節(jié)能降耗系統(tǒng)平臺(tái)及關(guān)鍵技術(shù)研究

 收稿日期：2007-11-19；

修回日期：2008-01-07

基金項(xiàng)目：河南省2008年重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目（082102350038）

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作者簡(jiǎn)介：薛霄(1979-)，男，山西芮城人，博士，主要研究方向?yàn)橹悄芸刂啤⑾到y(tǒng)架構(gòu)等(jzxuexiao@126.com)；馬永強(qiáng)(1974-)，男，講師，碩士，主要研究方向?yàn)楣I(yè)控制、信息系統(tǒng)等；馬增良(1963-)，男，研究員，主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)集成、RFID技術(shù)等.

(1.河南理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院 河南 焦作 454000； 2.中國(guó)科學(xué)院 自動(dòng)化所 綜合自動(dòng)化工程中心 北京 100080)

摘要：針對(duì)目前工礦企業(yè)節(jié)能降耗所遇到的問(wèn)題，提出企業(yè)節(jié)能應(yīng)該首先實(shí)現(xiàn)能源管理信息化，由注重單體設(shè)備節(jié)能向系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能轉(zhuǎn)變。基于此理念，構(gòu)建了基于分布式體系架構(gòu)的節(jié)能降耗系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和關(guān)鍵設(shè)備的能源消耗實(shí)行全面監(jiān)測(cè)、管理和控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的制度化和長(zhǎng)效化。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗; 能源管理； 系統(tǒng)節(jié)能

中圖分類號(hào)：TP18

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-3695(2008)10-3191-04

Research on energy management system and key technology

XUE Xiao MA Yong-qiang MA Zeng-liang2

(1.School of Computer Science Henan Polytechnic University Jiaozuo Henan 454000 China;

2.Research Center of Integrated Automation，-Institute of Automation Chinese Academy of Sciences Beijing 100080 China)

Abstract:Aimed at current problems in the field of energy saving of enterprises this paper proposed that enterprises should firstly realize energy management information and change the emphasis fromsingle energy-saving to the system optimization. Based on the point of view a distributed energy saving platform was constructed to realize a comprehensive monitoring ma-nagement and control for energy consumption of production processes and key equipment and achieve a long-term energy sa-ving.

Key words：energy saving; energy management; systematic energy saving

在傳統(tǒng)工業(yè)化道路和模式的支配下，粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式和人口激增，已經(jīng)導(dǎo)致嚴(yán)重的資源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞和氣候惡化，社會(huì)發(fā)展將無(wú)可避免地陷入困境。近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消費(fèi)急劇增長(zhǎng)，供需矛盾日益突出。從目前的情況看，能源資源約束已經(jīng)成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、現(xiàn)代化的最大硬約束。節(jié)能降耗，不僅是世界性的重大課題，更是我國(guó)面臨的重大課題，關(guān)系我國(guó)的經(jīng)濟(jì)安全和可持續(xù)發(fā)展。

盡管資源短缺，但是由于技術(shù)和人為等因素，我國(guó)能源利用效率偏低的狀況十分突出，用能水平與國(guó)際先進(jìn)水平相比，存在明顯差距[1，2]。但需要注意的是，這并不意味著我國(guó)短期內(nèi)可以將這些潛力全部挖掘出來(lái)。主要由于：a)所處的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段不同。目前我國(guó)處于工業(yè)化初中期階段，工業(yè)化本身就意味著對(duì)能源依賴程度較高。b)我國(guó)以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)短期內(nèi)難以轉(zhuǎn)變成為以油氣為主的高效能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，能源品質(zhì)在能源效率方面的差異，將使單耗水平、系統(tǒng)效率水平間的差距難以縮小。c)我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式粗放、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理的問(wèn)題還比較突出。在三類產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，第二產(chǎn)業(yè)比重偏高，第三產(chǎn)業(yè)比重偏低。在第二產(chǎn)業(yè)中，高耗能行業(yè)所占比重又過(guò)高。我國(guó)工業(yè)能耗占全國(guó)一次能源消費(fèi)的70%左右。其中鋼鐵、建材、化工、石油加工及煉焦、有色金屬等高耗能行業(yè)占到了工業(yè)總能耗的69%[3，4]。

我國(guó)提高能效必須立足于調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和改善能源結(jié)構(gòu)，這也決定了提高能效任務(wù)的長(zhǎng)期性和艱巨性。因此，當(dāng)前和今后一段時(shí)間，應(yīng)該主抓若干個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的重點(diǎn)行業(yè)和重點(diǎn)企業(yè)。然而，這類企業(yè)一般都規(guī)模龐大，難以及時(shí)獲取各類設(shè)備可靠的用能信息，缺乏對(duì)全廠各車間、各部門(mén)用能進(jìn)行調(diào)控的足夠依據(jù)，沒(méi)有有效的評(píng)判手段，這些問(wèn)題都給進(jìn)一步加強(qiáng)能源管理，控制并降低能源成本帶來(lái)很多困難。

針對(duì)這一難題，本文從企業(yè)管理角度出發(fā)，提出能源管理的三層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)針對(duì)工礦企業(yè)的節(jié)能降耗系統(tǒng)平臺(tái)，為企業(yè)用能的數(shù)字化管理提供現(xiàn)代化手段: 實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠電、煤、煤氣、水、汽等能源使用情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和科學(xué)調(diào)配；方便對(duì)各車間能源消耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、成本核算和管理考核。以冶金行業(yè)為例，闡述了能源分析與分配模塊的運(yùn)行過(guò)程。

1現(xiàn)狀分析

目前大多數(shù)企業(yè)的自身節(jié)能僅局限在對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造、工藝改造，沒(méi)有能力評(píng)估自身能效，缺乏完整的節(jié)能解決方案。節(jié)能設(shè)備生產(chǎn)廠商或一些節(jié)能服務(wù)公司受自身立場(chǎng)的限制，也僅限于對(duì)節(jié)能產(chǎn)品進(jìn)行推廣和銷售。究其原因是設(shè)備節(jié)能改造見(jiàn)效快，投資回收期短，而能源管理是：一項(xiàng)復(fù)雜的工作，涉及到企業(yè)生產(chǎn)生活的方方面面[5]，需要有專門(mén)的能源管理機(jī)構(gòu)和專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)。而且，很多企業(yè)由于種種原因?qū)δ茉垂芾硪彩怯行臒o(wú)力，如：a）缺少專門(mén)的能源管理機(jī)構(gòu)和專業(yè)技術(shù)人員；b）企業(yè)能源管理信息化水平低，效果差；c）企業(yè)能源管理手段落后；d）對(duì)節(jié)能設(shè)備的運(yùn)行缺乏管理，節(jié)能效果無(wú)法數(shù)據(jù)化等。這些均導(dǎo)致了企業(yè)能源管理意識(shí)不強(qiáng)，對(duì)企業(yè)的整體能效狀況缺少全面把握，忽視了運(yùn)用管理手段從整體上調(diào)控企業(yè)合理用能，而傳統(tǒng)的能源管理手段也已相對(duì)落后，使進(jìn)一步通過(guò)管理手段挖掘節(jié)能潛力、降低能耗受到制約。

節(jié)能降耗是一個(gè)系統(tǒng)化的綜合治理工程，需要從完善能源制度，提高節(jié)能意識(shí)，加強(qiáng)技術(shù)改造等多方面進(jìn)行著手改進(jìn)。企業(yè)節(jié)能應(yīng)該首先實(shí)現(xiàn)能源管理信息化，由注重單體設(shè)備節(jié)能向系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能轉(zhuǎn)變[6，7]，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備能力狀況，有選擇地配套采用先進(jìn)節(jié)能設(shè)備和工藝，使先進(jìn)節(jié)能技術(shù)能夠盡快發(fā)揮作用，產(chǎn)生效益。與此同時(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)能源利用狀況的監(jiān)督檢查、測(cè)試和評(píng)價(jià)工作。節(jié)能監(jiān)測(cè)是推動(dòng)節(jié)能技術(shù)改造的巨大動(dòng)力，節(jié)能技術(shù)改造是企業(yè)節(jié)能降耗、增加經(jīng)濟(jì)效益的根本途徑，只有兩者緊密地結(jié)合在一起，才能取得事半功倍的效果。沒(méi)有完善的信息化管理手段，企業(yè)節(jié)能不僅無(wú)法給出完整的解決方案，忽視了節(jié)能空間，也使技術(shù)節(jié)能的成果得不到保障。因此，企業(yè)節(jié)能應(yīng)該首先實(shí)現(xiàn)能源管理信息化，利用信息化促進(jìn)能源使用管理制度化，監(jiān)視節(jié)能設(shè)備的運(yùn)行效果，使得技術(shù)節(jié)能發(fā)揮事半功倍的效果。

2系統(tǒng)構(gòu)建

2.1解決思路

根據(jù)上述理念，在綜合分析現(xiàn)有各種能源管理系統(tǒng)的體系架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上[8~10]，提出了企業(yè)節(jié)能綜合解決方案：基于分布式協(xié)同架構(gòu)的節(jié)能降耗系統(tǒng)平臺(tái)。如圖1所示，系統(tǒng)通過(guò)采用現(xiàn)代化管理手段和先進(jìn)信息技術(shù)，將各種節(jié)能措施統(tǒng)籌規(guī)劃，構(gòu)建出一整套切實(shí)可用的能源管理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程（包括購(gòu)入存儲(chǔ)、加工轉(zhuǎn)換、輸送分配、最終使用四個(gè)環(huán)節(jié)）和關(guān)鍵設(shè)備能耗情況的監(jiān)測(cè)、管理和控制。

2008年第9期轉(zhuǎn)來(lái)

借助于能源管理系統(tǒng)，企業(yè)可以根據(jù)自身耗能特點(diǎn)逐步實(shí)現(xiàn)能源消耗的記錄、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表的規(guī)范化與數(shù)字化，定期進(jìn)行能源消耗統(tǒng)計(jì)分析和能量平衡分析，便于對(duì)能源利用狀況的檢查、測(cè)試和評(píng)價(jià)，全面把握企業(yè)能耗狀況。通過(guò)與企業(yè)現(xiàn)有信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，可以實(shí)現(xiàn)能源儲(chǔ)量的即時(shí)控制、生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制，人員的考核掛鉤等，從而真正提高企業(yè)的綜合節(jié)能管理水平，顯著降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

節(jié)能降耗系統(tǒng)平臺(tái)利用最新的信息技術(shù)與管理手段，從企業(yè)管理、流程監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制等三個(gè)層面，對(duì)企業(yè)中的能量轉(zhuǎn)換平衡流程實(shí)現(xiàn)全面管控。如圖2所示，節(jié)能降耗系統(tǒng)平臺(tái)的功能分為三級(jí)，即信息管理層、流程控制層和末端設(shè)備層。各個(gè)層次所包含的功能模塊和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)如下所述：

a)信息管理層。對(duì)于系統(tǒng)所搜集到的能耗信息進(jìn)行深層次加工處理，從而為企業(yè)管理層的能源決策提供支持。

(a)輔助決策模塊。根據(jù)“分配得當(dāng)、各得所需、溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”的能源使用原則，構(gòu)建專家知識(shí)庫(kù)，通過(guò)分析能耗數(shù)據(jù)，智能化地提供節(jié)能管理方面的建議，以協(xié)助制訂節(jié)能方案，部署節(jié)能措施。

(b)ERP接口模塊。將能耗管理系統(tǒng)所獲得有關(guān)能源輸入、消耗、轉(zhuǎn)換和流失數(shù)據(jù)，傳送給ERP系統(tǒng)的相關(guān)模塊，如庫(kù)存管理模塊（由此來(lái)決定庫(kù)存中應(yīng)該存儲(chǔ)的能源種類和數(shù)量）、財(cái)務(wù)管理模塊（采取節(jié)能措施后可以節(jié)約的費(fèi)用）等。

(c)信息發(fā)布模塊。分為向各級(jí)管理部門(mén)的信息發(fā)布，向政府相關(guān)部門(mén)的信息發(fā)布，向行業(yè)內(nèi)部的信息發(fā)布，向公眾媒體的信息發(fā)布等不同級(jí)別，并且承擔(dān)節(jié)能知識(shí)的普及，節(jié)能相關(guān)法律制度的宣傳等。

b)流程控制層。節(jié)能降耗系統(tǒng)平臺(tái)的核心，通過(guò)對(duì)設(shè)備能耗數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和負(fù)荷的控制。

(a)能耗運(yùn)行監(jiān)控模塊。實(shí)現(xiàn)全廠用能的監(jiān)測(cè)與控制，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)用能信息化管理的第一步。其主要功能是采集測(cè)量點(diǎn)和開(kāi)關(guān)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以直觀的、動(dòng)畫(huà)的方式對(duì)全廠能源轉(zhuǎn)換流程圖加以顯示，記錄各種報(bào)警信息，打印各種報(bào)表等。可以幫助管理人員及時(shí)了解各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源消耗狀況，并根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)能源的合理調(diào)配，故障的及時(shí)處理。

（b)負(fù)荷分析與預(yù)測(cè)模塊。根據(jù)設(shè)備能耗檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)詳細(xì)的負(fù)荷分析，從而可以結(jié)合生產(chǎn)加強(qiáng)科學(xué)管理，提高用能負(fù)荷率，改善負(fù)荷曲線，保證既安全又經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。負(fù)荷預(yù)測(cè)則是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃對(duì)企業(yè)的最大負(fù)荷及負(fù)荷曲線作出預(yù)測(cè)，以備系統(tǒng)最大需量避峰控制，并可作為指導(dǎo)生產(chǎn)或能源分配的數(shù)據(jù)參考，實(shí)現(xiàn)正常和短時(shí)計(jì)劃的制訂(其中前者為應(yīng)對(duì)日生產(chǎn)計(jì)劃制訂日能源計(jì)劃，后者為應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行各種能源的平衡計(jì)算)、電力預(yù)測(cè)、能源中心運(yùn)行指導(dǎo)和通告等。

（c)負(fù)荷控制與需量管理模塊。負(fù)荷控制可以設(shè)置設(shè)備的分時(shí)段功率上限曲線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避峰運(yùn)行；需量管理實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)最大能源需求量的自動(dòng)控制。控制最大需量使其低于某一限值，可以在保證生產(chǎn)的同時(shí)降低能源存儲(chǔ)費(fèi)用支出，保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（d)能源成本分析與分配模塊。對(duì)用能成本進(jìn)行分析，使企業(yè)了解能源成本分布情況，通過(guò)各種能源之間相互置換的最佳化計(jì)算，保質(zhì)保量地管好能源和用好能源，包括各種類型能源介質(zhì)的管理調(diào)配（如煤、電、重油、水、蒸汽、氧氣等）；每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源消耗、轉(zhuǎn)換和回收（如煤氣可轉(zhuǎn)換成蒸汽，廢熱也可轉(zhuǎn)換成蒸汽，蒸汽可轉(zhuǎn)換成電力，煤氣也可直接轉(zhuǎn)換成電力等）；出于效率和經(jīng)濟(jì)上的考慮，各種能源介質(zhì)相互之間的替代(或重油，或動(dòng)力煤等)等。

（e)生產(chǎn)運(yùn)行單耗考核模塊。能源使用已經(jīng)滲透到企業(yè)生產(chǎn)的方方面面，對(duì)能源的管理，最終將涉及到對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行設(shè)備和生產(chǎn)運(yùn)行人員的管理，能源管理也只有與人員管理結(jié)合起來(lái)才能達(dá)到節(jié)約能源的目的。該模塊細(xì)化單號(hào)考核對(duì)象，分析最終產(chǎn)品的單耗分布，實(shí)現(xiàn)從班組到車間的單號(hào)考核，從獨(dú)立機(jī)臺(tái)到工序的單號(hào)考核，并且結(jié)合計(jì)劃單耗與實(shí)績(jī)幫助企業(yè)確立實(shí)施節(jié)能獎(jiǎng)懲制度，有利于把節(jié)約能源思想滲透給每一個(gè)員工，并融入到企業(yè)優(yōu)秀文化中去。

c)末端設(shè)備層。一方面采集底層設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式；另一方面又需要將上層指令傳輸下去，具體實(shí)施各種控制參數(shù)的設(shè)定和調(diào)節(jié)。

（a)末端關(guān)鍵設(shè)備。末端設(shè)備的能源利用率決定了企業(yè)綜合能源使用效率的高低，因此系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)設(shè)備能耗指標(biāo)的監(jiān)測(cè)和控制，為實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)管理奠定基礎(chǔ)。

（b)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。采集全廠能源系統(tǒng)相關(guān)的信息，包括各能源介質(zhì)主干管網(wǎng)的信息、能源系統(tǒng)正常運(yùn)行和異常情況的數(shù)據(jù)、各能源站點(diǎn)的設(shè)備信息、設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信息，以及環(huán)保檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)等。

（c)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)。將數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式，并進(jìn)行初步的加工處理，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，供其他系統(tǒng)使用。

（d)設(shè)備管理平臺(tái)。動(dòng)力設(shè)備基本信息檔案，測(cè)量裝置的設(shè)置信息；動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)歸檔，以備檢索、查詢及分析的需要；生產(chǎn)流程和動(dòng)力設(shè)備之間的從屬關(guān)系；設(shè)備點(diǎn)檢、維護(hù)、保養(yǎng)和檢修計(jì)劃的安排，以及備件管理等。

（e)先進(jìn)控制平臺(tái)。采用各種先進(jìn)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠各能源設(shè)施設(shè)備的遙控操作，如啟、停、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及設(shè)定值給定等指令性的操作；能源介質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量控制，通過(guò)調(diào)節(jié)各種能源介質(zhì)配比，實(shí)現(xiàn)最佳燃燒；各種能源介質(zhì)的總管壓力控制，如對(duì)煤氣加壓站、煤氣燃燒放散塔的閉環(huán)控制，保持主干水管壓力穩(wěn)定的邏輯控制，蒸汽系統(tǒng)的平衡控制，保證混合煤氣熱值穩(wěn)定的調(diào)節(jié)控制等。

2.3硬件組成

節(jié)能降耗系統(tǒng)平臺(tái)是一個(gè)分布式結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，采用B/S與C/S相結(jié)合的構(gòu)架體系，適用于各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了對(duì)能源使用信息的數(shù)據(jù)采集、傳輸、加工處理和設(shè)備控制。節(jié)能降耗系統(tǒng)平臺(tái)的硬件系統(tǒng)（圖3）由如下四層組成：

a)數(shù)據(jù)源(圖3中未作標(biāo)志)。該層的主要功能是管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)自各供配電變電所、水站、煤氣混合加壓站和其他動(dòng)力設(shè)備的站、房以及各環(huán)保檢測(cè)點(diǎn)和各生產(chǎn)車間能耗檢測(cè)點(diǎn)。這些數(shù)據(jù)均通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，輸入／輸出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)信號(hào)，均以信號(hào)電纜接入數(shù)據(jù)采集站。

b)數(shù)據(jù)采集站(簡(jiǎn)稱子站)。通常用若干PLC做數(shù)據(jù)采集站，將它們分別設(shè)置在各供配電變電所、水站、煤氣混合加壓站等部位，零星的數(shù)據(jù)就近接入數(shù)據(jù)采集站。

c）服務(wù)工作站。該工作站是連接過(guò)程工作站和子站的重要設(shè)備，完成主要的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，如短時(shí)歸檔、過(guò)程映像的存放與更新、控制信號(hào)的傳輸?shù)然救蝿?wù)，同時(shí)還必須完成特殊工藝技術(shù)計(jì)算。服務(wù)工作站一般是一臺(tái)或幾臺(tái)大容量、高速度的計(jì)算機(jī)，設(shè)置在中心機(jī)房?jī)?nèi)。

d）過(guò)程工作站，分為監(jiān)控、計(jì)算管理、分析、歷史數(shù)據(jù)、開(kāi)發(fā)等工作站。過(guò)程工作站為操作人員提供進(jìn)行監(jiān)控的人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)用能情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控；通過(guò)專門(mén)的軟件對(duì)企業(yè)能耗狀況進(jìn)行分析；對(duì)各車間班組用能進(jìn)行單號(hào)考核；對(duì)重點(diǎn)工序、機(jī)臺(tái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行以降低能耗。能源監(jiān)控過(guò)程工作站設(shè)置于調(diào)度室，并按專業(yè)調(diào)度進(jìn)行設(shè)置。過(guò)程工作站也是一系列大容量、高速度的計(jì)算機(jī)，按操作人員分工、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)以及系統(tǒng)維護(hù)等要求設(shè)置于計(jì)算機(jī)值班室。

所有的數(shù)據(jù)采集站、服務(wù)工作站和過(guò)程工作站均以光纖構(gòu)成兩級(jí)以太網(wǎng)，各站之間所產(chǎn)生和處理的信息通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享。采集站按數(shù)據(jù)源分布情況在信息集中點(diǎn)設(shè)置，對(duì)來(lái)自各數(shù)據(jù)源的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，然后再通過(guò)以太網(wǎng)傳送給服務(wù)工作站。服務(wù)工作站也接收過(guò)程工作站傳來(lái)的指令，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行控制。

2.4關(guān)鍵問(wèn)題

由于能源管理系統(tǒng)的特殊性，在應(yīng)用到某具體工礦企業(yè)時(shí)，尤其需要注意解決以下問(wèn)題：

a)與現(xiàn)有信息系統(tǒng)的兼容性。現(xiàn)有企業(yè)大多數(shù)都已經(jīng)上馬了一些信息系統(tǒng)，如生產(chǎn)設(shè)備/工藝裝置的DCS/PLC系統(tǒng)、庫(kù)存管理系統(tǒng)、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、ERP和MES系統(tǒng)等。因?yàn)檫@些系統(tǒng)大都是由不同公司開(kāi)發(fā)，并在不同時(shí)段上馬，系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)格式差異很大。為了節(jié)約成本，新系統(tǒng)應(yīng)該盡可能發(fā)揮現(xiàn)有系統(tǒng)的潛力，充分利用已經(jīng)獲得的能源計(jì)量數(shù)據(jù)。

b)系統(tǒng)平臺(tái)的可擴(kuò)展性。隨著廠礦規(guī)模擴(kuò)大，新的設(shè)備會(huì)不斷增加，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度也在不斷增長(zhǎng)。能源管理系統(tǒng)需要考慮如何方便地增刪設(shè)備，并且不影響整體性能；如何在局部失效的情況下維持系統(tǒng)整體的運(yùn)行。

c)關(guān)鍵流程的先進(jìn)控制技術(shù)。工礦企業(yè)中，關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵流程的能耗占其總能耗的絕大部分。如果這些關(guān)鍵設(shè)備和流程能夠處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，將能夠極大地改善能源消耗的狀況。系統(tǒng)需要考慮如何在最短時(shí)間內(nèi)獲取最佳的運(yùn)行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備高效低耗的運(yùn)行狀態(tài)。

d)設(shè)備負(fù)荷的分析預(yù)測(cè)技術(shù)。設(shè)備負(fù)荷是一個(gè)動(dòng)態(tài)的目標(biāo)，實(shí)用化的能源管理系統(tǒng)應(yīng)該在運(yùn)行期間能夠進(jìn)行預(yù)測(cè)，并及時(shí)采取相應(yīng)的節(jié)能措施。如何利用現(xiàn)有的人工智能技術(shù)(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘等)實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)是需要認(rèn)真考慮的。

e)海量信息的處理技術(shù)。系統(tǒng)的對(duì)象設(shè)備有幾千個(gè)，每臺(tái)設(shè)備的警報(bào)有幾種，如何處理如此龐大的信號(hào)種類，并且使得監(jiān)控和調(diào)節(jié)系統(tǒng)互不干擾就至為重要。

3模塊示例

冶金行業(yè)屬于能源消耗的重點(diǎn)行業(yè)，其能源支出在生產(chǎn)成本中所占比例較大。根據(jù)安陽(yáng)鋼鐵公司2006的年報(bào)數(shù)據(jù)，該公司當(dāng)年的純利潤(rùn)約為5.56億元，其能源成本支出為0.59億元（其中水電氣的支出約為0.50億元，氧氣和氬氣的支出約為0.09億元），占公司純利潤(rùn)10%以上。

圖4就以某冶金企業(yè)為例，說(shuō)明節(jié)能降耗平臺(tái)中的能源分析與分配模塊是如何為企業(yè)降低能源成本。此模塊根據(jù)所需能量的數(shù)量、品質(zhì)和時(shí)間，從庫(kù)存、財(cái)務(wù)、MES等系統(tǒng)獲取相關(guān)信息，如各種能源介質(zhì)的當(dāng)前價(jià)格、燃燒品質(zhì)、當(dāng)前儲(chǔ)量、可替代品種等，然后根據(jù)介質(zhì)間的能量換算公式，獲得最科學(xué)的能源介質(zhì)搭配，最后將調(diào)配好的各種能源介質(zhì)的數(shù)量發(fā)送給庫(kù)存系統(tǒng)，進(jìn)行配送或購(gòu)買(mǎi)。模塊的運(yùn)行要求在保證滿足能量需求的同時(shí)，將能源成本降到最低。如果該系統(tǒng)整體投入運(yùn)行成功，預(yù)計(jì)能夠?yàn)槠髽I(yè)降低能耗5%以上，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)讓企業(yè)實(shí)實(shí)在在地體會(huì)到節(jié)能降耗的好處，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的社會(huì)效益。 

4結(jié)束語(yǔ)

節(jié)能降耗是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所迫切需要解決的問(wèn)題和難點(diǎn)。雖然目前很多工礦企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到節(jié)能的重要性，但僅僅局限于對(duì)某些設(shè)備進(jìn)行局部改造，缺乏對(duì)能源消耗進(jìn)行系統(tǒng)化管理的理念。本文從企業(yè)管理角度出發(fā)，提出了節(jié)能降耗系統(tǒng)平臺(tái)，從企業(yè)管理、流程監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制等三個(gè)層面，對(duì)企業(yè)中的能量轉(zhuǎn)換平衡流程實(shí)現(xiàn)全面管控，實(shí)現(xiàn)了信息化與能源結(jié)合、能源與管理結(jié)合、能源管理與生產(chǎn)管理結(jié)合。

能源管理的信息化可以大大提高企業(yè)對(duì)能源的管理和利

用能力，充分發(fā)掘企業(yè)節(jié)能潛力，降低企業(yè)能耗成本，在提高企

業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，也為節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境做出了貢獻(xiàn)。另外，企業(yè)實(shí)施信息化能源管理也有利于政府節(jié)能部門(mén)及時(shí)了解企業(yè)節(jié)能信息。總之，節(jié)能降耗系統(tǒng)平臺(tái)能夠發(fā)揮能源管理整體優(yōu)化的特點(diǎn)和長(zhǎng)期效應(yīng)，將是企業(yè)節(jié)能發(fā)展的必然方向和實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效節(jié)能的有效機(jī)制。

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