基于Web的炼铁能源管理系统

孙陆楠，李爱英，付瑶，张翠平

（天津电气科学研究院有限公司，天津 300301）

基于Web的炼铁能源管理系统

孙陆楠，李爱英，付瑶，张翠平

（天津电气科学研究院有限公司，天津 300301）

针对某炼铁厂的实际需求，结合炼铁厂现有的能源管理模式和生产工艺，依据管理信息系统的概念，采用目前流行的B/S模式，设计了一种厂级的能源管理系统并投入运行。该系统主要功能包括：数据采集、能源消耗实时监控、基础数据管理、能源报表管理、成本管理等。实际应用表明，该系统运行稳定可靠，方案设计合理，达到了对企业能源消耗的有效管理，提高了生产效率。

互联网；炼铁；能源管理；能源效率

改革开放加速了中国工业化进程，能源需求激增，钢铁行业作为我国经济产业的重要组成部分，其能源消耗量占据全国工业总消耗的15%～20%［1］。传统的能源管理模式已然不能适应钢铁生产的大型化、高速化和激烈市场竞争的要求，所以如何科学合理地管理能源，通过节能降耗来降低成本、增加效益，保证生产的可持续发展，成为炼铁企业着重关心的问题，也是当前能源管理主要研究的问题。

目前，虽然炼铁厂建立了比较完善的自动化系统来控制生产，但是没有一个合理的信息存储、加工、整理、分析和上报的工具，直接影响了信息的时效性，从而导致生产和管理出现脱节的现象。文章提出了一个将自动化控制与计算机信息化相结合的能源管理系统。

1　系统总体目标和设计方案

1.1系统建设总体目标

本系统依据现代管理信息系统的思想，结合炼铁厂现有的管理模式和功能需求，按照实用性、可靠性、安全性、规范性、经济性相结合的原则，设计新型能源管理模式。建立集能源数据采集、数据管理、实时监控、统计分析、成本管理、计划编排于一体的精细化管控体系。使用户实时掌握能源消耗情况和相关工艺参数，最终达到节能降耗、提高生产效率的目的。

1.2设计方案

某炼铁厂现有3座容积为1 080 m3的高炉，相配套的有铸铁机车间、喷煤车间、运行车间、原料车间等，3座高炉具有年产400万t生铁的产能，所以其能耗是相当大的。目前各个能源介质的输送管道上都安装了相应的检测仪表，但是需要有人到仪表所在的现场去抄录表数。炼铁厂用来测量水、电、气能源数据的智能仪表共136个，它们分布在厂内不同的地理位置，每天需要人工定时将表数抄录到纸上，然后汇总成表，其工作量非常大。

能源管理系统可以将这些靠人工抄录的工作，由计算机自动完成。并将数据实时保存到数据库中，用户可以根据需要查询相关数据。

本系统的结构设计分3层，分别为数据采集层，数据存储层和应用层，如图1所示。

图1　系统结构Fig.1　System structure

智能仪表的表数由数据采集层采集，并保存到数据存储层的数据库中。应用层负责对这些数据进行加工处理。并通过Web服务器对外发布，客户端通过Web浏览器向服务器发送请求，并接收服务器返回的信息，再通过浏览器在客户端上显示。

1）数据采集层。数据采集分为2种方式：一种为监听采集，另一种为定时采集。

如图2所示，箭头代表数据流向。能源数据经仪表检测由PLC（programmable logic controller）采集，再通过OPC Server经过单向安全隔离，进入采集站。当数据采集程序启动时，系统采用监听和定时2种机制自动获取PLC数据，经数据缓存和数据整理保存到数据库中。数据采集能将分散的数据集中起来，数据采集速率可达到ms级。

图2　数据采集Fig.2　Data collection

2）数据存储层。数据存储层的主要对象就是数据库，它一方面接收数据采集系统采集的能源数据，并将数据整理后存储到数据库中；另一方面为应用层提供能源数据，并实现用户对数据的添、删、改、查等功能。

3）应用层。本能源管理系统采用Web技术来实现，应用B/S（Browser/Server）结构模式［2］，客户端主要负责人机交互，包括数据的查询、录入、修改、删除和图形分析界面的查看。Web服务器主要负责对客户端应用程序进行集中管理。图3为应用层执行架构，分为客户层、Web层、业务逻辑层、数据持久层、存储层［3］。除存储层以外，其他都集中于应用服务器中，主要提供客户端应用程序可以调用的方法，负责系统的事务处理。

图3　应用层执行架构Fig.3　Application layer execute architecture

应用层体现了用户的需求，它将现有的管理模式转换成简单、易用、友好的人机界面，用户只需通过浏览器，即可查询需要的数据，并对数据进行相应的操作。

2　能源管理系统的开发

能源管理系统主要包括数据采集、基础数据管理、报表管理、能源平衡分析、能源成本管理、能源需求计划5个模块。如图4所示为系统数据流图。

图4　系统数据流图Fig.4　System data flow chart

首先由数据采集模块实时读取仪表表数，并将数据保存到数据库中。这些能源数据一方面用来生成能源消耗的实时报表。另一方面用于生产过程监控和基础数据管理。基础数据管理将能源数据进行加工处理，处理后的数据将用于能耗和成本分析。最后系统结合产铁量、吨铁能耗和能源消耗量，制定能源需求计划，依据制定好的能源需求计划反过来指导生产。

2.1数据采集

炼铁生产所需的能源介质主要有：高炉煤气、氮气、压缩空气、氧气、水、电（峰电、谷电、平电、尖电）、喷煤煤粉等，涉及到的采集点共200多个，其中包括累计流量和瞬时流量以及其他相关参数。除此之外系统还提供采集点配置维护功能，用户可根据实际需要添加仪表，手动录入表数，数据实时准确地保存到数据库中，并与自动读取的数据一起参与之后的数据分析处理。数据采集的过程如图2所示。

2.2基础数据管理

基础数据管理的主要功能是根据现场的需求把采集到的数据进行整理，并实时准确地展示给用户，达到能源消耗监控自动化和智能化的要求。

数据修正：参考采集点的历史能耗识别出问题数据，对有问题的数据进行修正，为后期分析提供准确的数据。

数据分摊：由于能源消耗是为炼铁生产服务，所以系统依据炼铁生产实绩为每座高炉核算出一个分摊系数，它将各个能源介质的消耗量自动分摊到每座高炉，最后以高炉为单位列出各种介质的消耗量，以便进行高炉产量与能耗的对比分析。

2.3报表管理

传统的报表通常经Excel手动录入，再通过分类汇总整理数据。本系统提供专门的报表结构来动态地加载数据库中的数据，可分介质、分时间段、分车间，甚至细化到各个采集点的能耗，并生成可视化图表，将一个时间段内的能源消耗情况直观地展示给用户。

报表主要分为日报表和月报表，日报表又分为厂级报表和车间报表。能源日报按全厂、部门统计各个总管和支管的能源流量。

车间能源日报：主要统计部门介质的日消耗量。根据介质能够追踪该部门所有采集点的起始表数、终止表数、计算表数、分摊量等，如图5所示。

图5　车间能源消耗日报Fig.5　Energy consumption daily report of the workshop

全厂能源日报：按日统计炼铁厂各个部门的能源消耗量、分摊量、吨铁单耗。

能源月报：以月和介质为筛选条件，分类汇总各个采集点的月度消耗量，并给出当月的能源介质消耗趋势。

2.4能源平衡分析

能源平衡分析以能源平衡表［4］的形式展示给用户。

能源平衡表是一种分析介质发生量与使用量平衡关系的工具，它记录某一介质使用的平衡情况，表明了能源由生产到消费过程中的各个阶段，并记录差损。如差损量超过正常范围，说明某些生产过程存在问题，必须对造成平衡差额过大的原因进行分析，查找原因，校正有关数据，调整平衡差额。它由时间、采集点、产量、使用量、单耗、瞬时流量、差损率等组成。

能源平衡分析：实现能源介质产出和消耗的对比分析，实时对各种介质的产出与消耗做准确计算，并在能源消耗预测和历史经验的基础上，以低成本，少差损，高节能为目标，建立能源投入与产出模型。

2.5能源成本管理

能源成本管理是从全厂的角度考虑炼铁生产过程中阶段性能源成本消耗，实现全厂的成本核算、生产成本对比分析、成本核查、效益评估和考核。成本管理直观反映企业在产能、耗能上的水平。

介质成本设置：设置能源介质在某个时间段的价格，以保证价格的时效性。

能源成本明细：根据时间段、部门、介质、采集点，快速核算能耗和成本。车间成本报表如图6所示。

图6　车间成本报表Fig.6　Cost report of the workshop

2.6能源需求计划

能源需求计划是生产计划的一部分，其来源于历史能耗情况和炼铁生产情况。系统会根据当前产铁量和历史能耗，提炼出最优的能源需求组合，制定能源需求计划，审核通过后下达给相应的岗位，从而协调企业的能源供给和消耗，实现能源资源的优化调度和配置等功能。

3　应用效果

目前能源管理系统已投入实际运行，与炼铁厂传统的能源管理模式相比，该系统有如下优点。

1）实现智能仪表表数的自动读取入库，方便用户查询、监控和集中管理，保证了数据的实时、准确、可靠。

2）自动生成统计报表，实现无纸化办公。

3）规范能源管理模式，实现能源管理从粗放型到精细化的转变，以及能源介质消耗的可追溯性。从炼铁厂的能源消耗，到每座高炉的能源消耗，到每个采集点的能源消耗，再到每个采集点在各个时间段的能源消耗都能快速查看，实现了炼铁过程中事故的快速定位与处理，提高了能源事故的反应效率。

4）结合炼铁生产实绩分析能源消耗情况，统计成本，做到工序能耗考核的实时、快捷、有理、有力。

5）能源消耗趋势和能源使用计划相结合，为公司管理高层提供真实的能源发生、使用等决策信息。

4　结论

能源管理系统正在大型钢铁企业中推广应用，这是钢铁企业将生产过程与信息化深度融合的具体体现［5-7］。针对炼铁厂现有的管理模式和能耗情况，通过将自动化控制与计算机信息化相结合，开发了能源管理系统，它不仅能对大量能源数据进行归档，还可以实现对整个炼铁厂能源消耗的监控，并对采集的能源数据进行深度分析和处理，最后形成一个集数据采集、监控、分析、预测为一体的能源管理模式。目前该系统已经上线运行，并取得了明显的效果。下一步任务是跟踪系统运行情况，征集用户意见，不断完善和改进系统，使其为企业带来更多的效益。

［1］ 江勇翔.浅谈钢铁行业中能源管理中心的作用［J］.化学工程与装备，2014，42（8）：194-195.

［2］ 李万莉，项著廷.基于B/S结构远程监测系统软件设计［J］.计算机技术与发展，2015，24（3）：15-18.

［3］ 傅启明，康永.J2EE架构的B/S系统监控平台［J］.计算机系统应用，2015，24（6）：81-84.

［4］ 张树伟.利用能源平衡表校准投入产出表的方法与应用［J］.电力技术经济，2009，21（5）：32-35.

［5］ 殷瑞钰.论钢厂制造过程中能量流行为和能量流网络的构建［J］.钢铁，2010，45（4）：1-9.

［6］ 殷瑞钰.钢铁制造过程能量流行为和能量流网络问题［J］.工程研究，2010，2（1）：1-4.

［7］ 金会心，蔡九菊，吴复钟，等.铁水能耗分析及节能途径［J］.冶金能源，2009，28（4）：10-16.

Ironworks Energy Management System Based on Web

SUN Lunan，LI Aiying，FU Yao，ZHANG Cuiping
（Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China）

Aiming at the demands and energy management model and production process of ironworks，a plant level energy management system had been set up and put into operation，which combined with the concept of management information system and used the current popular B/S mode.The main function of the system included data collection，real-time monitoring，basic data management，energy reports management and cost management etc. The actual application shows that the system is stable and reliable and designed reasonable.It improves the management of energy consumption and the production efficiency.

internet；iron-making；energy management；energy efficiency

TP29

B

2015-07-17

修改稿日期：2016-01-12

孙陆楠（1987-），女，硕士研究生，助理工程师，Email：sunshine4829@163.com