1．行業(yè)背景

1.1．現(xiàn)狀

鋼鐵企業(yè)是消耗能源的大戶，在有的國家要占全國總能耗的15%，在我國也要占10%左右，因此如何搞好鋼鐵工業(yè)的能源管理，以達(dá)到節(jié)能增效的目的，是發(fā)展鋼鐵工業(yè)的重要任務(wù)之一。我國噸鋼能耗比世界先進(jìn)水平高出20—30%，主要原因是鐵鋼比高，高爐余壓發(fā)電，干熄焦等大型有效的節(jié)能環(huán)保裝置配備率低，高爐，轉(zhuǎn)爐煤氣等余能余熱回收利用率低。同時(shí)，更重要的是鋼鐵工業(yè)節(jié)能措施，不能只對單個(gè)設(shè)備，單一工藝進(jìn)行節(jié)能，而應(yīng)從企業(yè)整體出發(fā)，進(jìn)行全流程綜合考慮和系統(tǒng)節(jié)能。這樣才能以較少的投入，實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能效果，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2．需求分析

鋼鐵廠的能源消耗約占鋼鐵成本的比例約20%-30%，不同的裝備水平，工藝流程，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和能源管理水平對能源消耗都會產(chǎn)生不同的影響。把能源管理系統(tǒng)（EMS）作為大型企業(yè)自動(dòng)化和信息化的重要組成部分，不僅對能源的統(tǒng)一調(diào)度、優(yōu)化煤氣平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質(zhì)量、降低噸鋼能耗和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有重要作用，而且對于事故預(yù)案策略的制定和執(zhí)行、事故原因的快速分析和及時(shí)判斷處理、能源供需的合理調(diào)整和平衡以及在客觀信息基礎(chǔ)上的能源實(shí)績分析、能源計(jì)劃編制、能源質(zhì)量管理、能源系統(tǒng)的預(yù)測等都將是十分有效的。

2．能耗計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及開發(fā)

2.1．方案設(shè)計(jì)簡介

能源管理系統(tǒng)的建立不僅對濟(jì)鋼能源的統(tǒng)一調(diào)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、優(yōu)化煤氣平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質(zhì)量、降低噸鋼能耗都將發(fā)揮重要作用，而且它對于事故預(yù)案的制定和執(zhí)行、事故原因的快速分析和事故的及時(shí)判斷處理、正常和異常情況時(shí)的能源供需的合理調(diào)整和平衡都是十分有效的。

鋼廠能源管理控制系統(tǒng)（Energy management system，簡稱EMS）是鋼廠信息化系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、分析，處理以實(shí)現(xiàn)對能源設(shè)備、能源實(shí)績、能源計(jì)劃、能源平衡、能源預(yù)測等全方位的監(jiān)控和管理功能。

鋼廠能源管理控制系統(tǒng)（EMS）的設(shè)計(jì)，按照集過程監(jiān)控、能源管理、能源調(diào)度為一體的廠級管控一體化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理念進(jìn)行。監(jiān)控管理的主要能源介質(zhì)有：電力、煤氣（焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、混合煤氣）、壓縮空氣、氧氣、氮?dú)狻?、蒸汽、生產(chǎn)水、生活水等。能源管理控制系統(tǒng)的建立對濟(jì)鋼能源系統(tǒng)加快實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一調(diào)度、在公司層面優(yōu)化煤氣平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質(zhì)量、降低噸鋼能耗、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和能源管理水平將起到十分明顯的促進(jìn)作用。通過能源管理控制中心實(shí)現(xiàn)對各種能源介質(zhì)的優(yōu)化決策調(diào)度，及時(shí)了解和掌握各種能源的生產(chǎn)、使用和運(yùn)行工況，做到科學(xué)決策，正確指揮，確保安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)型到分析型調(diào)度職能的轉(zhuǎn)變。

整個(gè)EMS系統(tǒng)分成煤氣調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)、水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、氣系統(tǒng)（氧氣、氮?dú)狻嚎s空氣）及蒸汽等調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2鋼廠能源系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

能源介質(zhì)數(shù)據(jù)采集、能源設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、基本能源管理。

1)數(shù)據(jù)采集功能

將全公司的能源數(shù)據(jù)采集進(jìn)入系統(tǒng)，供數(shù)據(jù)監(jiān)視、報(bào)警、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等用。

2)監(jiān)控功能

工藝監(jiān)視功能: 以大屏幕工藝圖或者常規(guī)操作員站工藝圖方式，對全廠能源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視。

報(bào)警功能： 對全廠能源系統(tǒng)的設(shè)備異常，工藝異常，能源質(zhì)量異常等給出分類聲光警報(bào)；

歷史趨勢功能：通過數(shù)據(jù)歷史曲線和實(shí)施趨勢，進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)分析。

遠(yuǎn)程控制功能：對煤氣加壓混合系統(tǒng)，煤氣放散系統(tǒng)，發(fā)電變電系統(tǒng)用電調(diào)度，進(jìn)行能源中心遠(yuǎn)程遙控。

煤氣平衡預(yù)測功能：基于煤氣管網(wǎng)模型以及煤氣發(fā)生、耗用和放散歷史數(shù)據(jù)，對煤氣柜位進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測，幫助調(diào)度人員進(jìn)行煤氣實(shí)時(shí)平衡調(diào)度。

運(yùn)行報(bào)表功能：自動(dòng)生成能源生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表。

3)基本能源管理功能

將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、分析和整理，結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃的數(shù)據(jù)，進(jìn)行能源管理工作，包括能源實(shí)績分析管理、能源質(zhì)量管理、能源平衡管理、能源預(yù)測分析、運(yùn)行管理支持等。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)拓?fù)鋱D

典型能源系統(tǒng)架構(gòu)包括能源調(diào)度管理中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元等三級物理結(jié)構(gòu)（如圖示）。

1） 以SCADA軟件為核心，建立I/O Server實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)在線的數(shù)據(jù)監(jiān)視、工藝操作和實(shí)時(shí)的能源管理功能；基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)具有模型背景的能源管理功能并對外提供接口。

2） 采用工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)，建立分區(qū)域的冗余環(huán)網(wǎng)，環(huán)與環(huán)之間采用耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，從而建立高可靠專有的能源數(shù)據(jù)采集通訊網(wǎng)絡(luò)。

3） 以力控通信網(wǎng)管服務(wù)器pFieldComm產(chǎn)品為核心，通過數(shù)據(jù)采集、通訊、協(xié)議轉(zhuǎn)換等技術(shù)手段，將能源介質(zhì)參數(shù)的采集與生產(chǎn)控制系統(tǒng)隔離，提供連續(xù)、真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3. SCADA軟件

采用國際主流的SCADA軟件建立I/O Server實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器功能，通過在線的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流程圖、參數(shù)表、趨勢曲線等監(jiān)控功能，并與關(guān)系數(shù)據(jù)庫建立通訊。

1) 對企業(yè)能源進(jìn)行集中監(jiān)視、測量、控制和管理，實(shí)現(xiàn)能源實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)存儲、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)、分析功能，實(shí)現(xiàn)能源管理的自動(dòng)化。

2) 充分利用真實(shí)數(shù)據(jù)，作為節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)分析的依據(jù)，避免了人為判斷的疏失，幫助企業(yè)強(qiáng)化能源消耗、能源核算管理，使企業(yè)管理科學(xué)。

3) 幫助企業(yè)提高能源管理效率和質(zhì)量，減少人力成本，強(qiáng)化基礎(chǔ)信息設(shè)施建設(shè)，提高企業(yè)信息化水平。

4) 實(shí)時(shí)監(jiān)測產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、大耗能設(shè)備的能源利用，分析各部門資源利用效率和節(jié)能潛力；統(tǒng)計(jì)各部門、各車間能源消耗狀況。

5) 為企業(yè)信息系統(tǒng)提供包括企業(yè)能耗成本、企業(yè)能耗定額的管理，為整個(gè)企業(yè)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞與共享，提供一個(gè)完備的信息平臺。

6) 可根據(jù)需要設(shè)置或自動(dòng)生成企業(yè)能源管理所需的各類報(bào)表(各類能源運(yùn)行的值班記錄表、日報(bào)、月報(bào)、年報(bào)表等)

7) 編制、下達(dá)、調(diào)整旬、月、季和年度能源計(jì)劃，制定企業(yè)能源平衡表