淺談能源管理系統（EMS）助企業節能降耗

郭利霞

[摘要]目前，鋼鐵冶金企業存在著能源消耗量大、能源運輸供給不足、環境壓力日趨增大等一系列問題，這些問題制約了企業的快速穩定健康發展。為達到鋼鐵企業節能降耗，對企業氧氣、氮氣、氬氣、煤氣、水、電等能源進行計量管理，將柔性控制系統理念、現場總線控制技術應用到企業實時監控中。

[關鍵詞]能源管理；數據采集；能源調度；節能降耗

[中圖分類號]P413 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0418-02

1、引言

能源管理涉及的范圍很廣，它包含了從能源生產到消耗各個環節的管理技術，冶金企業能源管理主要涉及對企業二次能源的平衡管理和能源消耗的分析。

河北鋼鐵集團宣鋼公司在2011年開始建設能源管理系統，其針對現場的水、電、氣體等能源儀表，通過組網對其進行遠端的數據采集與控制，集有線和無線測控與計算機局域網于一體，形成一個網絡系統，實時監測現場能源介質的運行狀態。

能源管理系統（簡稱EMS系統），通過能源計劃，能源實績，計量認證，能耗計算，設備管理，報表管理等多種手段，使企業管理者對企業的能源成本比重，發展趨勢有準確的掌握。其基本管理職能包括：

●能源系統主設備運行狀態的監視

●能源系統主設備的集中控制、操作、調整和參數的設定

●實現能源系統的綜合平衡、合理分配、優化調度。

●異常、故障和事故處理。

●基礎能源管理。

●能源運行潮流數據的實時短時歸檔、數據庫歸檔和即時查詢。

2、EMS系統的特點

實時性：為了及時獲取各種能源介質的能耗信息，該系統充分考慮了宣鋼當前設備通信協議的狀況，采用了豐富多樣的接口技術，使所有的數據采集時間控制在1s-5s之間，并與產銷系統和ERP系統進行數據傳輸；

先進性：先進的網絡管理方式、網絡設備以及一致的開放式數據庫接口，無論從系統性能、可靠性及網絡的拓撲結構等方面都為企業提供了高技術的管理模式；

可靠性：可靠性是能源數據采集的先決條件。簡單的網絡拓撲結構及各個功能模塊冗余的設計使得系統運行更加安全可靠；

安全性：系統對于不同的管理職能提供了不同的管理權限；還包括網絡的安全性，整個網絡安裝了防火墻，還使用了網絡隔離技術，有效阻止了外界非法病毒的入侵，從而保證了網絡的安全；

可操作性：硬件設備設置簡單、直觀；系統軟件提供人機界面便于操作。

3、網絡結構

EMS網絡拓撲結構分為三層：

一層為儀表到數據采集分站的通訊，采用RS-485通訊和模擬信號兩種方式；二層為數采分站到總站的通訊，采用無線方式和有線方式；三層為管理網，由服務器到管理分站，組成局域網，連接方式根據現場的實際『青況布置：對于樓內或距離小于100m的計算機，使用超五類雙絞線組成百兆局域網；距離較遠但布線方便可以使用光纖；距離較遠、布線不方便采用無線網橋的方式。

服務器（采集器）的作用：一方面收集分站送來的數據進行匯總處理，同時也能對遠程儀表進行參數設置；另一方面服務器可對工作站（客戶機）進行數據共享。客戶機可以預覽或打印統計報表、實時監控和供維修人員監視系統運行狀態。

4、EMS系統的主要功能

4.1 監視和遠程控制

（1）能源介質數據監視。通過I/O服務器的接口功能，接收來自廠區PLC、DCS和采集站網關的各類信息，完成數據采集合并歸檔到實時數據庫中。系統采集各種介質的發生量，各存儲柜的柜位、柜容，以及各能源計量儀表流量、壓力、溫度和表底數據等。

（2）能源設備及主要工序運轉狀態監視。通過I/O服務器的接口功能，實時采集能源設備的重要參數，判斷設備運行狀態及工序生產狀況，故障及時報警。

（3）能源設備的遠程控制。能源中心調度人員通過專用操作站向廠區能源PLC系統下達控制指令，控制能源設備的運行。

4.2 基礎能源管理

（1）能源設備管理。能源設備管理主要用于能源計劃的編輯和設備維護。能源設備管理主要對關鍵的大型能源設備實行集中管理，包括建立檢修和使用檔案，輔助制定設備檢修計劃；對設備檢修記錄進行跟蹤、查詢和統計。

（2）能源計劃管理。能源計劃管理根據能源設備管理模塊提供的接口，可以查閱與能源計劃有關的能源設備的檢修計劃，同時在制定能源計劃是，根據生產與消耗平衡的特點，在制定能源計劃的過程中動態顯示全局能源平衡情況，方便業務人員微調。

（3）能源報表管理。對于能源系統的計量與管理統計數據，EMS對原始采集數據經必要的計算處理后，按指定格式、時間自動進行系統報表輸出。能源報表管理提供對整個能源管理系統中所以模塊報表需求的支持，提供各種自動報表、手動報表及能耗報表。報表包括小時報表、日報、月報和年報等。

5、關鍵技術

5.1 能源預測模型

本系統中綜合考慮了生產信息、設備檢修計劃信息、非計劃停工信息、工藝變更信息以及能源實際采集數據，對某一能源介質未來幾個小時或幾天內的生產狀況及各用戶單元消耗狀況進行追蹤預測，并根據相應時段內的預測結果進行預測平衡展示，涉及的能源介質包括高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣、電、水等。預測結果以趨勢圖等形式輸出，為能源平衡調度提供指導。其中包括的曲線有：

實時曲線：用曲線的方式顯示測點的瞬時量；用來直觀顯示實時的數據變化和累積計量的階段性變化。

歷史曲線：畫出測點的某時間段的曲線；

鋼鐵企業能源介質的波動在自身波動規律的基礎上受靜態因素、動態因素的影響。靜態因素指物料、產品、工藝條件等，通過靜態因素推算出能源理論發生量的過程稱為靜態模型。動態因素指工況條件發生變化，如高爐修風、換爐、計劃檢修及非計劃停機等。

5.2 跨平臺、異構應用數據交換技術

能源管理系統、產銷系統和ERP系統是同時實施的。ERP負責四級財務核算，能源生產和能源消耗的數據需要上傳ERP；同理ERP對電的采購計劃，需要下傳至能源管理系統中完成電的平衡計劃。產銷系統負責管理生產，而能源管理系統需要來自產銷系統的生產計劃和實績，來完成能源計劃和能耗計算。因此三個系統是相互集成，才能完成各自的管理業務。

5.3 無人值守技術

能源管控系統對動力設施進行遠程控制，主要包括煤氣柜，放散塔等。設置遠程控制專用操作站，操作站配有專用監控軟件。

5.4 網絡隔離技術

在能源網絡實施過程中，為了不影響生產，在一些關鍵網接入能源環網技術中選擇了最新的網絡隔離技術——隔離網關。隔離網關通過內部的雙獨立主機系統，一端接人站控系統網絡，通過采集接口完成各子系統數據的采集；另一端接入能源環網，完成數據到能源管理系統的傳輸。

6、結論

EMS投入運行后，系統運行穩定可靠，能源的分配情況、消耗情況可以及時反饋給有關部門，為生產決策提供了數據，使能源調度更加及時，合理，減少了煤氣的放散，又有原來的事后統計，變為現在的計劃管理與動態調控，減少了能源消耗，降低了能源成本，經濟效益極為可觀。

參考文獻

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