（南京南瑞继保电气有限公司 江苏南京 211102）
摘要：通过针对钢铁企业能耗情况和现有能源管控模式的分析，系统地介绍了能源管控系统的设计与应用，主要包括系统总体设计、数据集成、实时监控软件的开发及工程实例介绍等。通过能源管控系统的应用实施，可有效提高企业的能源和资源利用率。
关键词：能源管控系统；数据采集；实时监控软件
1引言
近年来，随着钢铁生产资源、能源日趋紧缺与劣质化，势必增加钢铁生产的能耗与污染物，从而加大钢铁企业节能环保的难度。如何降低能源与资源消耗，充分回收和有效利用钢铁生产中的副产煤气、余热及余压等二次能源，提高能源利用效率和能源管控水平，是国内大型钢铁企业所面临的重要课题。建立一个设计合理、功能完备并与生产管理系统紧密结合的钢铁企业能源管控系统中心是提高企业能源管控水平的重要技术手段。
2能源管控系统的需求分析
能源管控系统是钢铁企业自动化和信息化的重要组成部分。在能源管控系统中，企业需要完善能源信息的数据采集系统，对能源数据进行分析、处理和加工，从而在公司全局角度审视能源的基本管理需求，满足能源工艺系统分散特性和能源管控需要集中的客观要求，以适应钢铁企业的战略发展需要。钢铁企业内各种能源介质之间有如下特点：
（1）每一个工艺流程都需要消耗大量能源，又有大量能源（尤其是燃气）可回收。可回收能源几乎达到总量的40%，充分利用回收能源是降低成本的重要手段。
（2）各种介质相互关联，煤气、废热、煤、重油都可转换成蒸汽，蒸汽可转换成电力，煤气也可直接转换成电力，能源调度人员可以通过多种手段回收能量，降低任何无效的放散，减少环境污染。
上述是对钢铁企业能源管控系统一个较为全面的定义，对于具体问题其侧重点会有所不同。本文从山东永锋钢铁的能源管控系统实际需求出发，参考同行能源管控系统的功能需求进行分析和系统设计。
3能源管控系统的系统设计及应用
3.1能源管控系统总体设计
山东永锋钢铁的能源管控中心分为供配电子系统、煤气子系统、氧氮氩子系统、压缩空气子系统、蒸汽子系统、水力子系统、环保子系统、重要生产工艺子系统、以及系统管理子系统等，如图1所示。对全厂水电风气（汽）进行全面监控，部分环节实现远程控制。同时，对重要的生产系统如高炉、转炉、以及轧钢加热炉等环节进行远程监视，便于能源的整体调度。
图2 能源管控中心各调度后台的功能作用
能源中心设置电力调度席、煤气调度席、供气调度席、和水力调度席。电力调度席负责日常的供配电系统调度。煤气调度席负责煤气管网、煤气柜、加压站等日常调度。供气调度席负责氧氮氩系统、压缩空气系统、蒸汽系统的日常调度。水力调度席负责水力系统的日常调度。另外环保、重要工艺系统不单独设立调度席，由分布在全厂的各专业工程师来查看，如图2所示。。
能源管控中心基本职能总体可概括如下：
（1）能源系统主设备运行状态的监视：调度管理人员能够对能源系统的主设备运行状态，现场系统的运行工况，有关的环境信息，能源平衡的动态趋势等进行全面的监视，并处理相关报警。
（2）能源系统主设备的集中控制、操作、调整和参数的设定：对能源中心所属的变电所设备，给排水设备，煤气加压设备，煤气放散设备进行操作、控制和调整，在需要的时候，还可在系统提供的人机界面上修改整定系统或设备的运行参数及报警参数。
（3）对能源介质的消耗进行计量分析、绩效考核和费用结算。
（4）能源日常供需生产管理，检修作业安排、事故处理，故障时的生产调整
（5）实现能源系统的综合平衡、合理分配、优化调度：综合平衡管理合理分配、优化调度水、电、风、气（煤气、氧氮氩），根据能源平衡计划，进行在线综合平衡，必要时与生产总调协调，做好合理分配，保证系统安全。
（6）获取生产过程的重要参数和相关能源数据，对数据进行处理和分析，并结合对生产工艺过程评估，为系统性节能措施提供科学的决策依据。
山东永锋钢铁能源管控项目按照网络设计理论中的分级网络设计原则，将现场工业网设计为三层网络架构：核心层、汇聚层、接入层。其网络架构示意图如图3所示。
图3 山东永锋钢铁能源管控项目系统图
汇聚层通信主干环网为永锋钢铁EMS系统通信主干网，担负着各子系统到能源中心的通信工作。
汇聚层数据采集主站有6个，分别为：#1子站（原料二磅）、#2子站（GZ6皮带磅）、#3子站（转12-1主控室）、#4子站（新35kV主控室）、#5子站（新炼钢主控室）、#6子站（原料四磅主控室）。接入层向本地网段提供系统接入，上联汇聚层。接入层数采站共计11个，分别为：#1钢渣数采站（机加工车间）；#2数采站（二扎主控室）；#3数采站（老球团主控室）；#4数采站（#1烧主控室）；#5数采站（#2烧结主控）；#6数采站（#1#2高炉主控室）；#7数采站（#3烧结主控室）；#8数采站（#5烧主控室）；#9数采站（#3#4制氧主控室）；#10数采站（动力部1楼配电室）；#11数采站（制氧办公室）。
3.2基础自动化数据采集系统的设计
基础数据采集接入层11个采集站建立DCS、PLC、RTU等基础控制系统，进行离线或在线数据获取、存储和分析，形成11个“信息孤岛”。由于数据是间断的，时间也不同步，很不利于能源消耗的精确预测和平衡调度。本系统通过光纤环网将上述采集站连接起来，采集基础自动化的信息，并对之加以利用，实现能源的全面管理。从基础自动化和系统安全性考虑，除了标准的以太网数据通信以外，基础自动化通信采用如下设计。
（1）OPC（OLE for Process Control）通信：OPC是工业自动化的通信标准，不同厂家开发的软硬件设备，通过OPC方式都能够实现通信。11个采集站中多数支持OPC通信方式。在此，支持OPC通讯方式的采集站作为OPC服务器端，应用服务器作为OPC客户端通过DCOM的方式访问服务器端获取数据。
（2）CDT（Cycle Distance Transmission）协议通信：CDT标准规定了电网数据采集与监控系统中循环远动规约的功能、帧结构、信息字结构和传输规则等。由于供电系统数据采集站建设较早，不支持OPC的通信方式，只支持CDT协议通过RS232串口输出，因此通过串口光纤通信的方式即可实现数据的远距离传输，数据处理层应用服务器再通过串口接收供电系统数据采集站发送的数据，达到按照CDT协议将其解包、展现和保存的目的。
（3）数据库接口获取数据：某些封闭系统或全套进口设备系统是孤立的闭环自动控制系统，只提供某种特定的数据库接口向外传递数据。如供水系统数据采集只提供数据库接口，获取瞬时流量、累积流量、泵的电耗等数据。只能根据系统要求，通过特定的数据采集程序获取相关数据。
3.3能源管控系统实时监控软件的设计及应用
该能源管控系统按照其功能，将采集至后台系统的全部数据归类分解为7个子系统，具体如下：煤气子系统、电力子系统、水子系统、蒸汽子系统、氧氮氩子系统、压缩空气子系统、安全环保子系统，各自完成特定功能。在软件设计上，采用直观的层次结构“主界面—子系统界面—各采集站”。在监控界面设计上，从宏观到微观分成三层：①能源管控系统监控主界面，显示本系统7个子系统的链接及部分供领导决策参考的重要数据；②子系统监控界面，展现各功能子系统至各采集站的链接及该子系统重要数据；③采集站监控界面，展现采集站重要的能源管控数据。
（1）煤气子系统：煤气系统画面主要包括整个煤气（不同介质类型）管网能流图、地理布置图；按照介质类型分类的高炉煤气管网潮流图、转炉煤气管网潮流图、焦炉煤气管网潮流图、混合煤气管网潮流图；按照能源生产消耗单元分类的各单位，主要包括各种煤气柜、加压站、混合站、消耗单位煤气相关生产状态和数据画面、煤气回收状态和数据画面；还包括重要生产单元的生产工艺画面，如高炉生产过程中的喷煤、热风炉、高炉本体，转炉生产过程中的转炉生产工艺画面等；另外除了常规的监控画面以外，还包括系统网络监视画面、煤气平衡预测和优化调度画面、数据统计画面等。
（2）电力子系统：电力系统画面包括全厂电力潮流、地理分布图、各级变电站一次接线图、RTU通讯状态图、高级分析功能画面，如负荷预测、状态估计、短路电流计算等。
（3）水子系统：水系统画面包括全厂工业新水、除盐水、软水、自来水、污水的监视画面。各泵站的生产监控画面，水平衡画面、水系统统计画面等。
（4）蒸汽子系统：蒸汽系统画面包括全厂蒸汽管网潮流图；不同等级的蒸汽管网潮流图；蒸汽生产单元生产画面；热力区间监视画面，蒸汽平衡预测和优化调度画面等。
（5） 氧氮氩子系统：氧氮氩系统画面包括全厂氧气氩气管网潮流图；炼钢厂制氧车间生产工艺监控画面；氧气氮气氩气使用平衡预测和优化调度画面等。
（6） 压缩空气子系统：压缩空气系统画面包括全厂压缩空气管网潮流图；空压站生产工艺监控图；压缩空气统计画面；压缩空气生产机组平衡优化调度画面等。
（7） 安全环保子系统：能源管控系统提供厂区的地理分布图，针对各安全监测点进行布点采集，并在地理图上显示。同时，通过接入视频监视系统，实时监控现场画面。画面和视频信息可以投影到大屏幕系统。
通过能源管控系统的建设实现钢铁企业内能源消耗站点的信息集成，使能源管控人员能够从整个企业的角度来审视各工段的能源生产和消耗情况。通过量化考核和各系统的关联情况，发现工艺缺陷、管道泄漏、管理漏洞和技术改进潜力等，为降低企业的能源消耗提供支撑。
4结束语
目前，能源管控系统已在大型钢铁企业得到了推广应用，是钢铁行业通过“两化深度融合”促进节能减排的具体体现。钢铁能源管控系统的建成，改变了钢铁企业传统的独立分散式能源管控模式，提高了其能源管控水平和自动化程度。
随着自动化技术的不断发展，能源管控中心系统也逐步向自动化、集中化发展，实现完全扁平化管理支撑的能源管控信息平台。能源管控中心提高了能源和生产运行效率，完备了企业管理能源的技术手段，使企业在使用能源的技术方法、运行管理、人员素质达到了现代化和工业化进程要求。在数据采集、处理和分析、控制和调度、平衡预测和能源综合管理等功能方面充分发挥了一体化集成作用与效果，体现了显著的信息化引领效果。
国家工信部在总结钢铁行业能源管控中心建设示范项目的成功经验的基础上，将支持范围逐步扩大到石油、化工、有色、建材及轻工等其他高耗能行业。随着能管系统应用的不断深入，结合能源管控软件平台开放性和扩展性的优势，根据需求不断的完善功能应用，将为企业合理用能、科学节能和可持续发展发挥更大的作用。
论文作者:徐悦
论文发表刊物:《电力设备》2015年6期供稿
论文发表时间:2016/1/12
标签：能源论文; 系统论文; 子系统论文; 煤气论文; 画面论文; 数据论文; 管网论文; 《电力设备》2015年6期供稿论文;