淺議安鋼能源管理控制系統(tǒng)

王振亞 路銀北 黃杰 張愛芳 王偉

(安陽鋼鐵股份有限公司)

淺議安鋼能源管理控制系統(tǒng)

王振亞 路銀北 黃杰 張愛芳 王偉

(安陽鋼鐵股份有限公司)

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)中面臨的問題及解決方法進行了探討。

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)，其耗能量占我國總能耗的10%左右。在鋼鐵總成本中，能耗費用占20%至35%，不同的裝備水平、工藝流程、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和能源管理水平對能源消耗都會產(chǎn)生不同的影響［1］。在當前節(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)是一種可以實現(xiàn)分散采集、集中監(jiān)視、統(tǒng)一管理、平衡調(diào)度的實時在線計算機網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)。采用的基礎(chǔ)技術(shù)包括計量檢測技術(shù)、控制技術(shù)、系統(tǒng)集成和應(yīng)用集成技術(shù)、現(xiàn)代計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和預(yù)測技術(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)過程的重要參數(shù)和相關(guān)能源數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理、分析并結(jié)合對生產(chǎn)工藝過程評估，實時提供在線能源系統(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)的運行、管理效率的同時，為安鋼提供一個成熟的、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)一套先進的、可靠的、安全的能源系統(tǒng)運行、操作和管理平臺，實現(xiàn)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟平衡、節(jié)能減排、優(yōu)質(zhì)環(huán)保的基本目標。

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，中間層為實時數(shù)據(jù)處理層，上層為應(yīng)用管理層。數(shù)據(jù)采集層由PLC、遠程I/O或RTU及現(xiàn)場檢測、執(zhí)行設(shè)備等組成，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和實時控制;中間層主要設(shè)備是I/O服務(wù)器，主要完成實時數(shù)據(jù)處理和短時歸檔。上層主要設(shè)備有應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(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)采集和過程監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集是指通過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)、計量數(shù)據(jù)、動力公輔系統(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、報警、信息記錄和歸檔、故障基本分析等。報警信息包括分級報警和多媒體報警，對重要現(xiàn)場設(shè)備的故障信號、與能源生產(chǎn)相關(guān)的重要生產(chǎn)單元運行狀態(tài)、火災(zāi)等進行報警，根據(jù)故障程度、重要性，將報警信號進行多級分類，提供相應(yīng)的聲響、語音、畫面閃光報警等方式，并提供相應(yīng)的報警復(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，主要由能源計劃管理、能源實績管理、能源生產(chǎn)運行支持、能源質(zhì)量管理、能源成本管理和能源對標分析等模塊組成。這些模塊以能源管理控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，同時提取ERP/MES系統(tǒng)的生產(chǎn)實績和生產(chǎn)計劃等信息，從整體角度向管理人員提供一體化的安全保障機制和完善的基礎(chǔ)管理平臺。

2 公司概況

我國鋼鐵企業(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，實現(xiàn)了企業(yè)能源管理的管控一體化設(shè)計。二是以濟鋼等為代表的企業(yè)能源管理中心，基本實現(xiàn)基于計量數(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)上是以動力計量采集、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)域進行，還不具備進行能源系統(tǒng)及時有效的綜合平衡，尤其是還難于實現(xiàn)不同能源介質(zhì)之間按照總體平衡的需要進行及時相互轉(zhuǎn)換，所以對公司在動態(tài)平衡中實現(xiàn)節(jié)能降耗帶來了很多的困難。

能源管理控制系統(tǒng)是企業(yè)自動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)當說仍然比較原始、傳統(tǒng)、分散、層次多、分塊多。能源環(huán)保處負責能源介質(zhì)管理，環(huán)境保護監(jiān)測等;水、電、煤氣、壓空、蒸汽及大管廊的生產(chǎn)運行維護歸動力廠;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;能源動力介質(zhì)計量歸計控處等。安鋼在現(xiàn)有能源管理模式下存在的主要問題有以下幾方面。

1)管理模式落后，集中化程度低，勞動生產(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。傳統(tǒng)的現(xiàn)場管理、運行值班和檢修維護的工作量大，成本高。

2)缺乏集中統(tǒng)一的自動化、信息化平臺。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)測功能缺失。安鋼的動力介質(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、控不著、詢問“盲調(diào)”，沒有事故的報警和預(yù)測功能，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到46%、44%和25%(不包括鼓風)，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，比先進企業(yè)大致高了8個百分點。對于當前鋼鐵行業(yè)所處的薄微利時代而言，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、自動化、信息化的監(jiān)、控、調(diào)手段和現(xiàn)代管理模式，所以，實現(xiàn)各種資源的合理、高效配置就很困難。

3.2 成熟的自動化、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)利用先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使分布于整個安陽鋼鐵的變電所(室)、給排水設(shè)施、煤氣加壓站、空壓站及能源分配設(shè)施等通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的分散控制、集中管理、優(yōu)化配置，對能源設(shè)施和能源系統(tǒng)實行集中監(jiān)控和管理［5］。通過建設(shè)安鋼能源管理控制系統(tǒng)可以達到如下目的:

1)完善能源信息的采集、存儲、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，實時掌握系統(tǒng)運行情況、及時采取調(diào)度措施，使系統(tǒng)盡可能運行在最佳狀態(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)對安鋼能源系統(tǒng)采用分散控制和集中管理。針對能源工藝系統(tǒng)的分散和能源管理要求集中的特點，建立能源管理控制系統(tǒng)可以滿足能源工藝系統(tǒng)特點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價體系。能源管理控制系統(tǒng)的建設(shè)能有效實施客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評價體系，減少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及時了解真實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，通過優(yōu)化能源管理的方式和方法，改進能源平衡的技術(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到一個新的水平。

5)提高對全廠性能源事故的反應(yīng)能力，能源調(diào)度可以通過系統(tǒng)迅速從全局的角度了解系統(tǒng)的運行狀況，故障的影響程度等，及時采取系統(tǒng)的措施，限制故障范圍的進一步擴大，并有效恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行。

從以上分析可以看到，建設(shè)安鋼能源管理控制系統(tǒng)對提高能源系統(tǒng)運行和管理的水平，減少能源消耗，提高供能質(zhì)量，強化和完善能源考核和評價體系，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)能減排，改善環(huán)境質(zhì)量，最終提高安鋼產(chǎn)品的市場競爭力，都能起到十分重要的作用。

4 在建立能源管理控制系統(tǒng)中面臨的問題及解決方法

建立安鋼能源管理控制系統(tǒng)所面臨的問題及解決方法主要有如下幾點:

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、控制系統(tǒng)尤其是數(shù)據(jù)采集儀表和自動化水平還較低，需要對能源設(shè)備進行大量系統(tǒng)升級和技術(shù)改造，提高能源設(shè)備的技術(shù)裝備水平和計量點的覆蓋面，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，項目實施難度大，必須統(tǒng)籌兼顧、系統(tǒng)實施。

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)的一大難點是現(xiàn)場系統(tǒng)的技術(shù)改造，許多基礎(chǔ)自動化，在線儀表的升級或接入必須在線實施。因此在線改造的安全，可靠實施，以及對于生產(chǎn)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響必須綜合考慮，項目實施計劃也必須與生產(chǎn)計劃、設(shè)備檢修計劃相適應(yīng)(如二號煤氣加壓站的改造)。邊生產(chǎn)邊改造的困難大，組織難度也大。需要建立項目管理組進行強有力的實施與推進。

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，必須通過組織機構(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，涉及到過程測量、數(shù)據(jù)采集等環(huán)節(jié)，同時也涉及到水、電、風等諸多工藝專業(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)項目實施的難點之一。能源管理控制系統(tǒng)不僅僅是一個信息系統(tǒng)，本質(zhì)上也是一個在線的生產(chǎn)系統(tǒng)，因此在項目前期就應(yīng)著手研究系統(tǒng)將來的運行維護等基礎(chǔ)保障手段。

5 結(jié)語

系統(tǒng)建成后可以使安鋼能源管控的自動化水平躍上新的高度，達到國內(nèi)先進水平，建設(shè)安鋼能源管理控制系統(tǒng)，對安鋼是必要的，對社會是重要的，在技術(shù)上是可行的。能源管理控制系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)所帶來的能源的節(jié)約、環(huán)境的保護等巨大效能已經(jīng)越來越被各企業(yè)所認知和重視。

隨著國家能源供需矛盾的進一步擴大、環(huán)境保護政策的進一步強化以及企業(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)必將為我國鋼鐵工業(yè)普遍采用，將迎來一個建設(shè)能源管理控制系統(tǒng)的高潮，這必將會對我國鋼鐵工業(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［J］.中國冶金，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

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

2012—2—1