化工企業(yè)能源在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用

王旭東

(天津長蘆海晶集團有限公司，天津 300450)

能源在線監(jiān)測系統(tǒng)是通過現(xiàn)代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和分布式控制技術(shù)，建立完善的能耗監(jiān)測、管理體系，在線監(jiān)測化工企業(yè)的生產(chǎn)能耗動態(tài)過程，收集生產(chǎn)過程中大量分散的能耗數(shù)據(jù)，提供實時及歷史數(shù)據(jù)分析、對比功能，以發(fā)現(xiàn)能源消耗過程和結(jié)構(gòu)中存在的問題。通過優(yōu)化運行方式和用能結(jié)構(gòu)以及建立化工企業(yè)能耗評估、管理體系，實現(xiàn)公司對能源的計劃、生產(chǎn)、實績、輸配、調(diào)度、分析等各方面全方位的管理，以最少的人力、最先進的手段、最有效的體制、最完整的信息作為支撐[1]。使企業(yè)更好地完成資源調(diào)配、生產(chǎn)組織、部門結(jié)算、成本核算，需要建立一套有效的能源數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，為實現(xiàn)能源自動化調(diào)控打下堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

(1)數(shù)據(jù)采集、接入層。各類能耗采集終端通過RS485總線等方式接入數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，對能耗數(shù)據(jù)進行實時采集，并打包、發(fā)送；通信層，通過局域網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。

(2)傳輸層。將各類能耗數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或其他方式上傳。

(3)信息處理、展示層。通過對能耗數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)計、分析，以多媒體、移動端、網(wǎng)頁等多種形式進行展示。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計

(1)圖形監(jiān)控。按照“分類、分層、分顯、分控、分環(huán)”的設(shè)計思想，建立能源監(jiān)控模塊。即：按能源介質(zhì)分類(電、天然氣、氧氣、壓縮空氣、水、蒸汽等)，按生產(chǎn)區(qū)域分層(全廠畫面、區(qū)域畫面、單體畫面)，按操作用途進行分顯(過程畫面、操作畫面、報警畫面)，按控制要求分控(就地控制、現(xiàn)場控制、能中控制)，按能源流程進行分環(huán)(發(fā)生環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、輸配環(huán)節(jié)、使用環(huán)節(jié))。在各監(jiān)控畫面中，將關(guān)鍵參數(shù)群作為主控關(guān)鍵點，確保信息的及時性、完整性、冗余性、可信性、可判性。

(2)數(shù)據(jù)監(jiān)測。系統(tǒng)實時監(jiān)視公司能源介質(zhì)、設(shè)備運行參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)問題，為采取措施提供支持，使生產(chǎn)、能源調(diào)度更準(zhǔn)確。系統(tǒng)具備流程圖、趨勢圖、表格、管網(wǎng)圖等形式的監(jiān)控方式，監(jiān)控范圍(設(shè)備、工序或車間、公司)和監(jiān)控能源種類(固體燃料、煤氣、水、電、汽、風(fēng)等)能夠任意組合形成各種監(jiān)控畫面。

(3)能源統(tǒng)計分析。主要依據(jù)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分析公司、裝置的主要單耗或重點能效指標(biāo)。分別從各個層級觀察當(dāng)前各區(qū)域能效(包括廠級能效、裝置能效以及設(shè)備能效，一般以單耗指標(biāo)表征)是否正常，因此能夠較為全面地反映當(dāng)前能耗水平。

(4)能源實績管理。實現(xiàn)對各種能源介質(zhì)按工序及重點耗能設(shè)備、按能源介質(zhì)種類、按能源介質(zhì)屬性(消耗量、發(fā)生量、回收量等)進行采集、抽取和整理，取得能源生產(chǎn)運行的實績數(shù)據(jù)，自動實現(xiàn)各種能源介質(zhì)的日能源實績報表、月能源實績報表等。能源管控部門編制的能源供需實績報表為公司的唯一能源消耗數(shù)據(jù)來源，所有部門均以此數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)編制各類其他報表。

(5)用能考核管理。結(jié)合公司用能計劃、能效指標(biāo)等，按照公司考核指標(biāo)體系，通過系統(tǒng)能源分析功能對計劃、定額等進行分析。對公司、分廠、部門、班組、個人的實時和階段考核，實現(xiàn)能源管理的精細(xì)化和全面化，將節(jié)能降耗工作落到實處。

能源考核的主要對象是各用能單元，考核內(nèi)容包括主要產(chǎn)品的單耗、主要工序的生產(chǎn)能效等不同的考核指標(biāo)，設(shè)定用能的限定值、標(biāo)準(zhǔn)值和優(yōu)秀值，實現(xiàn)按照單位產(chǎn)品的能耗考核。

(6)能源統(tǒng)計報表。全面、準(zhǔn)確、及時地反映公司和各用能工序能源使用狀況，編制公司能源平衡報表和各種對內(nèi)對外能源報表。統(tǒng)計報表功能是根據(jù)公司管理活動需要，用于定時上報，生產(chǎn)情況匯總等報表，可以按班、日、月、年等時間方式組織，報表樣式可以自定義。

(7)能耗報警。在能源在線監(jiān)測系統(tǒng)中設(shè)置各監(jiān)測點的安全及管理報警限值，當(dāng)能源運行過程中有超限情況，系統(tǒng)進行自動報警，保障用能安全。具體報警可根據(jù)不同的監(jiān)測對象分別進行設(shè)置，如設(shè)置上限、下限、指標(biāo)內(nèi)報警、超出指標(biāo)報警、累積量報警、瞬時量報警、時間段平均值報警等。對上述各項參數(shù)，數(shù)據(jù)中心將通過通訊指令，分別可以對各項參數(shù)獨立設(shè)置。當(dāng)發(fā)現(xiàn)報警數(shù)據(jù)時，將以日志、短信、APP等多種方式發(fā)處報警信號。報警周期方面同樣可以靈活定制，系統(tǒng)對連續(xù)的報警將進行智能區(qū)分；當(dāng)警報消除后，系統(tǒng)將及時做出反應(yīng)。

(8)設(shè)備管理。通過設(shè)備管理模塊與手機APP端數(shù)據(jù)集成，能夠清晰的知道某個設(shè)備的基本信息、巡檢計劃、巡檢記錄、巡檢報告、接收評估報告等。系統(tǒng)提供的APP電子巡檢功能，當(dāng)巡檢員到達(dá)設(shè)備位置，檢查完畢設(shè)備后，通過掃描設(shè)備二維碼，即可完成巡檢信息的錄入。通過對設(shè)備運行時間、更換記錄、維護記錄等數(shù)據(jù)及信息的處理，生成運維計劃，并對運維工作的流程、結(jié)果、文檔等進行數(shù)字化管理，實現(xiàn)科學(xué)調(diào)度、節(jié)約高效。通過對比點巡檢反饋信息進行實時報警、對系統(tǒng)巡檢到位提高公司能源系統(tǒng)的運行管理水平及整體安全水平。

3 預(yù)期效果

(1)建立高度集成的能源在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)所有能源介質(zhì)的集中實時監(jiān)控。通過建立“高度集成”的生產(chǎn)、能源綜合監(jiān)控中心，實現(xiàn)各裝置計量數(shù)據(jù)、各動力介質(zhì)信息、固體燃料信息、重點耗能設(shè)備和耗電設(shè)備信息、生產(chǎn)運行關(guān)鍵信息等的集中監(jiān)控，主要包括圖形監(jiān)控、數(shù)據(jù)監(jiān)測、能耗報警、能源統(tǒng)計報表、設(shè)備管理等監(jiān)控功能[2]。實現(xiàn)對能源消耗的能流走向的實時監(jiān)控；建立重點耗能裝置資料庫，對設(shè)備的運行狀況和能源利用效率進行實時監(jiān)控，提高能源管理水平，及時發(fā)現(xiàn)能源消耗問題并進行處理，從全局進行能源管理并實現(xiàn)優(yōu)化利用。

(2)基于系統(tǒng)實現(xiàn)能源全方位閉環(huán)管理流程，提高了能源管理細(xì)度和強度，實現(xiàn)向管理要節(jié)能目標(biāo)。通過建立“事前管理、事中監(jiān)督、事后考核”為主線的能源管理流程，提供涵蓋能源統(tǒng)計分析、能源實績管理、用能考核管理等內(nèi)容的全方位能源管理功能，實現(xiàn)了從計劃、調(diào)度、操作運行到統(tǒng)計、考核整個事務(wù)流的閉環(huán)管理[3]。基于能源在線監(jiān)測系統(tǒng)和強大的數(shù)據(jù)挖掘工具，對各項能耗指標(biāo)(包括整個公司、各分廠、各生產(chǎn)線、各產(chǎn)品的能耗指標(biāo))和定額指標(biāo)進行細(xì)化，并通過規(guī)范化的管理流程和嚴(yán)格分層次考核管理措施，提供準(zhǔn)確有效的分析數(shù)據(jù)、有價值的節(jié)能建議，向管理要節(jié)能，提高公司的能源管理和能源利用水平。

(3)實現(xiàn)對重點裝置能耗實時跟蹤、分析和報警，從而監(jiān)控裝置的工況變化，有利于改善裝置能源利用效率；對大型重點耗能裝置進行能耗跟蹤，通過對比歷史數(shù)據(jù)，進行當(dāng)前能耗情況智能分析，幫助技術(shù)人員及時了解設(shè)備的工況和能耗情況，以便有針對性地提出解決方案。對能耗異常及時報警，幫助技術(shù)人員及時發(fā)現(xiàn)問題，提高裝置能源利用效率。

(4)建立公司能源生產(chǎn)和消耗綜合展示，內(nèi)容覆蓋整個公司的主要能耗數(shù)據(jù)，為能源供給及能流優(yōu)化提供依據(jù)，從宏觀上提高能源利用效率。

(5)實現(xiàn)能源在線監(jiān)測系統(tǒng)和其它系統(tǒng)的集成，建立能源數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和產(chǎn)供銷數(shù)據(jù)共享機制，提高系統(tǒng)的利用效率[4]。完善數(shù)據(jù)采集、自動化、生產(chǎn)與能源網(wǎng)絡(luò)、能源在線監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件建設(shè)，實現(xiàn)各裝置能源介質(zhì)計量數(shù)據(jù)、質(zhì)量安全環(huán)保數(shù)據(jù)和重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)的綜合集成、監(jiān)控和管理，實時監(jiān)各動力能源介質(zhì)的采購、生產(chǎn)、分配及消耗，準(zhǔn)確掌握整個公司、各主要產(chǎn)品以及關(guān)鍵耗能設(shè)備的能源動態(tài)產(chǎn)耗平衡狀況。