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淺析冶金企業(yè)能源管理系統(tǒng)

來源:江蘇安科瑞電器制造有限公司   2011年06月11日 09:56  

1  概述

  冶金工業(yè)能耗居高不下和環(huán)境質量不如人意是長期困擾冶金企業(yè)的難題。采用信息技術作為平臺,綜合新技術、新工藝、配套技術和管理措施,減少消耗,形成、穩(wěn)定、經(jīng)濟和的能源供給系統(tǒng),對于降低鋼鐵生產(chǎn)成本,環(huán)境質量,提高產(chǎn)品的市場競爭力具有為重要的意義。

  鋼鐵廠的能源消耗約占鋼鐵成本的20%~40%。不同的裝備水平,工藝流程,產(chǎn)品結構和能源管理水平對能源消耗都會產(chǎn)生不同的影響。實用經(jīng)濟的節(jié)能技術、數(shù)字化的平衡輸配系統(tǒng)和基礎能源管理是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗的基礎技術措施。建設公司一體化的集中統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)是數(shù)字化能源管理的措施,也是大型鋼鐵企業(yè)提高節(jié)能效益的重大技術裝備措施,應從企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的高度認識建設企業(yè)能源管理系統(tǒng)的必要性和迫切性。本文介紹了冶金企業(yè)能源管理系統(tǒng)的結構與功能,探討了其技術路線及發(fā)展。

  2  能源管理系統(tǒng)的作用

  作為冶金企業(yè)自動化和信息化的重要組成部分,EMS不僅對能源的統(tǒng)一調度、優(yōu)化煤氣平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質量、降低噸鋼能耗和提高勞動生產(chǎn)率有重要作用,而且對于事故預案的制定和執(zhí)行、事故原因的快速分析和及時判斷處理、能源供需的合理調整和平衡以及在客觀信息基礎上的能源實績分析、能源計劃編制、能源質量管理、能源系統(tǒng)的預測等都是十分的。

  1)完善能源信息的采集、存儲、管理和能源的利用

  EMS對能源數(shù)據(jù)進行分析、處理和加工,能源調度人員和能源管理人員就能實時掌握系統(tǒng)狀態(tài),經(jīng)過系統(tǒng)的合理調整,確保系統(tǒng)運行在佳狀態(tài)。

  2)在公司層面對能源系統(tǒng)采用分散控制和集中管理

  EMS將在公司全局角度審視能源的基本管理需求,滿足能源工藝系統(tǒng)分散特性和能源管理需要集中的客觀要求,以適應鋼廠的戰(zhàn)略發(fā)展需要。

  3)減少管理環(huán)節(jié),優(yōu)化管理流程,建立客觀能源消耗評價體系

  實現(xiàn)在信息分析基礎上的能源監(jiān)控和能源管理的流程優(yōu)化再造,滿足能源設備管理、運行管理等的自動化,建立客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評價體系,向管理要效益。

  4)減少能源系統(tǒng)運行成本,提高勞動生產(chǎn)率

  EMS的建設,對能源管理體制的改革將發(fā)揮重要作用。其基本目標之一是可以實現(xiàn)簡化能源運行管理,減少日常管理的人力投入, 節(jié)約人力資源成本,提高勞動生產(chǎn)率。

  5)加快系統(tǒng)的故障處理,提高對全廠性能源事故的反應能力

  EMS能迅速從全局的角度了解系統(tǒng)的運行狀況,故障的影響程度等,及時采取系統(tǒng)的措施,限制故障范圍的進一步擴大,并恢復系統(tǒng)的正常運行。

  6)通過優(yōu)化能源調度和平衡指揮系統(tǒng),節(jié)約能源和環(huán)境

  EMS將通過優(yōu)化能源管理的方式和方法,改進能源平衡的技術手段,實時了解鋼廠的能源需求和消耗的狀況,能地減少高爐煤氣的放散,提高轉爐煤氣的回收率,采用綜合平衡和燃料轉換使用的系統(tǒng)方法,使能源的合理利用達到一個新的水平。

  7)為進一步對能源數(shù)據(jù)進行挖掘、分析、加工和處理提供條件

  能源管理系統(tǒng)的建設,不僅可解決能源實時平衡管理和監(jiān)控管理,還可以通過對大量歷史數(shù)據(jù)的歸檔和管理,為進一步對數(shù)據(jù)進行挖掘、分析、加工和處理創(chuàng)造條件。

  3  建設能源管理系統(tǒng)的基本技術路線

  能源管理系統(tǒng)在企業(yè)信息化系統(tǒng)中具有重要的地位,公司級ERP或MES完成對包括能源管理系統(tǒng)在內的信息集成和一貫制管理,以實現(xiàn)公司生產(chǎn)、經(jīng)營的過程優(yōu)化和提高公司的總體效率,進而提高公司的市場競爭力。為了實現(xiàn)上述目標,能源管理系統(tǒng)建設的基本技術路線是:

  1)規(guī)劃的能源SCADA系統(tǒng)

  能源工藝系統(tǒng)分散,面廣量大。數(shù)據(jù)采集對象的選擇應按照工藝監(jiān)控的實際要求、能源系統(tǒng)輸配和平衡的要求、能源管理的精度和粒度要求謹慎選擇。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)宜采用分散方式,以減少系統(tǒng)風險和提高系統(tǒng)的性和可維護性。根據(jù)能源系統(tǒng)的特點和具體情況,綜合采用與之適應的基本技術:

 ?、傩袠I(yè)標準監(jiān)控和管理技術;②現(xiàn)代網(wǎng)絡技術和數(shù)據(jù)通信技術;③數(shù)據(jù)庫及實時數(shù)據(jù)處理技術;④預測和平衡優(yōu)化技術;⑤集成式GIS(地理信息系統(tǒng))技術;⑥數(shù)字化運行和調度技術;⑦異構系統(tǒng)無縫集成技術。

  2)設計集中統(tǒng)一的“數(shù)字化”的能源輸配及平衡控制應用系統(tǒng)

  “數(shù)字化”的能源輸配及平衡控制應用系統(tǒng)是指在上述基本技術基礎上,利用信息技術手段,實時地再現(xiàn)工藝系統(tǒng)的過程映象,使運行管理和調整決策建立在可靠的過程信息之上。調度人員能夠在能源控制中心對系統(tǒng)的動態(tài)平衡進行直接控制和調整,從而減少管理控制環(huán)節(jié),提高工作效率,尤其在工藝系統(tǒng)故障時的處理指揮和即時系統(tǒng)調整方面,體現(xiàn)出了大的*性。

  3)建立系統(tǒng)化的能源成本中心管理平臺

  EMS從成本控制的角度,優(yōu)化能源管理體制,合理定義能源系統(tǒng)的成本中心。EMS在系統(tǒng)規(guī)劃、架構設計、功能配置和應用集成等方面反映能源系統(tǒng)本質的管理特征,根據(jù)效益大化的原則配置能源管理要素,通過能源管理系統(tǒng)的計劃編制、實績分析、質量管理、平衡預測、能耗評價等技術手段對能源生產(chǎn)過程和消耗過程進行管理評價。

  4)與ERP或MES系統(tǒng)的無縫集成能源管理

  系統(tǒng)實現(xiàn)與ERP系統(tǒng)的無縫集成,是確保能源管理功能完整實現(xiàn)和ERP系統(tǒng)信息完整的重要技術保證。能源管理系統(tǒng)的基礎管理任務之一是實現(xiàn)按成本中心模式,向ERP系統(tǒng)提供完整的能源系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)和分析結果,ERP也將按能源管理和預測分析的需要,向能源管理系統(tǒng)提供公司的生產(chǎn)計劃、檢修計劃和相關的生產(chǎn)實績信息。信息的交互作用能較好地解決能源系統(tǒng)評價中的不科學因素,在公司層面及時掌握能源消耗情況,并對環(huán)境狀況作出估計。

  4  企業(yè)能源管理系統(tǒng)的解決方案

  4.1 方案設計

  安科瑞公司研發(fā)的企業(yè)能源管理系統(tǒng),現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集基于安科瑞自主研發(fā)的網(wǎng)絡電力儀表,在信息傳遞方面,基于Acrel-3000系統(tǒng)實現(xiàn)信息交換、分檢服務系統(tǒng),這樣企業(yè)各應用程序得到的,都是各自訂閱的關鍵數(shù)據(jù),可大幅度提高數(shù)據(jù)處理的效率。

  能源數(shù)據(jù)包括三種:能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)、能源供給整點數(shù)據(jù)、能源供給累加數(shù)據(jù),每種數(shù)據(jù)都有不同的應用范圍。而能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)是所有數(shù)據(jù)的基礎,其它兩種數(shù)據(jù)是通過儀器、儀表、手工錄入或計算程序得到,是其它應用系統(tǒng)需要的關鍵數(shù)據(jù)。因此,安科瑞的能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),就是在擷取能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)的同時,能將其它應用程序需要的關鍵數(shù)據(jù)分檢出來,主動發(fā)送到各應用程序,滿足各部門的辦公、處理需要,在監(jiān)測的同時,滿足結算、決策的需求。

  4.2系統(tǒng)結構

  安科瑞Acrel-3000電能管理組態(tài)軟件是上海安科瑞電氣股份有限公司總結多年的開發(fā)、實踐經(jīng)驗和大量的用戶需求而設計開發(fā)的產(chǎn)品。Acrel-3000電能管理系統(tǒng)拓撲結構圖見下圖。

 

  系統(tǒng)拓撲結構圖

  Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)可對低壓設備消耗的電能進行分項計量。其軟件運行于windows操作系統(tǒng),包括windows2000、windows NT、windowsXP等windows系列操作系統(tǒng)。系統(tǒng)除了與本公司自主研發(fā)的儀表良好兼容外,還支持數(shù)百種硬件設備,包括目前流行的各種板卡、儀表、PLC等。支持各種常用電力通信規(guī)約,如部頒CDT規(guī)約、POLLING、1801、101、DNP等電力規(guī)約。

  按照對電能計量的相關要求,本系統(tǒng)對耗電量進行分項計量,包括:

  1)照明插座用電:為建筑物主要功能區(qū)域的照明、插座等室內設備用電。主要包括建筑物內的照明和插座用電、應急照明用電、室外景觀照明用電等。

  2)空調用電:主要包括冷熱站用電、空調末端用電。

  3)動力用電:主要包括電梯用電、水泵用電、通風機用電等。

  4)特殊用電:主要包括信息中心、洗衣房、廚房餐廳、游泳池、健身房或者其他特殊用電。

  4.3系統(tǒng)功能

  能源管理系統(tǒng),作為大中型鋼鐵企業(yè)ERP和MES的重要組成部分,在企業(yè)信息化系統(tǒng)中具有重要的地位,其基本功能劃分為三大部分:

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  信息處理子系統(tǒng)的基本功能是數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控,它是能源管理系統(tǒng)的基礎子系統(tǒng),包括了基本的SCADA系統(tǒng)功能:a)不同需求的數(shù)據(jù)采集(周期采集、中斷采集、SOE);b)分類數(shù)據(jù)歸檔(實時數(shù)據(jù)、短時數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、記錄);c)實時閉環(huán)調節(jié);d)邏輯分析處理(條件聯(lián)鎖、越限報警等);e)人機界面(過程圖、過程曲線、設定和查詢等);f)管理報表(瞬時報、正點報、日報、月報等);g)基本數(shù)據(jù)處理等。

  ②故障處理子系統(tǒng)

  故障處理子系統(tǒng)主要包括:監(jiān)測;分級報警(按輕、重故障分類);信息記錄和歸檔(按類別);故障基本分析(時序記錄分析、在線查詢等);故障分析系統(tǒng)等。

 ?、勰茉垂芾碜酉到y(tǒng)

  能源管理子系統(tǒng)的基本功能包括:a)能源計劃管理(計劃編制、跟蹤等);b)能源實績管理(實績分析、歸檔、查詢、平衡分析、成本分析、對標分析等);c)能源質量管理(質量分析、質量跟蹤、趨勢評估、越限警告等);d)運行(運行方式管理、停復役管理、操作評估等);e)預測分析(在線預測決策、能耗預測分析、電力負荷預測等)。能源管理系統(tǒng)基本功能。

  4.4主要監(jiān)控與計量表計

  (1)高壓回路或低壓進線回路選ACR330ELH儀表

  該表為電能質量分析儀表,主要功能有:LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、PF、F、S);四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計;THDu,THDi、2-31次各次諧波分量;電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算;電網(wǎng)電壓電流正、負、零序分量(含負序電流)測量;4DI+3DO(DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警);RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸:120×120mm,開孔尺寸:108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進線柜,見圖1。

  

 

  圖1 ACR330ELH電力儀表

  (2)低壓聯(lián)絡或出線回路選ACR220EL電力儀表

  該表主要功能有:LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、PF、F);四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、大需量統(tǒng)計;4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸:96×96mm,開孔尺寸:88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡柜、出線柜,見圖2。

  

 

  圖2 ACR220EL電力儀表

  (3)動力柜、照明箱選ACR120EL電力儀表或導軌式電表

  ACR120EL電力儀表主要功能有:LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、PF、F);四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、大需量統(tǒng)計;2DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸:開孔尺寸80×80mm,開孔尺寸72×72mm。適用于動力柜,見圖3。

  

 

  圖3 ACR120EL電力儀表

  DTSD1352導軌式電表主要功能:LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、PF、F、S);四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、大需量統(tǒng)計;電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸:126×89×74mm,7模數(shù)。適用于動力柜,見圖4。

  

 

  圖4 DTSD1352導軌式電表

  DTSF1352導軌式電表主要功能:電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸:126×89×74mm,7模數(shù)。適用于照明箱的三相電能計量,見圖5。

  

 

  圖5 DTSF1352導軌式電表

  照明箱DDSF1352電表主要功能:電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸:76×89×74mm,4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測量;單相電能計量,見圖6。

  

 

  圖6 DDSF1352導軌式電表

  5  能源管理系統(tǒng)技術的應用與發(fā)展

  近年來在能源管理、運行決策支持、預測分析等方面進行了探索,取得了較好的效果,為能源系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)經(jīng)濟運行提供了很好的支持。

  一批集成有現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析技術、預測評價技術、地理信息技術、調度決策優(yōu)化技術等的能源管理系統(tǒng)將應運而生。①數(shù)據(jù)分析技術數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計、數(shù)據(jù)挖掘等技術在不同條件下的應用,向業(yè)務人員提供的綜合應用和整合信息,協(xié)助能源管理人員提高他們的數(shù)據(jù)應用能力,為能源系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、系統(tǒng)優(yōu)化服務。②預測評價技術SCADA系統(tǒng)能夠完成的數(shù)據(jù)采集是基本的測量數(shù)據(jù),其完整性受許多條件的限制。利用預測評價技術可以在有限的測量集下,了解系統(tǒng)(如消耗)的變化趨勢。如在電力系統(tǒng)中廣泛使用的中短期負荷預測,對大型鋼鐵企業(yè)也是十分必要的。③地理信息技術能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集設備和傳輸網(wǎng)絡遍布全廠的每一個角落,利用地理信息技術,能實現(xiàn)管網(wǎng)(線路)地理信息與能源管理系統(tǒng)的無縫結合,對運行管理人員及時準確地掌握系統(tǒng)信息,指揮操作人員加快系統(tǒng)故障的分析和處理,提高能源工藝系統(tǒng)的運行可靠性和穩(wěn)定性有良好的指導作用。④調度決策優(yōu)化技術大中型冶金企業(yè)的能源工藝系統(tǒng)的復雜性,使在線能源平衡調度工作無法達到理想的狀態(tài)。優(yōu)化能源介質的傳輸、合理安排能源介質的轉換、綜合生產(chǎn)需要和經(jīng)濟要求的能源分配、動態(tài)評估能源系統(tǒng)的運行狀態(tài),是解決能源系統(tǒng)的運行和經(jīng)濟運行的必然要求。建立企業(yè)能源系統(tǒng)調度決策優(yōu)化模型是達到上述要求的手段。

  6  結束語

  建設公司級能源管理系統(tǒng),是現(xiàn)代大中型冶金企業(yè)實施信息化工程的需要。它可以改進能源系統(tǒng)的運行管理和管理水平,完善能源生產(chǎn)和使用的評價體制,提高勞動生產(chǎn)率,減少能源消耗,增加能源回收,環(huán)境質量,對提高公司的市場競爭力具有重要意義。Acrel-3000能源管理系統(tǒng)技術不僅提高運行管理效率,而且實現(xiàn)全系統(tǒng)無人值守和投產(chǎn)以來的連續(xù)不間斷穩(wěn)定運行方面取得了很大的成績,在節(jié)能降耗方面也取得了可喜成果。

作者簡介:

師晴晴(1985-),女,漢族,本科,工程師,主要研究方向為智能建筑供配電監(jiān)控系統(tǒng)

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http://    http://ecc.jyacrel.cn/

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