浅议安钢能源管理控制系统

王振亚 路银北 黄杰 张爱芳 王伟

(安阳钢铁股份有限公司)

浅议安钢能源管理控制系统

王振亚 路银北 黄杰 张爱芳 王伟

(安阳钢铁股份有限公司)

介绍了能源管理控制系统的原理及功能。结合安钢实际情况，阐述了建立能源管理控制系统的必要性，就建立能源管理控制系统中面临的问题及解决方法进行了探讨。

能源管理控制 能源平衡 能源管理

0 引言

钢铁工业属于耗能型工业，其耗能量占我国总能耗的10%左右。在钢铁总成本中，能耗费用占20%至35%，不同的装备水平、工艺流程、产品结构和能源管理水平对能源消耗都会产生不同的影响［1］。在当前节能减排的大环境中，提高企业能源管理水平，也是降低能源消耗的重要措施。

能源管理控制系统是一种可以实现分散采集、集中监视、统一管理、平衡调度的实时在线计算机网络信息管理系统。采用的基础技术包括计量检测技术、控制技术、系统集成和应用集成技术、现代计算机和网络技术、数据库和实时数据库技术、数据分析和预测技术等［2］。

其主要构成思想是借助于完善的数据采集网络获取生产过程的重要参数和相关能源数据，经过处理、分析并结合对生产工艺过程评估，实时提供在线能源系统平衡信息和调整决策方案。

建设安钢能源管理控制系统是为了适应节能减排大环境的要求，其基本目的就是要在提高能源系统的运行、管理效率的同时，为安钢提供一个成熟的、有效的、使用方便的能源系统整体管控一体化解决方案，建设一套先进的、可靠的、安全的能源系统运行、操作和管理平台，实现安全稳定、经济平衡、节能减排、优质环保的基本目标。

1 能源管理控制系统的原理及功能

能源管理控制系统的原理如下:系统设计为三层结构的架构，底层为数据采集层，中间层为实时数据处理层，上层为应用管理层。数据采集层由PLC、远程I/O或RTU及现场检测、执行设备等组成，主要实现数据采集和实时控制;中间层主要设备是I/O服务器，主要完成实时数据处理和短时归档。上层主要设备有应用服务器、数据库服务器、工程师站、操作工作站、大屏控制器等，主要完成调度，管理等功能。其基本功能划分为三大部分［3］，如图1所示。

图1 能源管理控制系统功能图

信息处理子系统的基本功能是数据采集和过程监控。数据采集是指通过I/O、通讯接口、专业仪表或者第三方系统收集满足能源管理控制系统应用功能要求的数据，主要包括能源系统数据、计量数据、动力公辅系统状态和故障信息、与能源调度相关的主体生产单元信息等。

故障处理子系统主要包括监测、报警、信息记录和归档、故障基本分析等。报警信息包括分级报警和多媒体报警，对重要现场设备的故障信号、与能源生产相关的重要生产单元运行状态、火灾等进行报警，根据故障程度、重要性，将报警信号进行多级分类，提供相应的声响、语音、画面闪光报警等方式，并提供相应的报警复归及提示手段。

基础能源管理作为能源管理控制系统的重要组成部分，主要由能源计划管理、能源实绩管理、能源生产运行支持、能源质量管理、能源成本管理和能源对标分析等模块组成。这些模块以能源管理控制系统的实时数据为基础，同时提取ERP/MES系统的生产实绩和生产计划等信息，从整体角度向管理人员提供一体化的安全保障机制和完善的基础管理平台。

2 公司概况

我国钢铁企业能源管理控制系统的支撑技术已较为成熟，可分为以下三种类型［4］:一是以宝钢、马钢等为代表的企业能源管理中心，实现了企业能源管理的管控一体化设计。二是以济钢等为代表的企业能源管理中心，基本实现基于计量数据分析的能源管理功能和与信息化系统结合的离线优化。三是其它企业的能源管理中心，本质上是以动力计量采集、管理为主的基础应用，与真正意义上的企业能源管理中心还有较大差距。

安钢的能源调度及管理、计量及管理、能源在线平衡和调度、能源系统的异常及故障的报警与处理等，目前基本上还是按照不同能源介质分区域进行，还不具备进行能源系统及时有效的综合平衡，尤其是还难于实现不同能源介质之间按照总体平衡的需要进行及时相互转换，所以对公司在动态平衡中实现节能降耗带来了很多的困难。

能源管理控制系统是企业自动化和信息化的重要组成部分，能为安钢能源系统的综合管理(在线和离线管理)提供安全、高效的自动化和信息化手段，在公司信息化系统中有重要的地位，ERP或MES完成对包括能源管理控制系统在内的信息集成和一贯制管理。安钢能源管理控制系统与ERP、MES和PCS的关系如图2所示。

图2 能源管理控制系统与ERP、MES和PCS的关系

目前，安钢的能源管理模式、架构、组织应当说仍然比较原始、传统、分散、层次多、分块多。能源环保处负责能源介质管理，环境保护监测等;水、电、煤气、压空、蒸汽及大管廊的生产运行维护归动力厂;氧、氮、氩供应归制氧厂;转炉煤气供应及所有的煤气柜管理归焦化厂;能源动力介质计量归计控处等。安钢在现有能源管理模式下存在的主要问题有以下几方面。

1)管理模式落后，集中化程度低，劳动生产率特别低。安钢的能源系统规模较大，结构比较复杂，区域纵横交错。传统的现场管理、运行值班和检修维护的工作量大，成本高。

2)缺乏集中统一的自动化、信息化平台。安钢能源管理缺乏集中统一的监、控、调手段，事故的监控、预测功能缺失。安钢的动力介质调度仍然采用的是打电话方式，生产调度室看不见、控不着、询问“盲调”，没有事故的报警和预测功能，缺乏有效的系统防范措施和应急预案，反应速度慢，只能是事后分析。

3)能源整体利用水平比较低。先进企业利用二次能源、余热余能余压发电的比例普遍较高。如:马钢、宝钢和湘钢的比例分别达到46%、44%和25%(不包括鼓风)，而安钢2009年是28%。

3 建设能源管理控制系统的必要性

3.1 自身发展需要

2009年度，安钢能源消耗已占公司总成本的30%左右，比先进企业大致高了8个百分点。对于当前钢铁行业所处的薄微利时代而言，已经是不小的差距。这其中就有管理模式落后，缺乏管理手段的原因，而安钢又缺乏集中、统一、自动化、信息化的监、控、调手段和现代管理模式，所以，实现各种资源的合理、高效配置就很困难。

3.2 成熟的自动化、信息化技术能充分保障系统的建设和有效性

能源管理控制系统利用先进网络技术，使分布于整个安阳钢铁的变电所(室)、给排水设施、煤气加压站、空压站及能源分配设施等通过网络联结在一起，实现能源系统的分散控制、集中管理、优化配置，对能源设施和能源系统实行集中监控和管理［5］。通过建设安钢能源管理控制系统可以达到如下目的:

1)完善能源信息的采集、存储、管理和利用。完善的能源信息采集系统，便于获得第一手资料，实时掌握系统运行情况、及时采取调度措施，使系统尽可能运行在最佳状态，并将事故的影响降到最低，这在能源系统非常情况下特别有效。

2)对安钢能源系统采用分散控制和集中管理。针对能源工艺系统的分散和能源管理要求集中的特点，建立能源管理控制系统可以满足能源工艺系统特点的分散控制和集中管理，使安钢的能源管理水平适应企业的战略发展需要。

3)减少能源管理环节，优化能源管理流程，建立客观能源消耗评价体系。能源管理控制系统的建设能有效实施客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，减少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及时了解真实的能耗情况和提出节能降耗的技术和管理措施，向能源管理要效益。

4)优化能源调度和平衡指挥系统，节约能源和改善环境。能源管理控制系统的建成，通过优化能源管理的方式和方法，改进能源平衡的技术手段，能有效地减少高炉煤气的放散，提高转炉煤气的回收率，采用综合平衡和燃料转换使用的系统方法，使能源的合理利用达到一个新的水平。

5)提高对全厂性能源事故的反应能力，能源调度可以通过系统迅速从全局的角度了解系统的运行状况，故障的影响程度等，及时采取系统的措施，限制故障范围的进一步扩大，并有效恢复系统的正常运行。

从以上分析可以看到，建设安钢能源管理控制系统对提高能源系统运行和管理的水平，减少能源消耗，提高供能质量，强化和完善能源考核和评价体系，提高劳动生产率，节能减排，改善环境质量，最终提高安钢产品的市场竞争力，都能起到十分重要的作用。

4 在建立能源管理控制系统中面临的问题及解决方法

建立安钢能源管理控制系统所面临的问题及解决方法主要有如下几点:

4.1 基础设施需大量改造

安钢现有能源系统的装备水平较低、能源系统监测、控制系统尤其是数据采集仪表和自动化水平还较低，需要对能源设备进行大量系统升级和技术改造，提高能源设备的技术装备水平和计量点的覆盖面，使之符合系统的基本要求，系统改造任务量大、覆盖面广，项目实施难度大，必须统筹兼顾、系统实施。

4.2 改造与生产应合理协调

安钢能源管理控制系统建设的一大难点是现场系统的技术改造，许多基础自动化，在线仪表的升级或接入必须在线实施。因此在线改造的安全，可靠实施，以及对于生产系统可能产生的影响必须综合考虑，项目实施计划也必须与生产计划、设备检修计划相适应(如二号煤气加压站的改造)。边生产边改造的困难大，组织难度也大。需要建立项目管理组进行强有力的实施与推进。

4.3 能源管理模式必须适应新型能源管理体系

建立的新型能源管理体系，必须有合理的能源管理模式为之配套，必须通过组织机构的相应变化，调整和优化能源管理控制系统的业务管理职能。需要对公司能源管理流程重新梳理，各种规章制度需重新修订和完善。

能源管理控制系统结构复杂，涉及到过程测量、数据采集等环节，同时也涉及到水、电、风等诸多工艺专业，如何建立合理的能源管理模式，也是安钢能源管理控制系统项目实施的难点之一。能源管理控制系统不仅仅是一个信息系统，本质上也是一个在线的生产系统，因此在项目前期就应着手研究系统将来的运行维护等基础保障手段。

5 结语

系统建成后可以使安钢能源管控的自动化水平跃上新的高度，达到国内先进水平，建设安钢能源管理控制系统，对安钢是必要的，对社会是重要的，在技术上是可行的。能源管理控制系统在钢铁企业所带来的能源的节约、环境的保护等巨大效能已经越来越被各企业所认知和重视。

随着国家能源供需矛盾的进一步扩大、环境保护政策的进一步强化以及企业自身生产成本的不断优化，能源管理控制系统技术必将为我国钢铁工业普遍采用，将迎来一个建设能源管理控制系统的高潮，这必将会对我国钢铁工业的节能降耗和可持续发展产生积极的作用。

［1］ 蒋平，李博，曾文清.马钢新区能源中心的建设及探讨［J］.冶金能源，2009，28(3):3 －5.

［2］ 冯晶，田小果.EMS系统在钢铁厂能源中心的应用［J］.自动化与仪器仪表，2005，(3):35 －44.

［3］ 冯为民，丛力群.冶金企业能源管理系统［J］.控制工程，2005，12(6):557－560.

［4］ 王鼎，方喆.能源中心在宝钢能源生产中的作用和发展趋势［J］.中国冶金，2005，15(1):21 －23.

［5］ 王鼎，冯为民，薄宏伟.宝钢能源集散控制与管理系统［J］.上海节能，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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联系人:路银北，硕士，高级工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司计量控制处;

2012—2—1