能效管理在铸造行业的应用

曹 伟，蔡少刚，史 磊，张成纪，郑世达，韩东升

（国机铸锻机械有限公司，山东济南 250306）

1 铸造工厂现状及能源消耗分析

近几年，我国环境问题严重突出，能源损耗严重。根据国务院指示，到2020年，全国万元国内生产总值能耗比2015年下降15%，能源消费总量控制在50亿吨标准煤以内[1]。

机械工业是国民经济的支柱产业，在国民经济中有着重要地位与作用[2]，而铸造又占有比较大的比重。机械工业污染防治面临的形势十分严峻，“高消耗、高排放、低效率”的问题仍十分突出[2]。铸造生产要消耗大量能源，同时又产生大量废弃物，一些小的手工作坊更是存在能源使用效率低的情况。铸造工厂几大工序一般包含造型、熔炼、制芯、铸件清理、型砂处理等，其中熔炼和型砂处理是能源消耗的主要设备。铸造行业的能耗主要包括焦炭、电、油、天然气；所占的比例为：焦炭50%、电32%、油和天然气18%[3]。要实现节能减排,首先要将能源管理起来，从而减少能源损耗，降低排放，节省用户成本。

2 能效管理系统的设计思路

针对工厂内的变配电房及平台配电间、用水、压缩空气、天然气、冷/热量进行节能监测、控制和分析管理，建立一套完善的能源管理体系；通过能源管理平台将工厂内能源数据进行归纳、分析和整理，集中进行调配、管理和考核，最终实现能源系统一体化运作和集中管理，实施有效的能源监控管理和能源平衡调度。实现能源数据的统一采集、统一管理和使用、一站式的管理和按授权的分散使用，实现能源的工序成本核算，建立客观的以数据为依据的能源消耗评价体系。并通过PLC将所有数据上传至总能源管理平台，系统平台对所采集能耗数据进行统一分析处理。

系统平台帮助管理者实时的反映工厂整体能源运行的现状及趋势，从日常耗能的环节本身发现能源问题，通过对工厂不同功能区域的耗能特点的分析，建立“数据采集—集中数据—数据分析处理—提供各类对比考核方法—节能诊断”的能源管理流程，成为一个逐渐提升大型工厂能源利用的能源管理平台。

图1 能效管理建设思路

3 能效管理平台的作用

为了对铸造车间能源消耗进行统一有效的管理，首先需要构建一个平台，即能源管理平台。通过智能化系统来实现对既有系统的能源消耗进行节约与改善。

能源管理平台主要实现各类能源数据的分散采集、集中管理和数据统计与分析，帮助用户全面掌握配电、水、油、天然气、原料供给等能动力系统的能源消耗状况，计算和分析各种设备能耗标准，监控各个运营环节的能耗异常情况，评估各项节能设备和措施的相关影响，并可通过WEB把各种能耗日/月/年报报表、数据曲线、分析结果等发布给相关管理和运营人员，分享能源信息化带来的成果，结合节能措施建立更有依据更有效果的节能体系。

4 能效管理平台的组成

能效管理系统可以对整个铸造车间的能源进行统一的规划，然后分步实施、分批投入，保证用能的可靠及延续性。

能效管理系统由1套SCADA监控服务器、1套数据库服务器兼报表服务器、2套监控上位机、1套PLC系统及采集能源数据的仪器仪表组成。SCADA监控服务器安装有施耐德Citect服务软件，实现对PLC的监控及网关等采集设备的数据采集，并实现对能源消耗设备以及监控客户端的信息展示。同时SCADA监控服务器还装有施耐德EEME平台服务器客户端，实现对Citect监控服务软件的数据整理和向数据库服务器的数据存储。在服务器上安装SQL2012数据库，可以实现EEME平台数据存储和报表服务的发布。报表服务将提供报表发布、查询及导出数据功能。

图2 能效管理软件平台的组成

PLC系统可以将仪器仪表采集的设备能源消耗数据读取上来，传送给上层管理系统，供数据整理和分析。

5 能效管理平台的功能

能源管理分析系统将采用服务器/浏览器架构，将历史及最新的能源数据（趋势、报表、账单）发布在网上，并提供功能强大的基于Web的分析工具，供各部门能源管理者查询、分析、跟踪。在能源架构的建模中，可以按照企业的实际情况进行相应区域的配置。

5.1 能源架构模型建立

企业的能源架构模型通过采用图形化界面进行建立，有助于降低成本、保证可靠性、接口控制、提高企业域互操作性。

按照企业能源层次结构，对能源管理系统进行建模，是系统运行的基础，所有应用功能也均将建立在该能源架构模型之上。通过分析平台提供的建模工具，可以非常方便的对要搭建的能源管理系统进行组态建模，并且这种建模方式非常利于系统的扩展，当能源组织结构或业务发生改变时，只需要在组态界面做相应的修改，即可完成系统模型的重组。

针对铸造企业的能源管理，我们按照铸造车间能源层次结构的特点进行建模，所有应用功能也均建立在该能源架构模型之上。并按实际情况进行相应区域的配置，例如造型、清理、制芯车间等。对于每个车间的每台设备都要装配能源数据采集仪表，从而实现对整个车间能源消耗的监控。

5.2 报表分析

系统将自动生成能源消耗和分析报表，包括各分类分项能耗数据的按年、季、月、周、日、时统计图表和文本报表，以及各类相关能耗指标的图表，报表须满足各级管理人员对能源使用过程中能耗情况的统计分析功能，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费，达到节能降耗的目的。

5.3 能源绩效考核

为落实企业能源精细化管理方针，充分发挥能源管理系统在数据的收集、计算、可视化管理等方面的优势，能源系统的绩效考核功能的实现，可与企业的经济责任制考核挂钩，为经济责任制考核提供数据支撑。指标按照能源管控系统覆盖范围，包括全公司及各能源生产及消耗单位。

根据铸锻行业能源管理的需求，能源绩效考核指标主要包括：各种能源的耗能量、能源成本、单件能耗、吨标煤等。

5.4 计划与实际及能源预测

铸造企业在生产管理过程中，会根据主生产计划进行计划分解，具体到每天各车间的生产计划。系统可以根据每天的各车间生产计划结合上一年的车间单件消耗，计算每天的能源预算，自动生成对各个车间每日的天然气量、电量、冷水量、蒸汽量的预算量，该功能需要用户提供条件使得能源管理系统能够采集生产计划。

5.5 能源超标报警及原因分析

系统会自动比较能源实际消耗量和预算量，当某车间的能源消耗量超过预算值，系统会自动生成记录能源超标告警事件（包括能源类型、超标时间、使用车间等）。

能源超标事件发生后，车间能源管理人员必须及时分析原因，对该条告警的原因进行输入。用户可选择能源异常发生的原因，如：产量提高、改造项目调试、提前开机、气温低等。选择能源异常发生的位置。

车间和动力中心可以根据需要对能源超标的原因进行统计，找到发生次数较多的原因，制定计划，采取措施，持续改进。

5.6 权限管理

本系统基于国外先进的软件平台，具备良好的用户可定义安全系统管理能力。从系统安全而言，无论是数据采集还是信息集成，在设计上充分考虑了数据的完整性和可靠性，系统各个层面均提供严格的用户认证、权限管理和审计手段。对于不同的用户可以有自己特定的客户界面和查询报表，同时，对不同的工艺段可以定义不同的人员操作范围和授权的操作动作。

平台的安全性是基于用户的，允许用户实时系统定义个人或成组的安全级别。这一特性最大程度地满足了实时监控管理使用用户安全管理的要求。

6 能效管理平台建设的目的

能源管理平台的总体建设目标——实现“六化”，达到管理节能的目的。

（1）能耗数据化

对能源资源消耗数据进行采集（自动采集和手动录入等方式）、使其以数据的形式展示出来。

（2）数据可视化

在采集数据的基础上，通过综合计算、对比分析等方式，从管理角度使数据更具有可视化。

（3）节能指标化

通过制定合理的节能指标化体系，实现定额管理。

（4）管理动态化

在数据可视化的基础上更进一步加强管理，实现“可预测”的管理效果。

（5）决策科学化

提供节能监管决策数据的支持，便于领导科学决策。

（6）服务人性化

平台不仅提供管理的功能，更作为服务平台提供人性化的能源管理服务。

7 结束语

我国铸造行业总体上能耗高，污染严重，跟国外发达国家相比差距较大。随着经济的发展，资源与环境问题日益突出，同时资源的浪费也大大提高了企业生产成本。这必将导致铸造行业进行产业结构的优化及调整，以实现社会经济的可持续发展，提高企业的竞争力。

本文针对铸造行业的能源消耗特点分析之后提出了具有针对性的解决措施，利用成熟的管理平台自上而下地实现对整个铸造车间的能源管理，从而达到节能目的。同时利用先进技术使能源管理更加精准化、人性化。