能源管理平臺在礦山中的應(yīng)用

楊靜亞

(廣東韶關(guān)凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關(guān)市 512325)

建設(shè)能源管理平臺是“十二五”期間國家重點節(jié)能項目，凡口鉛鋅礦是我國主要的鉛鋅礦產(chǎn)地之一，其主要能源為電能，連續(xù)生產(chǎn)需要雙回路供電，對供電安全要求高，結(jié)合礦山能源使用的實際情況，在控制技術(shù)、信息技術(shù)、能源系統(tǒng)工程及管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，礦區(qū)于2013年開始了能源管理中心整體架構(gòu)和平臺的開發(fā)應(yīng)用，并于2016年試運行，至今已運行一年時間。該管理平臺不僅是企業(yè)能源信息在線采集和監(jiān)視的中心，也是企業(yè)合理使用能源的決策、調(diào)度和控制指揮中心，其可以對各種能源過程進行監(jiān)視、分析和記錄，能自動生成各級能源報表，使管理者對能源成本比重、發(fā)展趨勢能準確的把握，并將礦山的能源消耗計劃分解到各生產(chǎn)部門及車間，使節(jié)能工作責(zé)任明確，促進企業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。

1 系統(tǒng)概述

根據(jù)國標《能源管理體系》GB/T23331-2012以及凡口鉛鋅礦能源管理現(xiàn)狀和需求，開發(fā)了設(shè)備能源管理系統(tǒng)(見圖1)，包括：生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，配電(電調(diào))系統(tǒng)，能源管理系統(tǒng)，設(shè)備管理系統(tǒng)，WEB系統(tǒng)，計量器具管理系統(tǒng)。

能源管理系統(tǒng)的計量主要采用EPM5500P電力測量系統(tǒng)對各工藝設(shè)備線路進行測量，采集用電設(shè)備的三相電量，并通過專用網(wǎng)絡(luò)將測量的數(shù)據(jù)接入MODBUSS通訊管理機，再通過TCP/IP通訊協(xié)議接入中心環(huán)網(wǎng)。中心環(huán)網(wǎng)采用星型+環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，在整個網(wǎng)絡(luò)中，某個站點的故障不會導(dǎo)致主網(wǎng)的全面崩潰，有效的保證了系統(tǒng)的正常運作，便于排查故障的網(wǎng)絡(luò)點，方便維護服務(wù)器。工程師站，操作員站以及大屏幕通過訪問中心環(huán)網(wǎng)讀取各類數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行歸類處理，并按照需要顯示出來。電能數(shù)據(jù)采集對象應(yīng)按照工藝流程、設(shè)備線路的重要性和容量，能源系統(tǒng)輸配、能源管理的精度來選擇。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用分散采集方式，以減少系統(tǒng)風(fēng)險和提高系統(tǒng)的安全性和可維護性。

本項目選用西門子公司針對廣域/分布式SCADA系統(tǒng)的PVSS產(chǎn)品解決方案，系統(tǒng)使用完全基于Client/Server的HMI/SCADA軟件，具有C/S分布式架構(gòu)軟件的所有功能，可以遠程監(jiān)視節(jié)點的所有數(shù)據(jù)點，可在線遠程組態(tài)。

項目軟件由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用模塊組成。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)Windows 7平臺軟件、PVSS綜合自動化軟件平臺，Oracle數(shù)據(jù)庫軟件和組態(tài)軟件WinCCOA。SCADA 系統(tǒng)是性能強大且易于擴展的大型分布式系統(tǒng)，PVSS開發(fā)系統(tǒng)能支持大量第三方通訊協(xié)議，可以方便識別和讀取各個PLC數(shù)據(jù)，對新建的PLC系統(tǒng)也可實現(xiàn)組態(tài)監(jiān)控，能為該系統(tǒng)提供完備的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集功能和開放性的管理與開發(fā)功能，使用WinCCOA組態(tài)軟件，修改靈活，動態(tài)畫面美觀，數(shù)據(jù)保存時間長，可以很好的滿足凡口鉛鋅礦能源管理平臺的要求。

2 應(yīng)用模塊

結(jié)合本企業(yè)實際情況，該管理平臺分成四大模塊，分別是電力調(diào)度模塊，能源管理模塊，設(shè)備管理模塊和系統(tǒng)監(jiān)控模塊。

電力調(diào)度模塊主要采集凡口變電站、獅嶺站、選廠高壓、采礦井下、地面高壓等12條6KV線路運行數(shù)據(jù)，以及全礦主要生產(chǎn)車間低壓(采礦、選廠、水電)與光纖主干環(huán)網(wǎng)的接入，主要配電設(shè)備運行參數(shù)，并送至數(shù)據(jù)服務(wù)器，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行狀態(tài)進行監(jiān)測以及大屏幕顯示。凡口鉛鋅礦是雙路供電，大屏幕可以實現(xiàn)對兩條線路負荷進行調(diào)整，避免出現(xiàn)單條線路負荷過重，使整個電網(wǎng)安全可靠運行并保證電能質(zhì)量。大屏幕顯示可以使工作人員實時掌握系統(tǒng)狀態(tài)，直觀地看到全礦的供電網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)，方便對電力系統(tǒng)運行的組織、指揮、指導(dǎo)和協(xié)調(diào)。

能源管理模塊主要進行廠級、車間級、工序級、設(shè)備級的能源查看以及生成各級能源報表，分析能源使用狀態(tài)，方便找出降低單位產(chǎn)品能源消耗的途徑，提高經(jīng)濟效益。結(jié)合本企業(yè)實際情況，該管理模塊分為：能源監(jiān)視、能源實績、能耗統(tǒng)計、能耗分析、能源考核、能源監(jiān)察、能源平衡、建模預(yù)測、計劃采購、能計器具、文檔管理、人力資源、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)報表共14個子模塊?？梢酝瓿赡茉幢O(jiān)測、能耗分析、能源考核、建模預(yù)測、設(shè)備運行記錄、文檔管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、能源報表管理等多種功能?？蓪φ麄€工藝設(shè)備線路進行分類、分項、分設(shè)備計量，同時對各工藝流程、設(shè)備及線路實施在線監(jiān)測、實時計量、及時匯總。

圖1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)柘撲圖

該項目投入使用后，能源設(shè)備的運行參數(shù)可以存儲在服務(wù)器中，在客戶端上按需顯示，監(jiān)視與管理電、水、氣、油等能源的使用情況。能源數(shù)據(jù)報警及趨勢方便可查。建立廠級、車間級、工序級和設(shè)備級的能源信息檔案，對能源數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，并生成報表。通過客戶端軟件和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，根據(jù)用戶權(quán)限，可對能源系統(tǒng)相關(guān)頁面進行瀏覽、數(shù)據(jù)查詢與打印等操作。

設(shè)備管理模塊根據(jù)有色行業(yè)設(shè)備能源管理發(fā)展趨勢，結(jié)合凡口鉛鋅礦設(shè)備管理制度及流程，建立企業(yè)設(shè)備能源管理與維護的評估指標體系，并基于PVSS平臺進行礦山設(shè)備管理在線運行監(jiān)控開發(fā)，具體包括設(shè)備能耗監(jiān)測，在線運行監(jiān)控，運行記錄查詢，設(shè)備故障查詢，設(shè)備檔案管理，設(shè)備維修與維護管理等。主要是監(jiān)控重點設(shè)備和一類設(shè)備，記錄各類設(shè)備的運行狀態(tài)和運行參數(shù)，以及維修維護情況，提供設(shè)備的日常維護，維修檢修，備品備件，大修技改的各類文檔記錄。設(shè)備管理模塊功能涵蓋了設(shè)備實時監(jiān)測，分析和報表，各類流程管理(包含各類管理業(yè)務(wù)流程)，固定資產(chǎn)管理(包括設(shè)備入庫、報廢、調(diào)撥、分類查詢等)，特種設(shè)備管理(包括到期報檢、維修維護信息錄入等)，計量器具管理(包括到期報檢、停用、啟用、報廢等)，技改大修的流程管理及所有設(shè)備的檔案管理(包括主要備件庫存、圖紙技術(shù)資料、維修維護記錄等)。

系統(tǒng)監(jiān)控模塊將凡口鉛鋅礦現(xiàn)有的采礦系統(tǒng) ，選礦系統(tǒng)，供水供電，精礦外運等遠程監(jiān)控系統(tǒng)一并接入，便于管理人員實時監(jiān)測管理主要生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)。并且針對凡口鉛鋅礦壓風(fēng)、通風(fēng)、排水環(huán)節(jié)工作環(huán)境較差，操作不便的問題，增加了壓風(fēng)、通風(fēng)、排水的實時監(jiān)控系統(tǒng)，可以遠程監(jiān)控各工作點的工作狀態(tài)，實現(xiàn)遠程控制，減少操作人員頻繁上下井，改善操作人員的工作環(huán)境，確保生產(chǎn)安全。以采礦系統(tǒng)為例，采礦現(xiàn)有井下6個水泵房，井上2個水泵房，風(fēng)井3個，壓風(fēng)站1個，共12個班組，人員約100人。能源管理系統(tǒng)集中監(jiān)控中心全部完成后，已經(jīng)實現(xiàn)以上監(jiān)測點的集中監(jiān)控，現(xiàn)場實現(xiàn)無人值守，相關(guān)操作人員全部在集中控制室監(jiān)控操作，工作環(huán)境大為改善，且現(xiàn)在僅有人工35人，比以前減少65人，每人人工成本按8萬元/a，共節(jié)約人力成本520萬/a。

3 數(shù)據(jù)處理

能源管理系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，核心交換機選用西門子羅杰康RX5000，環(huán)網(wǎng)交換機選用西門子羅杰康RX1500，IBM服務(wù)器包括PVSS冗余服務(wù)器2臺，Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)器1臺，WEB服務(wù)器1臺，SQL Server服務(wù)器1臺，數(shù)據(jù)采集設(shè)備有西門子S7系列PLC，MOXA通訊管理機，其它系統(tǒng)選用OPC服務(wù)器。

數(shù)據(jù)流分為數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)存儲層和數(shù)據(jù)展示層。數(shù)據(jù)采集層通過各種測量系統(tǒng)將凡口鉛鋅礦主要生產(chǎn)設(shè)備及工藝的能耗、控制、運行參數(shù)等多種信號和參數(shù)數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)集中在能源管理平臺的中心環(huán)網(wǎng)上，生成企業(yè)能源管理中心的數(shù)據(jù)庫，為能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析提供可靠真實的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲層中，企業(yè)能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用工業(yè)企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，做為分布式數(shù)據(jù)管理平臺，可實時、在線監(jiān)測能耗及各類設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，為能源管理平臺的能耗數(shù)據(jù)匯總與設(shè)備運行數(shù)據(jù)歸檔存儲提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保證能耗數(shù)據(jù)的實時性、準確性、有效性。也可以通過歷史數(shù)據(jù)，查看某單套設(shè)備或工藝的歷史能耗及運行數(shù)據(jù)，分析該設(shè)備中工藝的能耗變化原因。數(shù)據(jù)展示層主要指大屏幕顯示系統(tǒng)、工程師站、操作員站等顯示終端。根據(jù)不同的管理權(quán)限，實現(xiàn)系統(tǒng)的運行狀態(tài)監(jiān)視、歷史查詢、報表打印等功能。

企業(yè)能源管理系統(tǒng)展示平臺可通過各種報表、曲線、餅圖等多種形式，為用戶展現(xiàn)能源分析、能源實績、能耗對比、能源對標、能源報表及相應(yīng)的各項管理功能。用戶可通過C/S或根據(jù)需求特制方式訪問能源管理平臺，完成對各監(jiān)測子站設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及存儲歸檔、控制、故障處理、報警等任務(wù)，對設(shè)備運行狀態(tài)和配電情況進行監(jiān)視和管理。

4 使用效果

能源管理平臺運行一年多來，很好地指導(dǎo)了企業(yè)用能管理，有效的提高能源使用效率，降低企業(yè)能源單耗。凡口鉛鋅礦需量費按兩條進線的當(dāng)月最大值相加計算，超過協(xié)定值時，價格翻倍。2017年通過調(diào)整兩條進線的負荷水平，控制全礦最大需量在合理值范圍內(nèi)，實現(xiàn)了前三季度均未超出協(xié)定值，比2016年同期減少需量費約80萬元。通過配電(電調(diào))系統(tǒng)，合理調(diào)整部分設(shè)備的開停機時間，利用峰平谷期的電價差，2017年比2016年同期節(jié)約電費約25萬元。利用部分操作系統(tǒng)的集中控制，減少操作人員約80人。

有色金屬行業(yè)能耗居高不下是長期困擾企業(yè)的難題，通過能源管理平臺，建立網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)，借助平臺在企業(yè)內(nèi)部推行能源管理體系，合理監(jiān)控調(diào)整生產(chǎn)各環(huán)節(jié)用能，通過能耗系統(tǒng)的精細化管理促進企業(yè)的能源管理水平，根據(jù)能源結(jié)構(gòu)及監(jiān)測數(shù)據(jù)確定能源管理的考核標準，指導(dǎo)礦山合理用能，提高能源使用效率，從而降低企業(yè)能源成本，并使企業(yè)的信息化管理邁上了一個新臺階。

參考文獻：

[1]湖北博華自動化系統(tǒng)工程有限公司.設(shè)備能源管理系統(tǒng)操作使用說明書[R].2017:1-80.