自动化设备在钢铁企业能源管理方面的应用

马广宇

（秦皇岛首秦金属材料有限公司，秦皇岛066000）

0 引言

据不完全统计，我国钢铁产业在近10年的时间取得了非常突出的成就。首先，良好的市场环境为钢铁企业的发展提供了一个非常好的平台，所以自2006年以来我国钢产量以每年25个百分点的速度持续增长。我国在冶金方面的能源消耗量占世界总耗能的百分之十五左右，钢铁企业在享受成功的同时也必须考虑到其对生态环境的影响，可以说在冶金过程中会有大量有害气体被排放出来，这些气体对自然环境的的危害是非常巨大的，而且从可持续发展的角度而言，不利于后代子孙的繁衍生息。与之相比，一些发达国家的钢铁企业在节能减排方面就做得非常好，不但提高了能源的利用率，而且减少了对自然环境的破坏。随着2008年爆发的全世界金融危机，中国钢铁企业一直处于相对低迷状态，再加上冶金工业发展逐渐进入成熟期，钢铁行业竞争加剧、产能出现严重过剩现象，因而多元化的发展战略越来越受到众多钢铁企业的青睐。综合以上情况，我国钢铁行业需要不断借鉴国外先进理念，逐步开展能源管理优化工作，将自动化设备的作用充分应用到能源管控中。

1 能源管控的必要性

能源是支持大型钢铁企业生产的重要因素，能源管理的优劣直接影响着企业的效益、生存与发展。设立能源管控中心是企业加强能源管理的重要手段，搭建一套先进的、安全的、可靠的能源系统运行、操作和管理平台，不仅能提高钢铁企业能源系统的运行、管理效率，还能给企业带来节能、降本、改善环境等影响。能源智能管理系统是能源管控中心的核心，整套系统是以自动化、信息化技术为基础，将能源调度技术和能源管理技术更好地应用在日常能源管控中。

2 自动化设备在能源智能管理系统中的应用

能源智能管理系统基础结构应包括：网络系统、大屏幕显示系统、GPS系统、中央服务器、采集子站所组成。系统采用工业以太网和中央标准以太网的两层结构，主干网络速度要达到100M以上。

中央以太网用于连接数据采集（I/O）服务器、应用服务器、数据库服务器、报警趋势服务器、GPS服务器、数据备份服务器及磁盘阵列、工程师站（现场也可配备移动工程师站）及系统操作站。以上设备都通过UTP电缆直接挂在中央以太网上。中央网络的结构如图1。

图1

以下为主要设备的功能描述：

①数据采集子站。根据现场情况，搭建现场数据采集子站和远程I/O站。数据采集子站分别连接在不同的交换机上，交换机通过与现场PLC设备接口通讯，进行数据采集。数据采集子站主要用于数据采集、基本计算、逻辑连锁、控制等功能。此站选用工业交换机，系统配置应保证到各个端口具有不小于100Mbps的线速。

②数据采集（I/O）服务器。数据采集服务器与现场以太网连接，采集数据后与其他单元进行通讯，完成趋势、报警、数据短时归档和向数据库站传送数据等功能，并保存有操作记录和信息记录。服务器一备一用，建议配置为4核CPU，4G内存，250G硬盘，双电源，支持热插拔，带有PCI和PCI-X扩展槽。

③应用服务器。在应用服务器上安装运行管理类的应用软件，软件要具备能源管理、数据查询、能源预测、报表查询和打印等功能，以及与ERP的数据交换。可以设置一台服务器作为网页服务器（Web Server）用，在相关岗位的终端上可以很方便地通过网页方式浏览过程画面和过程曲线，并可进行数据查询、报表查询、报表打印。服务器的硬盘、电源要有热插拔功能，建议选择四串口卡（RS422/RS485,RJ45式连接口）。

④实时历史数据库服务器。在数据库服务器上安装有Windows操作系统、IH或者EDNA实时历史数据库，采用实时历史数据库用以存储长时归档数据。该服务器具有数据的长时归档、数据压缩、数据备份、冗余功能等。归档数据是先由数据采集服务器内部数据初步运算和整理后，再送到数据库服务器。

⑤操作站（HMI）。操作站可以设置在能源管控中心的调度室，通过操作界面，对有关的能源数据和设备进行监控。这些操作站用于完成画面监视、设备状态显示、信息数据显示、参数设定、实时曲线、语音报警等功能，也可以在操作站上执行数据查询、报表查询、报表打印等工作。操作站可选用兼容性好的商用PC机。

⑥时间同步系统。为确保全系统的时间一致性并保持精度，在系统中设置GPS接收装置。GPS服务器接收GPS时间同步信号，定时校正各计算机及PLC的时钟，使系统内各设备的时钟精度达到ms级分辨率，同时在供配电系统及自动化系统中设置独立的GPS装置，确保高压系统事件的分辨率。

⑦WEB服务器及备份服务器系统。WEB服务器是用于B/S框架的服务器。备份服务器系统能确保能源中心EMS系统安全、可靠，实时完成系统的数据保护工作。

⑧远程控制设备及能源量计量设备。远程控制设备包括：电动调节阀、气动调节阀、监控摄像仪、电气综合保护装置。能源量计量设备包括：电磁流量计、超声波流量计、巴类流量计、压力变送器、差压变送器、热电阻、热电偶、电能表、电压互感器、电流互感器等。

上述设备组成能源管理系统的核心，由数据采集子站从现场控制系统中采集所使用的数据点（不同系统采用相匹配的接口方式），在数据采集子站内形成数据库类型，各个采集子站相互连接建立环形网络，使数据在环网内实现共享数据，采集服务器再从环网内采集数据库中的数据进行处理，并上传到监控管理电脑。通过应用服务器、数据采集服务器、数据库服务器等来实现操作电脑的各项功能，操作人员使用监控管理电脑可以及时地掌握全厂能源量情况，通过提高能源管理效率来实现企业的能源管理。

3 结论

从整体上分析，我国钢铁冶金企业的发展十分迅猛，无论是在自动化设备的引进，还是先进工序的使用上面都不输于其他国家。而立足于资源与自然环境的保护，国内的冶金企业还远远达不到国际标准。经济的发展，必须以保护人类赖以生存的生态环境为基础，以造福于子孙后代为目的，做到能源的最大利用。这就要求冶金企业进行良好的节能减排管理，在引入先进的能源管理理念的同时，尽可能地完善自身工艺，做到废物回收再利用，争取形成一套“资源-产品-废弃物-再生资源”的绿色生产链。并且在新型节能减排技术的研究上不断努力，争取构建出一个健康、环保、可持续发展的钢铁冶金行业。

[1]朱炳铨，任雁铭，姜健宁，王照，高峰，晋阳君，杜宇，叶艳军，魏春峰，郁惊一.变电站自动化系统实现IEC 61850的过渡期策略[J].电力系统自动化，2005，23：54-57.

[2]彭传圣.集装箱码头的自动化运转[J].港口装卸,2003,02:1-6.

[3]唐涛.电力系统厂站自动化技术的发展与展望[J].电力系统自动化，2004，04：92-97.