王振亞 路銀北 黃杰 張愛(ài)芳 王偉

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

淺議安鋼能源管理控制系統(tǒng)

王振亞 路銀北 黃杰 張愛(ài)芳 王偉

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

介紹了能源管理控制系統(tǒng)的原理及功能。結(jié)合安鋼實(shí)際情況，闡述了建立能源管理控制系統(tǒng)的必要性，就建立能源管理控制系統(tǒng)中面臨的問(wèn)題及解決方法進(jìn)行了探討。

能源管理控制 能源平衡 能源管理

0 引言

鋼鐵工業(yè)屬于耗能型工業(yè)，其耗能量占我國(guó)總能耗的10%左右。在鋼鐵總成本中，能耗費(fèi)用占20%至35%，不同的裝備水平、工藝流程、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和能源管理水平對(duì)能源消耗都會(huì)產(chǎn)生不同的影響［1］。在當(dāng)前節(jié)能減排的大環(huán)境中，提高企業(yè)能源管理水平，也是降低能源消耗的重要措施。

能源管理控制系統(tǒng)是一種可以實(shí)現(xiàn)分散采集、集中監(jiān)視、統(tǒng)一管理、平衡調(diào)度的實(shí)時(shí)在線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)。采用的基礎(chǔ)技術(shù)包括計(jì)量檢測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)、系統(tǒng)集成和應(yīng)用集成技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)技術(shù)等［2］。

其主要構(gòu)成思想是借助于完善的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)獲取生產(chǎn)過(guò)程的重要參數(shù)和相關(guān)能源數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理、分析并結(jié)合對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程評(píng)估，實(shí)時(shí)提供在線能源系統(tǒng)平衡信息和調(diào)整決策方案。

建設(shè)安鋼能源管理控制系統(tǒng)是為了適應(yīng)節(jié)能減排大環(huán)境的要求，其基本目的就是要在提高能源系統(tǒng)的運(yùn)行、管理效率的同時(shí)，為安鋼提供一個(gè)成熟的、有效的、使用方便的能源系統(tǒng)整體管控一體化解決方案，建設(shè)一套先進(jìn)的、可靠的、安全的能源系統(tǒng)運(yùn)行、操作和管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)平衡、節(jié)能減排、優(yōu)質(zhì)環(huán)保的基本目標(biāo)。

1 能源管理控制系統(tǒng)的原理及功能

能源管理控制系統(tǒng)的原理如下:系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三層結(jié)構(gòu)的架構(gòu)，底層為數(shù)據(jù)采集層，中間層為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理層，上層為應(yīng)用管理層。數(shù)據(jù)采集層由PLC、遠(yuǎn)程I/O或RTU及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、執(zhí)行設(shè)備等組成，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制;中間層主要設(shè)備是I/O服務(wù)器，主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和短時(shí)歸檔。上層主要設(shè)備有應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、工程師站、操作工作站、大屏控制器等，主要完成調(diào)度，管理等功能。其基本功能劃分為三大部分［3］，如圖1所示。

圖1 能源管理控制系統(tǒng)功能圖

信息處理子系統(tǒng)的基本功能是數(shù)據(jù)采集和過(guò)程監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集是指通過(guò)I/O、通訊接口、專業(yè)儀表或者第三方系統(tǒng)收集滿足能源管理控制系統(tǒng)應(yīng)用功能要求的數(shù)據(jù)，主要包括能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)、計(jì)量數(shù)據(jù)、動(dòng)力公輔系統(tǒng)狀態(tài)和故障信息、與能源調(diào)度相關(guān)的主體生產(chǎn)單元信息等。

故障處理子系統(tǒng)主要包括監(jiān)測(cè)、報(bào)警、信息記錄和歸檔、故障基本分析等。報(bào)警信息包括分級(jí)報(bào)警和多媒體報(bào)警，對(duì)重要現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障信號(hào)、與能源生產(chǎn)相關(guān)的重要生產(chǎn)單元運(yùn)行狀態(tài)、火災(zāi)等進(jìn)行報(bào)警，根據(jù)故障程度、重要性，將報(bào)警信號(hào)進(jìn)行多級(jí)分類，提供相應(yīng)的聲響、語(yǔ)音、畫(huà)面閃光報(bào)警等方式，并提供相應(yīng)的報(bào)警復(fù)歸及提示手段。

基礎(chǔ)能源管理作為能源管理控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要由能源計(jì)劃管理、能源實(shí)績(jī)管理、能源生產(chǎn)運(yùn)行支持、能源質(zhì)量管理、能源成本管理和能源對(duì)標(biāo)分析等模塊組成。這些模塊以能源管理控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，同時(shí)提取ERP/MES系統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)績(jī)和生產(chǎn)計(jì)劃等信息，從整體角度向管理人員提供一體化的安全保障機(jī)制和完善的基礎(chǔ)管理平臺(tái)。

2 公司概況

我國(guó)鋼鐵企業(yè)能源管理控制系統(tǒng)的支撐技術(shù)已較為成熟，可分為以下三種類型［4］:一是以寶鋼、馬鋼等為代表的企業(yè)能源管理中心，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)能源管理的管控一體化設(shè)計(jì)。二是以濟(jì)鋼等為代表的企業(yè)能源管理中心，基本實(shí)現(xiàn)基于計(jì)量數(shù)據(jù)分析的能源管理功能和與信息化系統(tǒng)結(jié)合的離線優(yōu)化。三是其它企業(yè)的能源管理中心，本質(zhì)上是以動(dòng)力計(jì)量采集、管理為主的基礎(chǔ)應(yīng)用，與真正意義上的企業(yè)能源管理中心還有較大差距。

安鋼的能源調(diào)度及管理、計(jì)量及管理、能源在線平衡和調(diào)度、能源系統(tǒng)的異常及故障的報(bào)警與處理等，目前基本上還是按照不同能源介質(zhì)分區(qū)域進(jìn)行，還不具備進(jìn)行能源系統(tǒng)及時(shí)有效的綜合平衡，尤其是還難于實(shí)現(xiàn)不同能源介質(zhì)之間按照總體平衡的需要進(jìn)行及時(shí)相互轉(zhuǎn)換，所以對(duì)公司在動(dòng)態(tài)平衡中實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗帶來(lái)了很多的困難。

能源管理控制系統(tǒng)是企業(yè)自動(dòng)化和信息化的重要組成部分，能為安鋼能源系統(tǒng)的綜合管理(在線和離線管理)提供安全、高效的自動(dòng)化和信息化手段，在公司信息化系統(tǒng)中有重要的地位，ERP或MES完成對(duì)包括能源管理控制系統(tǒng)在內(nèi)的信息集成和一貫制管理。安鋼能源管理控制系統(tǒng)與ERP、MES和PCS的關(guān)系如圖2所示。

圖2 能源管理控制系統(tǒng)與ERP、MES和PCS的關(guān)系

目前，安鋼的能源管理模式、架構(gòu)、組織應(yīng)當(dāng)說(shuō)仍然比較原始、傳統(tǒng)、分散、層次多、分塊多。能源環(huán)保處負(fù)責(zé)能源介質(zhì)管理，環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)等;水、電、煤氣、壓空、蒸汽及大管廊的生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)歸動(dòng)力廠;氧、氮、氬供應(yīng)歸制氧廠;轉(zhuǎn)爐煤氣供應(yīng)及所有的煤氣柜管理歸焦化廠;能源動(dòng)力介質(zhì)計(jì)量歸計(jì)控處等。安鋼在現(xiàn)有能源管理模式下存在的主要問(wèn)題有以下幾方面。

1)管理模式落后，集中化程度低，勞動(dòng)生產(chǎn)率特別低。安鋼的能源系統(tǒng)規(guī)模較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，區(qū)域縱橫交錯(cuò)。傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)管理、運(yùn)行值班和檢修維護(hù)的工作量大，成本高。

2)缺乏集中統(tǒng)一的自動(dòng)化、信息化平臺(tái)。安鋼能源管理缺乏集中統(tǒng)一的監(jiān)、控、調(diào)手段，事故的監(jiān)控、預(yù)測(cè)功能缺失。安鋼的動(dòng)力介質(zhì)調(diào)度仍然采用的是打電話方式，生產(chǎn)調(diào)度室看不見(jiàn)、控不著、詢問(wèn)“盲調(diào)”，沒(méi)有事故的報(bào)警和預(yù)測(cè)功能，缺乏有效的系統(tǒng)防范措施和應(yīng)急預(yù)案，反應(yīng)速度慢，只能是事后分析。

3)能源整體利用水平比較低。先進(jìn)企業(yè)利用二次能源、余熱余能余壓發(fā)電的比例普遍較高。如:馬鋼、寶鋼和湘鋼的比例分別達(dá)到46%、44%和25%(不包括鼓風(fēng))，而安鋼2009年是28%。

3 建設(shè)能源管理控制系統(tǒng)的必要性

3.1 自身發(fā)展需要

2009年度，安鋼能源消耗已占公司總成本的30%左右，比先進(jìn)企業(yè)大致高了8個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)于當(dāng)前鋼鐵行業(yè)所處的薄微利時(shí)代而言，已經(jīng)是不小的差距。這其中就有管理模式落后，缺乏管理手段的原因，而安鋼又缺乏集中、統(tǒng)一、自動(dòng)化、信息化的監(jiān)、控、調(diào)手段和現(xiàn)代管理模式，所以，實(shí)現(xiàn)各種資源的合理、高效配置就很困難。

3.2 成熟的自動(dòng)化、信息化技術(shù)能充分保障系統(tǒng)的建設(shè)和有效性

能源管理控制系統(tǒng)利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使分布于整個(gè)安陽(yáng)鋼鐵的變電所(室)、給排水設(shè)施、煤氣加壓站、空壓站及能源分配設(shè)施等通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的分散控制、集中管理、優(yōu)化配置，對(duì)能源設(shè)施和能源系統(tǒng)實(shí)行集中監(jiān)控和管理［5］。通過(guò)建設(shè)安鋼能源管理控制系統(tǒng)可以達(dá)到如下目的:

1)完善能源信息的采集、存儲(chǔ)、管理和利用。完善的能源信息采集系統(tǒng)，便于獲得第一手資料，實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況、及時(shí)采取調(diào)度措施，使系統(tǒng)盡可能運(yùn)行在最佳狀態(tài)，并將事故的影響降到最低，這在能源系統(tǒng)非常情況下特別有效。

2)對(duì)安鋼能源系統(tǒng)采用分散控制和集中管理。針對(duì)能源工藝系統(tǒng)的分散和能源管理要求集中的特點(diǎn)，建立能源管理控制系統(tǒng)可以滿足能源工藝系統(tǒng)特點(diǎn)的分散控制和集中管理，使安鋼的能源管理水平適應(yīng)企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展需要。

3)減少能源管理環(huán)節(jié)，優(yōu)化能源管理流程，建立客觀能源消耗評(píng)價(jià)體系。能源管理控制系統(tǒng)的建設(shè)能有效實(shí)施客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評(píng)價(jià)體系，減少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及時(shí)了解真實(shí)的能耗情況和提出節(jié)能降耗的技術(shù)和管理措施，向能源管理要效益。

4)優(yōu)化能源調(diào)度和平衡指揮系統(tǒng)，節(jié)約能源和改善環(huán)境。能源管理控制系統(tǒng)的建成，通過(guò)優(yōu)化能源管理的方式和方法，改進(jìn)能源平衡的技術(shù)手段，能有效地減少高爐煤氣的放散，提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收率，采用綜合平衡和燃料轉(zhuǎn)換使用的系統(tǒng)方法，使能源的合理利用達(dá)到一個(gè)新的水平。

5)提高對(duì)全廠性能源事故的反應(yīng)能力，能源調(diào)度可以通過(guò)系統(tǒng)迅速?gòu)娜值慕嵌攘私庀到y(tǒng)的運(yùn)行狀況，故障的影響程度等，及時(shí)采取系統(tǒng)的措施，限制故障范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，并有效恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

從以上分析可以看到，建設(shè)安鋼能源管理控制系統(tǒng)對(duì)提高能源系統(tǒng)運(yùn)行和管理的水平，減少能源消耗，提高供能質(zhì)量，強(qiáng)化和完善能源考核和評(píng)價(jià)體系，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)能減排，改善環(huán)境質(zhì)量，最終提高安鋼產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，都能起到十分重要的作用。

4 在建立能源管理控制系統(tǒng)中面臨的問(wèn)題及解決方法

建立安鋼能源管理控制系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題及解決方法主要有如下幾點(diǎn):

4.1 基礎(chǔ)設(shè)施需大量改造

安鋼現(xiàn)有能源系統(tǒng)的裝備水平較低、能源系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)尤其是數(shù)據(jù)采集儀表和自動(dòng)化水平還較低，需要對(duì)能源設(shè)備進(jìn)行大量系統(tǒng)升級(jí)和技術(shù)改造，提高能源設(shè)備的技術(shù)裝備水平和計(jì)量點(diǎn)的覆蓋面，使之符合系統(tǒng)的基本要求，系統(tǒng)改造任務(wù)量大、覆蓋面廣，項(xiàng)目實(shí)施難度大，必須統(tǒng)籌兼顧、系統(tǒng)實(shí)施。

4.2 改造與生產(chǎn)應(yīng)合理協(xié)調(diào)

安鋼能源管理控制系統(tǒng)建設(shè)的一大難點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的技術(shù)改造，許多基礎(chǔ)自動(dòng)化，在線儀表的升級(jí)或接入必須在線實(shí)施。因此在線改造的安全，可靠實(shí)施，以及對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響必須綜合考慮，項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃也必須與生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備檢修計(jì)劃相適應(yīng)(如二號(hào)煤氣加壓站的改造)。邊生產(chǎn)邊改造的困難大，組織難度也大。需要建立項(xiàng)目管理組進(jìn)行強(qiáng)有力的實(shí)施與推進(jìn)。

4.3 能源管理模式必須適應(yīng)新型能源管理體系

建立的新型能源管理體系，必須有合理的能源管理模式為之配套，必須通過(guò)組織機(jī)構(gòu)的相應(yīng)變化，調(diào)整和優(yōu)化能源管理控制系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理職能。需要對(duì)公司能源管理流程重新梳理，各種規(guī)章制度需重新修訂和完善。

能源管理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及到過(guò)程測(cè)量、數(shù)據(jù)采集等環(huán)節(jié)，同時(shí)也涉及到水、電、風(fēng)等諸多工藝專業(yè)，如何建立合理的能源管理模式，也是安鋼能源管理控制系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施的難點(diǎn)之一。能源管理控制系統(tǒng)不僅僅是一個(gè)信息系統(tǒng)，本質(zhì)上也是一個(gè)在線的生產(chǎn)系統(tǒng)，因此在項(xiàng)目前期就應(yīng)著手研究系統(tǒng)將來(lái)的運(yùn)行維護(hù)等基礎(chǔ)保障手段。

5 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)建成后可以使安鋼能源管控的自動(dòng)化水平躍上新的高度，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，建設(shè)安鋼能源管理控制系統(tǒng)，對(duì)安鋼是必要的，對(duì)社會(huì)是重要的，在技術(shù)上是可行的。能源管理控制系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)所帶來(lái)的能源的節(jié)約、環(huán)境的保護(hù)等巨大效能已經(jīng)越來(lái)越被各企業(yè)所認(rèn)知和重視。

隨著國(guó)家能源供需矛盾的進(jìn)一步擴(kuò)大、環(huán)境保護(hù)政策的進(jìn)一步強(qiáng)化以及企業(yè)自身生產(chǎn)成本的不斷優(yōu)化，能源管理控制系統(tǒng)技術(shù)必將為我國(guó)鋼鐵工業(yè)普遍采用，將迎來(lái)一個(gè)建設(shè)能源管理控制系統(tǒng)的高潮，這必將會(huì)對(duì)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的節(jié)能降耗和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生積極的作用。

［1］ 蔣平，李博，曾文清.馬鋼新區(qū)能源中心的建設(shè)及探討［J］.冶金能源，2009，28(3):3 －5.

［2］ 馮晶，田小果.EMS系統(tǒng)在鋼鐵廠能源中心的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化與儀器儀表，2005，(3):35 －44.

［3］ 馮為民，叢力群.冶金企業(yè)能源管理系統(tǒng)［J］.控制工程，2005，12(6):557－560.

［4］ 王鼎，方喆.能源中心在寶鋼能源生產(chǎn)中的作用和發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)冶金，2005，15(1):21 －23.

［5］ 王鼎，馮為民，薄宏偉.寶鋼能源集散控制與管理系統(tǒng)［J］.上海節(jié)能，2002，(2):7 －10.

DISCUSSION ABOUT THE ENERGY MANAGEMENT AND CONTROL SYSTEM IN ANYANG STEEL

Wang Zhenya Lu Yinbei Huang Jie Zhang Aifang Wang Wei

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

This paper introduces the principle and function of energy manage and control system，states its necessity to built energy manage and control system on the basis of the actual situation in Anyang Steel and investigates the remaining problems and solution.

energy management and controlenergy balance energy management

*

聯(lián)系人:路銀北，碩士，高級(jí)工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司計(jì)量控制處;

2012—2—1