淺談鋼鐵企業(yè)能源管控系統(tǒng)的設計與應用

安科瑞 陳聰

  摘要：銥鋼鐵企業(yè)是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)支柱，在鋼鐵企業(yè)日常管理中能源消耗問題較為嚴重，針對這方面問題采用現(xiàn)代化能源管理系統(tǒng)能夠有效提高能源利用效率、降低企業(yè)成本。論文主要以此為出發(fā)點對鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)建設展開探討。

      關鍵詞：鋼鐵企業(yè)；能源管理；管理系統(tǒng)；系統(tǒng)建設；節(jié)能減排；數(shù)字化；智慧工廠

1、鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)建設的重要性

     由于傳統(tǒng)的鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)較為傳統(tǒng)落后，對企業(yè)節(jié)能減排發(fā)展工作的推動力較小，不符合當前可持續(xù)綠色發(fā)展的環(huán)保觀念，而目前的管理系統(tǒng)是借助各類新的技術手段，有效地將各個工業(yè)單元進行聯(lián)接整合，從而形成數(shù)據(jù)信息網(wǎng)，相關工作人員就可以在此基礎上根據(jù)自身業(yè)務需求，來將數(shù)據(jù)實時獲取，建立多元化的生產(chǎn)控制模型與管理模型，最后進行數(shù)據(jù)的計算展示及管理工作。這種形式可以通過不同的形態(tài)來展示企業(yè)、廠房等各區(qū)域的能源配置情況，這樣就使得用戶能夠更加立體地了解企業(yè)能源的使用以及設備運行等各方面的工作情況。

2、鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)存在的問題

      結合我國大多數(shù)鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)運行情況來看，在具體運行工作中仍然存在較多不足之處，主要體現(xiàn)在能源的利用率較低、各個部門之間的能源協(xié)調能力較差、相關設備較為傳統(tǒng)落后、系統(tǒng)工作人員經(jīng)驗不夠豐富等方面。目前，我國鋼鐵工業(yè)能源消耗占全國總耗能的 15%左右，二氧化碳排放排放量占全國排放量的 12%，廢水排放量占工業(yè)廢水排放量的 15.65%。粉塵、煙塵、二氧化硫等各類有毒有害氣體物質的排放量占比也較高，為我國生態(tài)環(huán)境保護工作帶來了很大的挑戰(zhàn)，所以，鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)的改進與優(yōu)化工作就顯得至關重要。由于目前系統(tǒng)存在較多不足之處，這就使得在具體的工作時存在著計劃不足、相關管理人員的管理方式存在缺陷的問題，而且能源設備不夠新，在進行結果數(shù)據(jù)分析時也會產(chǎn)生一定的偏差，對整個能源管理工作質量水平的提升有著不利影響，對我國生態(tài)環(huán)境的保護工作產(chǎn)生了一定阻礙作用。

圖 1 能源管理系統(tǒng)建設結構圖

1. 鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)建設與應用策略

3.1 構建和完善能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡

      只有構建完善的能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡，才能在技術上進一步利用各類能源，有效發(fā)揮管理系統(tǒng)的重要作用。在進行具體的能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡構建過程中，需要對現(xiàn)場自動化工業(yè)網(wǎng)絡的實際情況進行實地勘查，進一步了解狀況，確保數(shù)據(jù)采集的安全性。由于廠區(qū)的分布情況極為復雜，而且各類工業(yè)網(wǎng)絡設施較為冗雜，鋼鐵企業(yè)要想進一步構建合格的能源系統(tǒng)，就需要對現(xiàn)場的實際運行情況進行熟悉掌握，對管理方面的各類數(shù)據(jù)信息也要有效掌握，在此基礎上才能進行相應的系統(tǒng)構建工作。除此之外，在該過程中也需要注意整個數(shù)據(jù)信息的安全性，可以通過建立更加專業(yè)化的能源網(wǎng)絡來進一步保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾约鞍踩浴？偠灾?，該管理系統(tǒng)要想保持長久穩(wěn)定運行的工作特點，必須要合理規(guī)劃前期的技術線路，為構建提供強有力的前期支持，與此同時也要對現(xiàn)場施工作業(yè)的設備進行科學合理的分布，保障工業(yè)網(wǎng)絡的安全性和保密性，降低各類病毒及非法信息闖入與傳輸所帶來的不良影響。

3.2 強化企業(yè)能源管理體系建設

      企業(yè)要對能源管理體系的建設引起足夠的重視。在整個能源管理工作中由于環(huán)節(jié)較多較復雜，且工作具有一定的難度，若某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，對整個能源管理工作都會產(chǎn)生極為不利的影響。而在當前企業(yè)能源管理體系建設工作中，不少工作人員缺乏責任意識，在數(shù)據(jù)的統(tǒng)計及計量過程中沒有認真負責，導致設備相關數(shù)據(jù)的記錄工作存在一定的錯誤，或者是其他的環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)統(tǒng)計存在一定誤差，此類情況的存在會導致后續(xù)能源管理工作不能順利開展，而且也會嚴重影響企業(yè)設備能源消耗量的計算，在一定程度上對設備的使用質量及壽命產(chǎn)生不利影響。總而言之，以上問題對企業(yè)整體的運營成本都會產(chǎn)生負面影響，因此，為了進一步發(fā)揮能源管理體系的作用，企業(yè)就需要對流程化的管理模式引起足夠重視，使各環(huán)節(jié)工作人員在明確自己工作責任的同時，還要加強對各類信息技術的有效應用，例如，引進大數(shù)據(jù)平臺來強化能源管理體系的信息化建設。

3.3 能源中心的建立

      由于能源管理工作范圍較廣，對鋼鐵企業(yè)的各個部門都有一定程度的涉及，所以，能否合理對企業(yè)的能源進行有效管理，是整個鋼鐵工廠正常生產(chǎn)的關鍵部分。在今后的工作中，鋼鐵企業(yè)要建立健全相關能源管理機制體系，制定更加具體可靠的管理方案，才能有效開展各部門能源協(xié)調工作，提高各類資源的利用效率。目前，我國的現(xiàn)象技術水平較高，各類信息技術被廣泛應用于各行業(yè)的發(fā)展建設中，相關企業(yè)要加強對現(xiàn)代化數(shù)據(jù)網(wǎng)絡技術的有效應用，來提升企業(yè)的科技實力，提高整個能源管理系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化水平。通過對新技術的有效應用，可以提升各類能源信息整合的效率及準確性，只有在此基礎上，相關工作人員才能合理利用這些數(shù)據(jù)信息對工廠的能源進行有效把控，在降低能源消耗的同時，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，保護生態(tài)環(huán)境。

3.4 健全能源查詢分析統(tǒng)計

      具有完備的能源查詢分析統(tǒng)計報表對各類能源的合理利用及利潤率的提升都有幫助作用，由于統(tǒng)計報表涉及能源資源設備運行等各類數(shù)據(jù)，對廠區(qū)及核心部門的實時運行參數(shù)也有記錄，所以通過對能源查詢分析統(tǒng)計表的有效建立，可以對工廠的工作情況進行實時掌握。在進行分析統(tǒng)計表建設工作時，要注重對當前生產(chǎn)運行情況的體現(xiàn)，對各類能源的消耗量也可以進行逐時、逐日、逐月、逐年的統(tǒng)計。在具體的統(tǒng)計數(shù)據(jù)時可以采用餅圖、柱狀圖等各種圖形，以更加直觀的方式反映出數(shù)據(jù)的數(shù)值及趨勢和分布情況，幫助相關工作人員合理有效地利用數(shù)據(jù)信息來進行能源管理工作。

3.5 加強能源調度管理

      鋼鐵企業(yè)可以通過建立能源管控調度大廳的方式來提升能源管理系統(tǒng)建設工作的質量與水平，該管控大廳是由多模塊、高度集成、統(tǒng)一管理構成的調度平臺，在企業(yè)的日常生產(chǎn)及監(jiān)控方面具有重要的作用，是管理系統(tǒng)建立的重要組成部分。在具體的管控大廳建設過程中要加強對多項技術（供配電技術、大屏顯示技術等新技術）的有效應用，這樣才能實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的有效采集，在此基礎上將各類數(shù)據(jù)進行科學合理地整理，以虛擬動態(tài)圖等多種方式直觀清晰展現(xiàn)出來。與此同時，也要結合企業(yè)能源的環(huán)保信息，達到數(shù)據(jù)統(tǒng)一監(jiān)管的目的。

4、安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)概述

      安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產(chǎn)線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎數(shù)據(jù)和支持。

5、應用場所

      鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業(yè)、木材、工業(yè)園區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產(chǎn)品、工器具制造等離散制造業(yè)。

6、系統(tǒng)結構

      現(xiàn)場通過廠區(qū)局域網(wǎng)和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網(wǎng)聯(lián)通的地方，通過有權限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機APP查看各處的運行情況。

      系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場設備層、網(wǎng)絡通訊層和平臺管理層。

      現(xiàn)場設備層：主要是連接于網(wǎng)絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統(tǒng)必要的基本組成元素。肩負著采集數(shù)據(jù)的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監(jiān)測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

      網(wǎng)絡通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關、網(wǎng)絡交換機等設備。智能網(wǎng)關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器，智能網(wǎng)關可在網(wǎng)絡故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。

      平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數(shù)據(jù)服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

      平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

7、系統(tǒng)功能

      平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理。實時監(jiān)測企業(yè)各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

7.1平臺登陸

      在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

7.2大屏展示

      用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業(yè)及各區(qū)域的能耗折標、產(chǎn)值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區(qū)域展示該區(qū)域的分類能耗、產(chǎn)值等相關信息。

7.3首頁

     首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業(yè)級統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

7.4數(shù)據(jù)監(jiān)控

      對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠實時的監(jiān)測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業(yè)削峰填谷、調整負載等技改措施提供數(shù)據(jù)支撐。

• 能源實時監(jiān)控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監(jiān)測，確保用能環(huán)節(jié)的持續(xù)穩(wěn)定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網(wǎng)絡圖、能源計量網(wǎng)絡圖等功能。

• 能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數(shù)越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統(tǒng)彈窗報警提示等；

• 配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數(shù)、門禁水浸狀態(tài)及能耗數(shù)據(jù)。

• 實時統(tǒng)計：實時統(tǒng)計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

• 數(shù)據(jù)展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區(qū)域、不同設備的不同的能耗參數(shù)；

• 檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關處理操作，可以對報警參數(shù)進行在線設置，當能源參數(shù)越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統(tǒng)彈窗等報警提示；

7.5視頻監(jiān)控

      接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內實際情況。

7.6變壓器監(jiān)控

      展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規(guī)劃。通過各種運行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據(jù)運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

7.7儀表實時監(jiān)控

      展示各個水電氣儀表的實時參數(shù)變化，以曲線圖的方式展示。

7.8能源中控

      將所有有關能源的能源參數(shù)集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個產(chǎn)業(yè)線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

7.9用能統(tǒng)計

     從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、車間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

7.1成本分析

     統(tǒng)計各個監(jiān)測節(jié)點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

7.11產(chǎn)品單耗統(tǒng)計

      與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。同時將產(chǎn)品單耗與行業(yè)/國家/國際指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

7.12績效分析

      對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區(qū)域、車間，產(chǎn)線、工段、設備等進行日、周、月、年、相應時段績效統(tǒng)計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節(jié)能潛力，評定能源消耗是否合理。

7.13運行監(jiān)測

      系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設備能源消耗進行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測設備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視?？芍苯訌膭討B(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

7.14自定義能耗報表

      用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產(chǎn)各種報表，查看企業(yè)各個節(jié)點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環(huán)比報表，支持導出報表。

7.15同比、環(huán)比

      提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環(huán)比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統(tǒng)計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

7.16分析報告

      以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統(tǒng)計分析，讓用戶更加了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎，方便用戶發(fā)現(xiàn)設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

7.17能耗設備用能

     監(jiān)控耗能設備運行、停機及異常狀態(tài)，及時解決設備故障停運導致無法正常生產(chǎn)。

7.18線損分析

      根據(jù)節(jié)點、能源分類，查詢各個節(jié)點線路上的能源損耗數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。7.19碳排放管理

      按照區(qū)域對碳排放總量的變化趨勢進行統(tǒng)計，并進行同環(huán)比分析。對單位產(chǎn)值碳排放量進行計算，并結合減排指標實現(xiàn)超標預警，提升區(qū)域減排水平，促進碳達峰目標實現(xiàn)。

7.20電能質量檢測

      實時監(jiān)測諧波含量、三相不平衡度、功率因數(shù)等，確保功率因數(shù)不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現(xiàn)故障。

7.21運維管理

      系統(tǒng)支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執(zhí)行巡檢、完成工單、巡檢發(fā)現(xiàn)問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養(yǎng)需要。

7.22報警管理

      針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現(xiàn)電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業(yè)提前預警，避免發(fā)生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發(fā)與閉環(huán)處理。

7.23能耗抄表

      可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

7.24能耗分析自定義時間抄表

      可自定義時間段內各個拓撲節(jié)點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

7.25容需量報表

     提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業(yè)實現(xiàn)容改需，降低基本電費。

7.26復費率報表

     對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統(tǒng)計分析，為企業(yè)分時用電，優(yōu)化成本效益提供數(shù)據(jù)支持。

7.27文檔管理

      對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統(tǒng)管理，支持文件的上傳和下載。

7.283D可視化大屏

     對場景進行虛擬仿真，展示各區(qū)域運行及能源消耗情況，可實現(xiàn)分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監(jiān)測點位的自定義綁定。

7.293D子系統(tǒng)

      對各動力子系統(tǒng)進行虛擬仿真，展示子系統(tǒng)的動力管線、設備的實時狀態(tài)及能源消耗情況，可實現(xiàn)動態(tài)的能源流向效果。

7.30工業(yè)組態(tài)

      可通過圖形化的編輯方式自定義組態(tài)圖，展示設備運行狀態(tài)及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監(jiān)測數(shù)據(jù)。

7.31自定義駕駛艙

      可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數(shù)據(jù)及各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源包括API、數(shù)據(jù)庫查詢、MQTT、Excel等方式。

7.32基礎數(shù)據(jù)管理

      對系統(tǒng)的項目、探測器、設備型號、電參量、節(jié)點、能源、公示、及相關參數(shù)進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

7.33手機APP

      APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、產(chǎn)線比對、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、事件記錄、運行監(jiān)視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

8、硬件配置

9、結語

      總而言之，目前鋼鐵企業(yè)的能源管理系統(tǒng)在建設過程中仍存在較多不足之處，阻礙了鋼鐵能源利用率的提升，而且對企業(yè)的節(jié)能減排工作也產(chǎn)生了不利影響。因此，在今后的工作中，各企業(yè)要對能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡的構建和完善引起足夠的重視，與此同時，強化企業(yè)的能源管理體系建設，建立能源中心，健全能源查詢分析統(tǒng)計表，不斷提升能源調度管理工作的質量與水平，推動整個鋼鐵能源管理工作朝智能化、自動化的方向發(fā)展。希望論文上述有關鋼鐵企業(yè)的能源管理系統(tǒng)建設與應用工作的論述分析，能夠為日后鋼鐵企業(yè)在此方面工作的改革有所參考幫助。

參考文獻

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