能源管理系统在钢铁企业上的应用

唐钢国际工程技术股份有限公司 孙涛

能源是冶金企业的命脉,是企业发展的动力。建设一个能实时监控产、消、运行状况的能源管理系统来指导企业生产是十分必要的。能源管理系统以提高企业的综合效益为根本目标,通过对所接入的仪表进行综合管理,避免人为错误的影响,提高能源的利用效率。是以计算机网络为基础,软件为核心,以智能化串联整个系统,实现信息共享与交换,结合计量管理自动化和信息化工程建设的实践经验,组建的多方面、多应用的智能化管理平台。

0 引言

在未来20年左右的时间里,中国将进入工业化中期发展阶段,作为制造业与建筑行业最重要的工程结构材料,钢材的需求总量还将进一步增长[1]。钢铁工业是国民经济的基础产业,在中国的经济生活中占有重要地位。钢铁工业又是典型的资源消耗型产业,对原料、燃料以及能源动力的消耗十分巨大[2]。以前的节能管理方法主要是核算动力成本、滴漏跑冒管理、指标考核等,这些方法达到了一定的成效,但是要提高管理方法的潜力,满足市场经济的需求,应该建立新的管理平台,对能源使用进行监管,节能降耗,降低经济成本[3]。本着这一目标,经过反复的讨论和调查,结合现代化的科学管理手段,以先进的软件运算为依托,设计了一套拥有能源计划、能源实绩、能源成本、能源预测、能源平衡、能源调度、能源设备和能源质量等全方位的监控和管理功能的能源管理系统。

1 能源管理系统建设的意义

能源是企业的血脉,如何有效利用能源,已被提升到一个至关重要的战略地位[4]。尤其对于大中型冶金企业,信息化的建设,建立能源供需双方的信息沟通机制,通过“综合资源规划”,实现“科学配置能源”成为可能[5]。大型钢铁企业能源管理系统中共有4000多个数据采集节点,涵盖了煤气、氧气、氮气、工业水、蒸汽、压缩空气等介质。能源管理的自动化、信息化、智能化,能源介质的数据在线测量、自动采集、故障诊断分析、能源平衡预测能够有效减少和消除能源的浪费。所以说,构建能源管理系统,实现合理有效的能源利用至关重要。

大型冶金企业的信息化系统建设的基本架构已经形成,根据管理模式,系统层次清晰明确,功能分担较合理[6]。如图1所示,系统开发建设不能单纯局限在IT部门编程、开发功能,所以信息化系统开发前,必须明确管理的组织结构和业务流程[7]。

图1 信息化计量数据处理工作模式[8]Fig.1 Information measurement data processing mode[8]

2 能源管理系统的基本架构

图2 能源管理系统的基本架构示意图Fig.2 Schematic diagram of basic architecture of energy management system

能源管控系统依据数据刷新频度及功能不同分为SCADA监控平台和能源精细化管理平台两个子系统。

2.1 SCADA监控平台

采用国际主流的SCADA一体化监控平台软件(iFix、Wonderware、Citect),建立I/O Server实时数据服务器功能。能满足全天24小时、全年365天连续运转要求,SCADA软件平台能有效完成数据采集、处理、报警、趋势、事件、画面监视以及远程控制等功能。

2.2 能源精细化管理平台

软件系统开发平台使用.Net或Java等主流编程语言,采用先进的技术框架满足用户的二次开发和快速开发部署要求。能实现C/S、B/S两种应用方式,方便系统管理人员进行多种类数据的查询以及管理。

3 能源管理系统的特点

3.1 能源数据采集系统

能源数据采集系统是整个乐钢能源管理系统的基石,只有将现场的能源计量数据实时、准确地采集下来,才能进一步利用这些数据来指挥、调度生产,进而调配能源生产,提高能源使用水平。

如图3所示,目前计量仪表接口多种多样:模拟量、专用通讯协议,通用通讯协议,有些仪表信号已接入到生产设备系统中。所以,针对不同的仪表,采集数据的方法也不同,归纳起来可用以下两种方式:

图3 能源管理系统的数据网络架构图Fig.3 Data network architecture diagram of energy management system

(1)现场总线通讯。仪表具备通讯能力(专用通讯议、通用通讯协议)的,数据采集器通过现场总线采集仪表中的各类数据,包括瞬时值、累计值、采集时间、事件与报警、配置值等,形成通讯数据包更新到实时数据库中。

(2)HMI数据通讯。由于部分能源数据已经被采集到生产系统中,数据采集器可以通过组态软件将这部分能源计量数据从对应的生产监控PLC中取出并更新到实时数据库中。需要注意的是,数据的累计和转换原则上在监控计算机上完成,采集的数据包括瞬时值、累计值、采集时间、事件与报警、配置值等。

为实现底层仪表数据的稳定以及快速传输,现场设置的是MOXA数据采集器,将现场的仪表信号统一以OPCUA协议传输至能源计量信号专网。

在给朱荣生、王子刚的复信中，刘少奇分别对两人来信反映的问题进行了详尽分析，着重批评了他们工作打不开局面的主观原因（如朱荣生的顾此失彼、抓小弃大；王子刚强调兆征县工作没有基础，却不开展积极的思想斗争以克服消极情绪，只在干部中打圈子），以及错误想法（如王子刚试图用“稍微强迫一下子”的办法要群众当红军）。信中指出：只有改造了那个不健全的组织，在思想斗争中团结与提拔了积极的干部，把组织健全起来，才能保证我们动员到广大群众中去，获得很大的成绩。

3.2 数据库系统

数据库主要用于设备运行信息的记录、生产过程数据的管理,将现场设备实时运行状况展现给用户,还要实时保存和处理所有设备传送过来的数据,同时要满足客户端用户对历史数据的查询要求,由于所需要处理的数据是连续性的,因此数据的存取量巨大,实时性很高。

3.2.1 实时数据库

采用GE公司的Ihistory实时数据库,收集各个数据采集器上传的信息,按照设定的精度和周期存储于实时数据库,并且满足不同的应用程序和授权用户的为实现不同目的而进行的读写调用。

3.2.2 关系数据库

采用美国甲骨文公司的Oracle数据库,是目前世界上流行的关系数据库管理系统,拥有可移植性好、使用方便、功能强等优点,在各类大、中、小、微机环境中都适用。是一种高效率、可靠性好的、适应高吞吐量的数据库解决方案。

3.3 能源预测

系统具备能源预测模型,可根据制造部下达的生产计划及外围单位的能源需求,综合能源消耗的历史曲线,自动生成年、月、日能源计划。可帮助企业实现以下管理功能:

(1)以生产成果为要求,以能源计划为指标,对各级用户进行考核;(2)根据能源实绩和能源计划的偏差值大小,能够及时发现问题,分析问题,解决问题,以免因设备故障或生产管理上的失误造成能源浪费;(3)根据能源消耗计划,设定能源生产计划,及时制定和修改设备检修计划,以免因能源不足耽误企业生产。

4 结语

积极推动互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术与钢铁制造的深度融合是钢铁企业下一步研发重点[9]。能源管理系统基于自动化技术、网络通信技术、实时数据库技术、数据分析及预测技术,对钢铁企业提供数据定制化管理服务,优化能源管理。该系统建成后,将为钢铁企业的管理、生产计划、调度决策及OA提供准确、实时的生产工艺计量数据,对于构筑信息化工程、实施精细化生产和精细化管理是十分重要的。可以根据系统所采集的数据进行公司级、厂际级能源核算,实现计量系统分级化管理,提高计量信息化管理水平,使计量管理更精细、更准确、更高效[10]。是钢铁企业通往节能降耗,减员增效路径上的重要“桥梁”。

引用

[1] 孟维潮.浅析钢铁企业成本管理问题[J].现代经济,2010(9):48.

[2] 吕漫.对钢铁企业成本管理的思考[J].河北冶金,2009(2):58-60.

[3] 席增雪.建立能源计量网络 提高节能管理水平[J].机电信息,2007(5):52-53.

[4] 张艳侠,伊炳希.建龙钢铁能源计量网建设方案[J].工业计量,2008(2):55-58.

[5] 沈昌炽.能源管理中心的建设问题[J].冶金能源,1995(4):1-4.

[6] 何永刚,黄丽华.我国钢铁企业信息系统应用研究[J].情报杂志,2007(7):52-54.

[7] 袁久柱,陈兆阳,周磊.钢铁行业信息化建设现状及前景展望[J].河北冶金,2017(7):81-86.

[8] 郭云德,任时朝.工业企业能源计量管理问题信息化分析[J].大众标准化,2020(20):228-229.

[9] 王新东,李建新,刘宏强,等.河钢创新技术的研发与实践[J].河北冶金,2020(2):1-12.

[10] 李学,王丹,李迎俊.石油化工企业计量监控管理系统的设计与应用[J].中国仪器仪表,2019(1):41-46.