能源管控系統(tǒng)依據(jù)數(shù)據(jù)刷新頻度及功能不同分為SCADA監(jiān)控平臺和能源精細(xì)化管理平臺兩個子系統(tǒng)。
采用國際主流的SCADA一體化監(jiān)控平臺軟件(iFix、Wonderware、Citect),建立I/OServer實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)器功能。能滿足全天24小時、全年365天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)要求,SCADA軟件平臺能有效完成數(shù)據(jù)采集、處理、報(bào)警、趨勢、事件、畫面監(jiān)視以及遠(yuǎn)程控制等功能。
軟件系統(tǒng)開發(fā)平臺使用.Net或Java等主流編程語言,采用先進(jìn)的技術(shù)框架滿足用戶的二次開發(fā)和快速開發(fā)部署要求。能實(shí)現(xiàn)C/S、B/S兩種應(yīng)用方式,方便系統(tǒng)管理人員進(jìn)行多種類數(shù)據(jù)的查詢以及管理。
能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個樂鋼能源管理系統(tǒng)的基石,只有將現(xiàn)場的能源計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時、準(zhǔn)確地采集下來,才能進(jìn)一步利用這些數(shù)據(jù)來指揮、調(diào)度生產(chǎn),進(jìn)而調(diào)配能源生產(chǎn),提高能源使用水平。
如圖3所示,目前計(jì)量儀表接口多種多樣:模擬量、通訊協(xié)議,通用通訊協(xié)議,有些儀表信號已接入到生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)中。所以,針對不同的儀表,采集數(shù)據(jù)的方法也不同,歸納起來可用以下兩種方式:
(1)現(xiàn)場總線通訊。儀表具備通訊能力(通訊議、通用通訊協(xié)議)的,數(shù)據(jù)采集器通過現(xiàn)場總線采集儀表中的各類數(shù)據(jù),包括瞬時值、累計(jì)值、采集時間、事件與報(bào)警、配置值等,形成通訊數(shù)據(jù)包更新到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。
(2)HMI數(shù)據(jù)通訊。由于部分能源數(shù)據(jù)已經(jīng)被采集到生產(chǎn)系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集器可以通過組態(tài)軟件將這部分能源計(jì)量數(shù)據(jù)從對應(yīng)的生產(chǎn)監(jiān)控PLC中取出并更新到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。需要注意的是,數(shù)據(jù)的累計(jì)和轉(zhuǎn)換原則上在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上完成,采集的數(shù)據(jù)包括瞬時值、累計(jì)值、采集時間、事件與報(bào)警、配置值等。
為實(shí)現(xiàn)底層儀表數(shù)據(jù)的穩(wěn)定以及快速傳輸,現(xiàn)場設(shè)置的是MOXA數(shù)據(jù)采集器,將現(xiàn)場的儀表信號統(tǒng)一以O(shè)PCUA協(xié)議傳輸至能源計(jì)量信號專網(wǎng)。
3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
數(shù)據(jù)庫主要用于設(shè)備運(yùn)行信息的記錄、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的管理,將現(xiàn)場設(shè)備實(shí)時運(yùn)行狀況展現(xiàn)給用戶,還要實(shí)時保存和處理所有設(shè)備傳送過來的數(shù)據(jù),同時要滿足客戶端用戶對歷史數(shù)據(jù)的查詢要求,由于所需要處理的數(shù)據(jù)是連續(xù)性的,因此數(shù)據(jù)的存取量巨大,實(shí)時性很高。
3.2.1實(shí)時數(shù)據(jù)庫
采用GE公司的Ihistory實(shí)時數(shù)據(jù)庫,收集各個數(shù)據(jù)采集器上傳的信息,按照設(shè)定的精度和周期存儲于實(shí)時數(shù)據(jù)庫,并且滿足不同的應(yīng)用程序和授權(quán)用戶的為實(shí)現(xiàn)不同目的而進(jìn)行的讀寫調(diào)用。
3.2.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫
采用美國甲骨文公司的Oracle數(shù)據(jù)庫,是目前世界行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),擁有可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在各類大、中、小、微機(jī)環(huán)境中都適用。是一種高效率、可靠性好的、適應(yīng)高吞吐量的數(shù)據(jù)庫解決方案。
3.3能源預(yù)測
系統(tǒng)具備能源預(yù)測模型,可根據(jù)制造部下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃及外圍單位的能源需求,綜合能源消耗的歷史曲線,自動生成年、月、日能源計(jì)劃。可幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)以下管理功能:
(1)以生產(chǎn)成果為要求,以能源計(jì)劃為指標(biāo),對各級用戶進(jìn)行考核;(2)根據(jù)能源實(shí)績和能源計(jì)劃的偏差值大小,能夠及時發(fā)現(xiàn)問題,分析問題,解決問題,以免因設(shè)備故障或生產(chǎn)管理上的失誤造成能源浪費(fèi);(3)根據(jù)能源消耗計(jì)劃,設(shè)定能源生產(chǎn)計(jì)劃,及時制定和修改設(shè)備檢修計(jì)劃,以免因能源不足耽誤企業(yè)生產(chǎn)。
4安科瑞企業(yè)能源管理平臺
4.1 平臺概述
安科瑞企業(yè)能源管理平臺采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃?xì)狻⒄羝皦嚎s空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設(shè)備的能源利用情況等進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預(yù)測、碳排分析，為企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。
4.2應(yīng)用場所
鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學(xué)原料以及機(jī)電設(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等。
4.3平臺結(jié)構(gòu)
圖4 平臺結(jié)構(gòu)
4.4平臺主要功能
4.4.1首頁
首頁通過展示企業(yè)各類能耗總量、折標(biāo)值、能源成本、能源消耗趨勢、分項(xiàng)能耗占比、區(qū)域能源消耗對比,并三維展示企業(yè)重要工藝或設(shè)備的能源消耗動態(tài)，可直觀了解企業(yè)當(dāng)前用能。
4.4.2運(yùn)行監(jiān)控
能源管理系統(tǒng)的動態(tài)顯示對企業(yè)使用的各種能源（電、水、蒸汽）進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并提供從概貌到具體的動態(tài)圖形顯示，并提供區(qū)域數(shù)據(jù)監(jiān)控，在工廠平面圖或者某個車間的平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)。系統(tǒng)提供對能源管理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)視功能，實(shí)現(xiàn)對能源系統(tǒng)運(yùn)行過程中關(guān)鍵的用能狀態(tài)參數(shù)的變化趨勢、耗能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)警事件進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視，確保整個能源供給、轉(zhuǎn)換和消耗過程的、可靠和穩(wěn)定。系統(tǒng)提供圖形化工具，不僅可以組態(tài)出數(shù)字化的監(jiān)控界面，還具有實(shí)時趨勢顯示。
（1）變配電系統(tǒng)的電氣主接線圖展示，實(shí)現(xiàn)對全電量參數(shù)以及開關(guān)斷路器狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)視，如電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)、三相不平衡度、諧波等參數(shù)。
（2） 水、燃?xì)狻嚎s空氣等系統(tǒng)各分支管道分布示意圖以及流量、壓力、溫度等參數(shù)狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)視；
（3）重點(diǎn)用能設(shè)備系統(tǒng)（如壓機(jī)等)的運(yùn)行狀態(tài)以及用能參數(shù)的實(shí)時監(jiān)視；
（4）過壓、過流、欠壓等保護(hù)信號報(bào)警、系統(tǒng)通信中斷、電量、非電量參數(shù)越限、能耗超標(biāo)預(yù)警等實(shí)時事件報(bào)警監(jiān)視。
（5）工藝流程圖展示重點(diǎn)關(guān)注工藝各設(shè)備運(yùn)行參量以及能耗情況
4.4.3變壓器監(jiān)控
展示各變壓器負(fù)載情況，從而可以為變壓器配備情況進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃。通過各種運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對比，測算變壓器損耗，找出變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間。根據(jù)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間，調(diào)整負(fù)載，從而降低變壓器損耗，節(jié)約電量。
4.4.4用能統(tǒng)計(jì)
系統(tǒng)支持為企業(yè)不同的計(jì)量監(jiān)測對象，提供快速查詢顯示日、周、月、季、年的企業(yè)用能情況同比環(huán)比、產(chǎn)品單耗、產(chǎn)品折標(biāo)對比、能耗排名等。數(shù)據(jù)通過棒圖，餅圖，直方圖等形式，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)中耗電量、耗水量、耗氣量等能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。大到整個企業(yè)，小到單個設(shè)備或車間，通過對這些區(qū)域的計(jì)量節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)查詢分析，實(shí)現(xiàn)整個企業(yè)能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，滿足用戶實(shí)現(xiàn)對任意時段內(nèi)區(qū)域、車間、工藝和設(shè)備類型等的能耗數(shù)據(jù)查詢要求。通過對比不同區(qū)域等的能耗數(shù)據(jù)情況，了解不同對象區(qū)域等的能耗規(guī)律，自動對這些對象進(jìn)行能耗排名，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費(fèi)。
4.4.5分項(xiàng)用能
系統(tǒng)提供對企業(yè)分項(xiàng)用能的分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)分項(xiàng)，用柱狀圖以及餅圖，展示各分項(xiàng)用能情況，直觀，清晰。通過用能趨勢，及時掌握企業(yè)分項(xiàng)用能趨勢情況。對于分項(xiàng)用能異常，能即時發(fā)現(xiàn)，調(diào)整策略，改善用能，節(jié)約能源。
4.4.6產(chǎn)品/產(chǎn)值單耗
系統(tǒng)可以與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，導(dǎo)入產(chǎn)品產(chǎn)量。對不能導(dǎo)入的數(shù)據(jù)提供人工錄入功能。通過系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，結(jié)合產(chǎn)品產(chǎn)量，計(jì)算產(chǎn)品單耗，生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。
4.4.7用能成本分析
系統(tǒng)支持為企業(yè)整體以及車間等各個需要單獨(dú)進(jìn)行能耗考核的對象提供各種能源消耗的總費(fèi)用成本的統(tǒng)計(jì)對比功能。可提供電、水、氣等各種能源類型在統(tǒng)計(jì)周期中的消耗量以及對應(yīng)的費(fèi)用數(shù)據(jù)，并且可以將各種能源的費(fèi)用進(jìn)行百分比占比統(tǒng)計(jì)和對比，以了解整個企業(yè)能源費(fèi)用成本的詳細(xì)分布情況。同時支持對單位成本費(fèi)用進(jìn)行分析。用戶可選擇多個考核區(qū)域進(jìn)行耗能成本的對比分析，為用戶建立有效的績效獎懲機(jī)制和日常管理提供真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
4.4.8用能成本統(tǒng)計(jì)分析
系統(tǒng)支持為企業(yè)以及需要單獨(dú)考核計(jì)量的區(qū)域提供能源成本預(yù)算管理功能，允許用戶錄入能源成本的詳細(xì)預(yù)算計(jì)劃，通過對比能源實(shí)際費(fèi)用和預(yù)算費(fèi)用進(jìn)行預(yù)算執(zhí)行管理，可以直觀的了解到每月或者每年能源成本是否超出預(yù)算，方便用戶及時的進(jìn)行預(yù)算的調(diào)整和干預(yù)。此外，系統(tǒng)還支持按照預(yù)測算法進(jìn)行能源成本的成本預(yù)測，根據(jù)歷史的預(yù)算執(zhí)行情況和實(shí)際耗能的數(shù)據(jù)預(yù)測后續(xù)的幾個月的能源成本費(fèi)用，幫助用戶進(jìn)行有效的成本計(jì)劃管理。
4.4.9績效分析
對各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、車間，產(chǎn)線、工段、設(shè)備等進(jìn)行日、周、月、年、時段績效統(tǒng)計(jì)按照能源計(jì)劃或定額制定的績效指標(biāo)進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力。
4.4.10能耗預(yù)測
通過對企業(yè)車間、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備等的能耗使用情況進(jìn)行分析，建立能耗計(jì)算模型，根據(jù)人工智能算法對數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行修正，對未來企業(yè)能耗趨勢進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為節(jié)能提供有效的決策依據(jù)。
4.4.11運(yùn)行監(jiān)測
系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測功能專門針對重點(diǎn)耗能設(shè)備提供管理，主要包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)視、設(shè)備臺賬管理、設(shè)備能耗統(tǒng)計(jì)分析以及設(shè)備維護(hù)管理。通過對設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)以及工況參數(shù)的實(shí)時采集和監(jiān)視可及時判斷設(shè)備的運(yùn)行工況是否正常；設(shè)備能耗統(tǒng)計(jì)分析可提供針對設(shè)備對象的實(shí)時耗能量以及歷史耗能趨勢的分析和對比；設(shè)備臺賬管理以及維護(hù)管理可建立設(shè)備基本信息檔案，可快速實(shí)現(xiàn)對于設(shè)備各種特性參數(shù)的查詢和統(tǒng)計(jì)分類，對設(shè)備及其主要零配件的檢修、更換歷史記錄進(jìn)行信息化管理，并可提供設(shè)備計(jì)劃檢修到期提醒以及逾期檢修告警等功能，便于為每一個重要設(shè)備建立經(jīng)濟(jì)運(yùn)行檔案，確保設(shè)備的、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
4.4.12能源平衡及損耗分析
能源平衡及損耗統(tǒng)計(jì)分析主要為企業(yè)的電、水、氣等能源在轉(zhuǎn)換、運(yùn)輸、使用過程中的各個環(huán)節(jié)提供能量平衡分析，及時的發(fā)現(xiàn)能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費(fèi)的問題，提醒用戶及時進(jìn)行干預(yù)。通過分別統(tǒng)計(jì)重要用能環(huán)節(jié)的能源供給量和能源消耗量并計(jì)算兩者之間的差值損耗量，來評估個各環(huán)節(jié)的用能損耗程度。比如對用水系統(tǒng)的干管計(jì)量和各個車間支管的計(jì)量消耗量之和進(jìn)行損耗分析，有利于及時發(fā)現(xiàn)是否存在水管漏水或者違規(guī)用水的情況；對用電系統(tǒng)的低壓進(jìn)線計(jì)量和各饋線回路的計(jì)量消耗量之和進(jìn)行損耗分析，來評估判斷是否存在違規(guī)用電、竊電等異常用電現(xiàn)場，幫助用戶發(fā)現(xiàn)并糾正能源使用過程中的能源浪費(fèi)問題，降低能源綜合運(yùn)行成本。
4.4.13節(jié)能分析
節(jié)能分析主要是為企業(yè)在實(shí)施節(jié)能措施后，具體節(jié)能效果的分析，通過錄入節(jié)能措施，對比分析實(shí)施節(jié)能措施前與實(shí)施節(jié)能措施后的用能情況，以此來評判節(jié)能措施的實(shí)施效果，為企業(yè)節(jié)能提供幫助，提高經(jīng)濟(jì)效益。
4.4.14分析報(bào)告
系統(tǒng)提供的用戶分析報(bào)告主要是為企業(yè)的中、高層管理人員提供有關(guān)企業(yè)的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果匯總和分析結(jié)論展示，注重整體能耗狀況和變化趨勢的說明。一般包括企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運(yùn)行情況、運(yùn)維情況，用能趨勢排名，重點(diǎn)能耗排名，綜合能耗排名等。通過豐富多樣的圖形化組件組態(tài)成為一份用戶分析報(bào)告，讓用戶了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改善點(diǎn)，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。
4.4.15事件記錄
事件報(bào)警分析主要是為系統(tǒng)的異常運(yùn)行狀態(tài)或故障原因診斷分析提供依據(jù)和分析手段。系統(tǒng)運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的各種報(bào)警時間均會被自動記錄和存儲，通過對事件的發(fā)生時間、范圍對象、事件的類型、事件的等級以及事件描述關(guān)鍵字搜索查詢，即可快速的實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)事件的查詢和分類。
4.4.16自定義報(bào)表
用戶可通過自定義報(bào)表頭與列，靈活生成各種報(bào)表，從各種能耗數(shù)據(jù)及費(fèi)用比較，到電力峰谷平報(bào)表；從碳排放報(bào)告到系統(tǒng)能耗評估，從能耗指標(biāo)到能耗預(yù)算等等，使用者無需繁瑣的編輯，只需要簡單操作就能生成精美的報(bào)表。
4.4.17移動端支持
APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設(shè)備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標(biāo)、用能預(yù)測、運(yùn)行監(jiān)視、異常報(bào)警等。
4.4.18運(yùn)行環(huán)境
(1)瀏覽器運(yùn)行設(shè)備
(2)臺式電腦，手機(jī)、平板等移動端設(shè)備
(3)瀏覽器運(yùn)行環(huán)境
(4)支持火狐、搜狗、360等主流瀏覽器訪問
(5)客戶端運(yùn)行設(shè)備
(6)安卓系統(tǒng)移動設(shè)備（android 5.0以上），蘋果ios系統(tǒng)
4.5現(xiàn)場設(shè)備選型（根據(jù)實(shí)際需求選配）
5結(jié)語
積極推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與鋼鐵制造的深度融合是鋼鐵企業(yè)下一步研發(fā)重點(diǎn)[9]。能源管理系統(tǒng)基于自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)分析及預(yù)測技術(shù),對鋼鐵企業(yè)提供數(shù)據(jù)定制化管理服務(wù),優(yōu)化能源管理。該系統(tǒng)建成后,將為鋼鐵企業(yè)的管理、生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度決策及OA提供準(zhǔn)確、實(shí)時的生產(chǎn)工藝計(jì)量數(shù)據(jù),對于構(gòu)筑信息化工程、實(shí)施精細(xì)化生產(chǎn)和精細(xì)化管理是十分重要的。可以根據(jù)系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行公司級、廠際級能源核算,實(shí)現(xiàn)計(jì)量系統(tǒng)分級化管理,提高計(jì)量信息化管理水平,使計(jì)量管理更精細(xì)、更準(zhǔn)確、更高效。是鋼鐵企業(yè)通往節(jié)能降耗,減員增效路徑上的重要“橋梁"。
【參考文獻(xiàn)】
[1]孟維潮.淺析鋼鐵企業(yè)成本管理問題[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì),2010(9):48.
[2]孫濤.能源管理系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)上的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2021,39(10):160-162.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06版
作者簡介：劉細(xì)鳳，女，本科，現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)榻ㄖ芎谋O(jiān)測系統(tǒng)。
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