器訪問

       (5)客戶端運行設備

       (6)安卓係統移動設備（androids 5.0以上），蘋果ioses係統

5 結語

       積極推動互聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術與(yu) 鋼鐵製造的深度融合是鋼鐵企業(ye) 下一步研發重點[9]。能源管理係統基於(yu) 自動化技術、網絡通信技術、實時數據庫技術、數據分析及預測技術,對鋼鐵企業(ye) 提供數據定製化管理服務,優(you) 化能源管理。該係統建成後,將為(wei) 鋼鐵企業(ye) 的管理、生產(chan) 計劃、調度決(jue) 策及OA提供準確、實時的生產(chan) 工藝計量數據,對於(yu) 構築信息化工程、實施精細化生產(chan) 和精細化管理是十分重要的。可以根據係統所采集的數據進行公司級、廠際級能源核算,實現計量係統分級化管理,提高計量信息化管理水平,使計量管理更精細、更準確、更高效。是鋼鐵企業(ye) 通往節能降耗,減員增效路徑上的重要“橋梁”。

【參考文獻】

       [1]孟維潮.淺析鋼鐵企業(ye) 成本管理問題[J].現代經濟,2010(9):48.

       [2]孫濤.能源管理係統在鋼鐵企業(ye) 上的應用[J].數字技術與(yu) 應用,2021,39(10):160-162.

       [3]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.06版

作者簡介：簡婷，女，本科，現就職於(yu) 韦德1946网址