采用國際主流的SCADA一體化監控平臺軟件(iFix、Wonderware、Citect),建立I/OServer實(shí)時(shí)數據服務(wù)器功能。能滿(mǎn)足全天24小時(shí)、全年365天連續運轉要求,SCADA軟件平臺能有效完成數據采集、處理、報警、趨勢、事件、畫(huà)面監視以及遠程控制等功能。
軟件系統開(kāi)發(fā)平臺使用.Net或Java等主流編程語(yǔ)言,采用先進(jìn)的技術(shù)框架滿(mǎn)足用戶(hù)的二次開(kāi)發(fā)和快速開(kāi)發(fā)部署要求。能實(shí)現C/S、B/S兩種應用方式,方便系統管理人員進(jìn)行多種類(lèi)數據的查詢(xún)以及管理。
能源數據采集系統是整個(gè)樂(lè )鋼能源管理系統的基石,只有將現場(chǎng)的能源計量數據實(shí)時(shí)、準確地采集下來(lái),才能進(jìn)一步利用這些數據來(lái)指揮、調度生產(chǎn),進(jìn)而調配能源生產(chǎn),提高能源使用水平。
如圖3所示,目前計量?jì)x表接口多種多樣:模擬量、專(zhuān)用通訊協(xié)議,通用通訊協(xié)議,有些儀表信號已接入到生產(chǎn)設備系統中。所以,針對不同的儀表,采集數據的方法也不同,歸納起來(lái)可用以下兩種方式:
(1)現場(chǎng)總線(xiàn)通訊。儀表具備通訊能力(專(zhuān)用通訊議、通用通訊協(xié)議)的,數據采集器通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)采集儀表中的各類(lèi)數據,包括瞬時(shí)值、累計值、采集時(shí)間、事件與報警、配置值等,形成通訊數據包更新到實(shí)時(shí)數據庫中。
(2)HMI數據通訊。由于部分能源數據已經(jīng)被采集到生產(chǎn)系統中,數據采集器可以通過(guò)組態(tài)軟件將這部分能源計量數據從對應的生產(chǎn)監控PLC中取出并更新到實(shí)時(shí)數據庫中。需要注意的是,數據的累計和轉換原則上在監控計算機上完成,采集的數據包括瞬時(shí)值、累計值、采集時(shí)間、事件與報警、配置值等。
為實(shí)現底層儀表數據的穩定以及快速傳輸,現場(chǎng)設置的是MOXA數據采集器,將現場(chǎng)的儀表信號統一以OPCUA協(xié)議傳輸至能源計量信號專(zhuān)網(wǎng)。
3.2數據庫系統
數據庫主要用于設備運行信息的記錄、生產(chǎn)過(guò)程數據的管理,將現場(chǎng)設備實(shí)時(shí)運行狀況展現給用戶(hù),還要實(shí)時(shí)保存和處理所有設備傳送過(guò)來(lái)的數據,同時(shí)要滿(mǎn)足客戶(hù)端用戶(hù)對歷史數據的查詢(xún)要求,由于所需要處理的數據是連續性的,因此數據的存取量巨大,實(shí)時(shí)性很高。
3.2.1實(shí)時(shí)數據庫
采用GE公司的Ihistory實(shí)時(shí)數據庫,收集各個(gè)數據采集器上傳的信息,按照設定的精度和周期存儲于實(shí)時(shí)數據庫,并且滿(mǎn)足不同的應用程序和用戶(hù)的為實(shí)現不同目的而進(jìn)行的讀寫(xiě)調用。
3.2.2關(guān)系數據庫
采用美國甲骨文公司的Oracle數據庫,是目前世界行的關(guān)系數據庫管理系統,擁有可移植性好、使用方便、功能強等優(yōu)點(diǎn),在各類(lèi)大、中、小、微機環(huán)境中都適用。是一種高效率、可靠性好的、適應高吞吐量的數據庫解決方案。
3.3能源預測
系統具備能源預測模型,可根據制造部下達的生產(chǎn)計劃及外圍單位的能源需求,綜合能源消耗的歷史曲線(xiàn),自動(dòng)生成年、月、日能源計劃?？蓭椭髽I(yè)實(shí)現以下管理功能:
(1)以生產(chǎn)成果為要求,以能源計劃為指標,對各級用戶(hù)進(jìn)行考核;(2)根據能源實(shí)績(jì)和能源計劃的偏差值大小,能夠及時(shí)發(fā)現問(wèn)題,分析問(wèn)題,解決問(wèn)題,以免因設備故障或生產(chǎn)管理上的失誤造成能源浪費;(3)根據能源消耗計劃,設定能源生產(chǎn)計劃,及時(shí)制定和修改設備檢修計劃,以免因能源不足耽誤企業(yè)生產(chǎn)。
4安科瑞企業(yè)能源管理平臺
4.1 平臺概述
安科瑞企業(yè)能源管理平臺采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理，監測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設備的能源利用情況等進(jìn)行能耗統計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。
4.2應用場(chǎng)所
鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學(xué)原料以及機電設備、電器產(chǎn)品、工器具制造等。
4.3平臺結構
圖4 平臺結構
4.4平臺主要功能
4.4.1首頁(yè)
首頁(yè)通過(guò)展示企業(yè)各類(lèi)能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區域能源消耗對比,并三維展示企業(yè)重要工藝或設備的能源消耗動(dòng)態(tài)，可直觀(guān)了解企業(yè)當前用能。
4.4.2運行監控
能源管理系統的動(dòng)態(tài)顯示對企業(yè)使用的各種能源（電、水、蒸汽）進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并提供從概貌到具體的動(dòng)態(tài)圖形顯示，并提供區域數據監控，在工廠(chǎng)平面圖或者某個(gè)車(chē)間的平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據。系統提供對能源管理系統運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監視功能，實(shí)現對能源系統運行過(guò)程中關(guān)鍵的用能狀態(tài)參數的變化趨勢、耗能設備的運行狀態(tài)以及系統運行報警事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監視，確保整個(gè)能源供給、轉換和消耗過(guò)程的安全、可靠和穩定。系統提供圖形化工具，不僅可以組態(tài)出數字化的監控界面，還具有實(shí)時(shí)趨勢顯示。
（1）變配電系統的電氣主接線(xiàn)圖展示，實(shí)現對全電量參數以及開(kāi)關(guān)斷路器狀態(tài)的實(shí)時(shí)監視，如電壓、電流、頻率、功率、功率因數、三相不平衡度、諧波等參數。
（2） 水、燃氣、壓縮空氣等系統各分支管道分布示意圖以及流量、壓力、溫度等參數狀態(tài)的實(shí)時(shí)監視；
（3）重點(diǎn)用能設備系統（如壓機等)的運行狀態(tài)以及用能參數的實(shí)時(shí)監視；
（4）過(guò)壓、過(guò)流、欠壓等保護信號報警、系統通信中斷、電量、非電量參數越限、能耗超標預警等實(shí)時(shí)事件報警監視。
（5）工藝流程圖展示重點(diǎn)關(guān)注工藝各設備運行參量以及能耗情況
4.4.3變壓器監控
展示各變壓器負載情況，從而可以為變壓器配備情況進(jìn)行科學(xué)合理的規劃。通過(guò)各種運行參數狀態(tài)下用電效能的對比，測算變壓器損耗，找出變壓器經(jīng)濟運行區間。根據變壓器經(jīng)濟運行區間，調整負載，從而降低變壓器損耗，節約電量。
4.4.4用能統計
系統支持為企業(yè)不同的計量監測對象，提供快速查詢(xún)顯示日、周、月、季、年的企業(yè)用能情況同比環(huán)比、產(chǎn)品單耗、產(chǎn)品折標對比、能耗排名等。數據通過(guò)棒圖，餅圖，直方圖等形式，實(shí)現對系統中耗電量、耗水量、耗氣量等能耗數據的統計分析。大到整個(gè)企業(yè)，小到單個(gè)設備或車(chē)間，通過(guò)對這些區域的計量節點(diǎn)能耗數據查詢(xún)分析，實(shí)現整個(gè)企業(yè)能耗數據的統計分析，滿(mǎn)足用戶(hù)實(shí)現對任意時(shí)段內區域、車(chē)間、工藝和設備類(lèi)型等的能耗數據查詢(xún)要求。通過(guò)對比不同區域等的能耗數據情況，了解不同對象區域等的能耗規律，自動(dòng)對這些對象進(jìn)行能耗排名，找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過(guò)程中的浪費。
4.4.5分項用能
系統提供對企業(yè)分項用能的分項統計。根據分項，用柱狀圖以及餅圖，展示各分項用能情況，直觀(guān)，清晰。通過(guò)用能趨勢，及時(shí)掌握企業(yè)分項用能趨勢情況。對于分項用能異常，能即時(shí)發(fā)現，調整策略，改善用能，節約能源。
4.4.6產(chǎn)品/產(chǎn)值單耗
系統可以與企業(yè)MES系統對接，導入產(chǎn)品產(chǎn)量。對不能導入的數據提供人工錄入功能。通過(guò)系統采集的能耗數據，結合產(chǎn)品產(chǎn)量，計算產(chǎn)品單耗，生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。
4.4.7用能成本分析
系統支持為企業(yè)整體以及車(chē)間等各個(gè)需要單獨進(jìn)行能耗考核的對象提供各種能源消耗的總費用成本的統計對比功能?？商峁╇?、水、氣等各種能源類(lèi)型在統計周期中的消耗量以及對應的費用數據，并且可以將各種能源的費用進(jìn)行百分比占比統計和對比，以了解整個(gè)企業(yè)能源費用成本的詳細分布情況。同時(shí)支持對單位成本費用進(jìn)行分析。用戶(hù)可選擇多個(gè)考核區域進(jìn)行耗能成本的對比分析，為用戶(hù)建立有效的績(jì)效獎懲機制和日常管理提供真實(shí)、可靠的數據依據。
4.4.8用能成本
系統支持為企業(yè)以及需要單獨考核計量的區域提供能源成本預算管理功能，允許用戶(hù)錄入能源成本的詳細預算計劃，通過(guò)對比能源實(shí)際費用和預算費用進(jìn)行預算執行管理，可以直觀(guān)的了解到每月或者每年能源成本是否超出預算，方便用戶(hù)及時(shí)的進(jìn)行預算的調整和干預。此外，系統還支持按照的預測算法進(jìn)行能源成本的成本預測，根據歷史的預算執行情況和實(shí)際耗能的數據預測后續的幾個(gè)月的能源成本費用，幫助用戶(hù)進(jìn)行有效的成本計劃管理。
4.4.9績(jì)效分析
對各類(lèi)能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車(chē)間，產(chǎn)線(xiàn)、工段、設備等進(jìn)行日、周、月、年、時(shí)段績(jì)效統計按照能源計劃或定額制定的績(jì)效指標進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節能潛力。
4.4.10能耗預測
通過(guò)對企業(yè)車(chē)間、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設備等的能耗使用情況進(jìn)行分析，建立能耗計算模型，根據人工智能算法對數據和模型進(jìn)行修正，對未來(lái)企業(yè)能耗趨勢進(jìn)行，為節能提供有效的決策依據。
4.4.11運行監測
系統的設備運行監測功能專(zhuān)門(mén)針對重點(diǎn)耗能設備提供管理，主要包括設備運行狀態(tài)及關(guān)鍵參數監視、設備臺賬管理、設備能耗統計分析以及設備維護管理。通過(guò)對設備工作狀態(tài)參數以及工況參數的實(shí)時(shí)采集和監視可及時(shí)判斷設備的運行工況是否正常；設備能耗統計分析可提供針對設備對象的實(shí)時(shí)耗能量以及歷史耗能趨勢的分析和對比；設備臺賬管理以及維護管理可建立設備基本信息檔案，可快速實(shí)現對于設備各種特性參數的查詢(xún)和統計分類(lèi)，對設備及其主要零配件的檢修、更換歷史記錄進(jìn)行信息化管理，并可提供設備計劃檢修到期提醒以及逾期檢修告警等功能，便于為每一個(gè)重要設備建立經(jīng)濟運行檔案，確保設備的安全、穩定、經(jīng)濟運行。
4.4.12能源平衡及損耗分析
能源平衡及損耗統計分析主要為企業(yè)的電、水、氣等能源在轉換、運輸、使用過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節提供能量平衡分析，及時(shí)的發(fā)現能量在使用過(guò)程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問(wèn)題，提醒用戶(hù)及時(shí)進(jìn)行干預。通過(guò)分別統計重要用能環(huán)節的能源供給量和能源消耗量并計算兩者之間的差值損耗量，來(lái)評估個(gè)各環(huán)節的用能損耗程度。比如對用水系統的干管計量和各個(gè)車(chē)間支管的計量消耗量之和進(jìn)行損耗分析，有利于及時(shí)發(fā)現是否存在水管漏水或者違規用水的情況；對用電系統的低壓進(jìn)線(xiàn)計量和各饋線(xiàn)回路的計量消耗量之和進(jìn)行損耗分析，來(lái)評估判斷是否存在違規用電、竊電等異常用電現場(chǎng)，幫助用戶(hù)發(fā)現并糾正能源使用過(guò)程中的能源浪費問(wèn)題，降低能源綜合運行成本。
4.4.13節能分析
節能分析主要是為企業(yè)在實(shí)施節能措施后，具體節能效果的分析，通過(guò)錄入節能措施，對比分析實(shí)施節能措施前與實(shí)施節能措施后的用能情況，以此來(lái)評判節能措施的實(shí)施效果，為企業(yè)節能提供幫助，提高經(jīng)濟效益。
4.4.14分析報告
系統提供的用戶(hù)分析報告主要是為企業(yè)的中、高層管理人員提供有關(guān)企業(yè)的能耗數據統計結果匯總和分析結論展示，注重整體能耗狀況和變化趨勢的說(shuō)明。一般包括企業(yè)的能源利用情況、線(xiàn)路損耗情況、設備運行情況、運維情況，用能趨勢排名，重點(diǎn)能耗排名，綜合能耗排名等。通過(guò)豐富多樣的圖形化組件組態(tài)成為一份用戶(hù)分析報告，讓用戶(hù)了解系統的運行情況，方便用戶(hù)發(fā)現設備異常，從而找出改善點(diǎn)，以及針對用能情況挖掘節能潛力。
4.4.15事件記錄
事件報警分析主要是為系統的異常運行狀態(tài)或故障原因診斷分析提供依據和分析手段。系統運行過(guò)程中所產(chǎn)生的各種報警時(shí)間均會(huì )被自動(dòng)記錄和存儲，通過(guò)對事件的發(fā)生時(shí)間、范圍對象、事件的類(lèi)型、事件的等級以及事件描述關(guān)鍵字搜索查詢(xún)，即可快速的實(shí)現對目標事件的查詢(xún)和分類(lèi)。
4.4.16自定義報表
用戶(hù)可通過(guò)自定義報表頭與列，靈活生成各種報表，從各種能耗數據及費用比較，到電力峰谷平報表；從碳排放報告到系統能耗評估，從能耗指標到能耗預算等等，使用者無(wú)需繁瑣的編輯，只需要簡(jiǎn)單操作就能生成精美的報表。
4.4.17移動(dòng)端支持
APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶(hù)按能源分類(lèi)、區域、車(chē)間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、用能預測、運行監視、異常報警等。
4.4.18運行環(huán)境
(1)瀏覽器運行設備
(2)臺式電腦，手機、平板等移動(dòng)端設備
(3)瀏覽器運行環(huán)境
(4)支持、火狐、搜狗、360等主流瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)
(5)客戶(hù)端運行設備
(6)安卓系統移動(dòng)設備（android 5.0以上），蘋(píng)果ios系統
4.5推薦現場(chǎng)設備選型（根據實(shí)際需求選配）
5結語(yǔ)
積極推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等新一代信息技術(shù)與鋼鐵制造的深度融合是鋼鐵企業(yè)下一步研發(fā)重點(diǎn)[9]。能源管理系統基于自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、實(shí)時(shí)數據庫技術(shù)、數據分析及預測技術(shù),對鋼鐵企業(yè)提供數據定制化管理服務(wù),優(yōu)化能源管理。該系統建成后,將為鋼鐵企業(yè)的管理、生產(chǎn)計劃、調度決策及OA提供準確、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)工藝計量數據,對于構筑信息化工程、實(shí)施精細化生產(chǎn)和精細化管理是十分重要的?？梢愿鶕到y所采集的數據進(jìn)行公司級、廠(chǎng)際級能源核算,實(shí)現計量系統分級化管理,提高計量信息化管理水平,使計量管理更精細、更準確、更高效。是鋼鐵企業(yè)通往節能降耗,減員增效路徑上的重要“橋梁"。
【參考文獻】
[1]孟維潮.淺析鋼鐵企業(yè)成本管理問(wèn)題[J].現代經(jīng)濟,2010(9):48.
[2]孫濤.能源管理系統在鋼鐵企業(yè)上的應用[J].數字技術(shù)與應用,2021,39(10):160-162.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版
作者簡(jiǎn)介：韓歡慶，女，本科，現就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為建筑能耗監測系統。
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