青銅峽鋁業寧東分公司能源管理系統

北京三維力控科技有限公司

1 項目背景

寧夏能源鋁業努力探索電解鋁產業管控一體化模式，通過發揮青銅峽和寧東兩個區域電解鋁生產的協同作用，進一步優化資源配置，增強市場競爭力，成為中電投集團最大電解鋁生產基地、最重要的鋁業發展平臺和最具實力的鋁業核心企業。

寧夏能源鋁業擁有2萬噸石墨質陰極炭塊和2萬噸石墨化陰極炭塊生產能力，目前產量位居全國首位，技術裝備居國內陰極炭素行業先進水平，擁有完整的自主知識產權，自主研發的高石墨質陰極炭塊，符合國家對電解鋁產業提出的節能減排要求，代表當今世界有色金屬行業炭素制品的高端發展方向。

本項目以青銅峽鋁業股份有限公司寧東分公司為實施地點，并在銀川總部建立能源管理中心，將寧東能源管控系統接入銀川總部。

2 項目建設原則

（1）統一規劃、分步分項實施。

銀川本部將做為公司能源管理中心，各生產區域建立能源管理分中心。

能源管理主系統和各子系統實施分階段、分子項單獨進行。即本次實施的青銅峽寧東鋁業分公司能源管理子系統與公司總部能源管理主系統優先實施。以后的其他區域上的能源管理子系統，都必須將子系統信息納入主系統中。

圖1 青銅峽鋁業有限公司寧東分公司能源管理系統拓撲圖

（2）各區域（產業基地）能源管理中心功能定位需結合實際，尤其是已建設完善的廠區（產業基地），要保護現有投資，提高投資回報率。

（3）各廠區系統配置應考慮近2年規劃的其他新建產業接入，為系統升級留足夠的接口。

（4）采用開放、成熟的軟硬平臺，方便不同廠家開發的系統間相互融合，數據共享，系統設計壽命應大于10年。

（5）整個系統建設應方便適用，讓系統維護人員能方便的擴充接入其他新建產業。

3 系統結構設計

系統在各生產系統監控中心或能源數據集中位置部署數據采集網關對現場生產及能源數據進行匯聚并轉發；數據采集遵守標準OPC、Modbus及電力dlt645規約；其中中央供電系統一、二期系統，考慮網絡安全等問題，部署力控安全隔離網關；并根據現場需求對現場數據根據標準電力cdt-104規約，進行匯聚并轉發。

（1）中心機房部署力控pspace6.0實時/歷史數據庫平臺，通過兩臺數據采集服務器，實現系統的雙機冗余，保證數據的穩定性。

（2）部署一臺服務器處理分析系統數據，并通過SQL ROUTER將能源數據轉出到應用服務器（oracle）為能源管理系統提供數據。

（3）部署一臺web服務器部署，進行web授權便于網絡上用于通過b/s方式訪問系統。

（4）部署兩臺工程師站，用于系統維護優化。

（5）部署五臺操作員站，用于運行人員監視生產系統數據及生產作業區工作狀態。

（6）為系統分配多級用戶，方便對系統及人員管理。

4 數據采集系統

本系統設計能源計量類型包括水、蒸汽、壓縮空氣、電、天然氣。由于能耗計量系統涉及范圍廣、數量和類別較多，所采用的通信協議不一致，各個部門所采用的計量設備也千差萬別，同時由于控制的設備種類繁多、協議多樣化，并地理分散，標準又不統一，難以建立統一能耗統計平臺。

本系統中采用力控能源數據采集器pFieldComm，其內置數千種通訊協議支持，可以通過遠程組態實現不同協議的轉換，對于系統尚未支持的特殊協議，可以提供通訊協議開發包進行開發，具備將非標準通訊協議轉化為標準通訊協議，并具備OPC接口，現場能耗數據通過力控能源管理采集器pFieldcomm進行采集聯網從而完成統計和收集、并以標準的數據格式和封裝傳送到遠程的管理服務器,中心數據庫通過采集站進行分布式生產實時數據采集。

4.1 電力系統數據采集

寧東鋁業分公司供配電系統按電壓等級劃分，目前擁有330kV總降整流變電所兩座，10kV配電室6個。本次設計完成電力系統數據采集，實現電力數據匯聚和界面展現，并將數據接入能源管理平臺，實現電力能耗分析。

上位機能在線顯示遙測、遙信、電度量、頻率、溫度等數據或狀態，各狀態具備顏色變化報警及語音報警功能，能夠完成歷史數據報表的查詢、修改、打印和歷史曲線打印等功能，同時能直觀顯示系統各模塊運行狀態和網絡通訊狀態，通過權限管理功能，系統管理人員能夠增加和編輯用戶賬號，并為其分配相應的權限。

4.2 天然氣系統數據采集

系統有天然氣調壓首站1座，天然氣末站1座，均用于天然氣的輸配。主要用于陽極導熱油、煅燒大窯、焙燒車間南側、焙燒車間北側、鑄造車間等，本次系統完成天然氣系統數據采集，實現天然氣數據匯聚和界面展現，并將數據接入能源管理平臺，實現蒸汽能耗分析。

上位機實現各站庫所有參數的采集與存儲，監控主要工藝過程，完成部分參數的統計及分析，并且以趨勢圖、餅圖、報表等方式展示，同時提供了各站庫主要參數的日報，月報，季報，年報。整個系統具有很好的擴展性，伸縮性。使得后期新增站庫可以低成本無縫接入。

4.3 蒸汽系統數據采集

蒸汽系統目前由一臺35t煅燒煙氣冷卻余熱鍋爐提供蒸汽，供出管網一路供汽輪機使用，另一路經減溫減壓供廠區管網。本次設計完成蒸汽系統數據采集，實現蒸汽數據匯聚和界面展現，并將數據接入能源管理平臺，實現蒸汽能耗分析。

上位機以動態的方式對采集信息的實時顯示，如換熱站的動畫模擬顯示，各子站溫度、壓力等數據的動畫展示，直觀反映整個熱網的當前狀態。

4.4 壓縮空氣系統數據采集

空壓站供應全廠的全部壓縮空氣，共有九套空壓設備，并網后分出五路分別供一期350KA電解車間、二期400KA電解車間、一期儲運站、卸料站及陽極鑄造車間使用。本次設計完成壓縮空氣系統數據采集，實現壓縮空氣數據匯聚和界面展現，并將數據接入能源管理平臺，實現壓縮空氣能耗分析。

系統在線監測設備的運行狀態及主要運行參數（如空壓機的電流、電壓、設備開停、故障），實現系統設備正常的順序起、停控制。用戶可以清晰直觀的看到風量，風壓，電機電壓，電機電流，電機故障，開停，電機表面溫度等數據或狀態，并且具備報警等功能。

4.5 水系統數據采集

本次設計內容包括成型循環水泵房、煅燒循環水泵房、焙燒煙氣循環水泵房、余熱鍋爐循環水泵房、鑄造循環水泵房、空壓站循環水泵房、電解凈化循環水泵房等部分，保證水泵安全穩定運行。通過采集方式完成數據收集、傳送，將數據集成至數據中心使中心展示，具備水泵數據采集分析及保護、通訊、顯示功能、報警等功能。

各PLC控制站與監控主機實現實時采集數據的交換，顯示現場排水工藝流程，如水泵的工作狀態、電動閥的開閉位置、水泵抽真空情況和出水口壓力值，同時通過相應的操作權限，實現對主排水系統的啟、停控制。監控系統自動報警，并自動記錄報警信息以便工程師分析故障信息。同時通過報表、曲線的查詢打印等為技術員分析系統運行狀況提供科學的依據。

5 能源管理系統

能源管理主系統主要對各能源管理子系統上傳的能源數據進行進一步的篩選、統計、分析、對比等，從這些數據上整體了解各下屬分公司的各能源介質的消耗情況、節能指標完成情況；再依據系統處理后的數據指標進行考核，并進行各分公司之間的能源成本對標、產品能耗對標等工作，從中進行對比分析，以幫助公司領導層進行決策支持，并依據這些數據制定新的節能指標或更加科學合理的考核依據，制定節能的大政方針或節能措施并向下推行。

5.1 能源流程監控與管理

本系統能源監視是對企業電、氣、水等能源進行集中日常監視、測量、控制和管理，實現能源歷史數據存儲、查詢、分析、統計等功能。系統提供從運行數據到管理數據的平臺，企業管理者實時了解工廠的生產和能耗情況。通過各類自定義各種能耗報表，對外對內都可以提供單位的能耗匯總情況。

? 能源監視模塊監測動力介質能耗、工序的能耗、關鍵耗能設備的能源利用水平；

? 橫縱對比分析各二級單位部門或各班次資源利用效率和節能潛力；

? 統計各部門、各車間，各班次的能源消耗狀況；

? 監控動力、給排水、供配電、供氣運行以及規范化操作以及應急預案。

靜態調度 ：根據生產計劃和檢修計劃，預測一段時間內的能源供應需求量，并制定相應的能源生產供應計劃，從而達到預測性平衡并實現手工靜態調度。

動態調度 ：在短期時間內，隨著生產過程的進行和各種因素的影響，各能源相關參數將動態變化，因此需采取及時平衡策略將這種變化限制在允許范圍內，從而達到能源供應和需求量之間的動態平衡。

5.2 能源計劃管理

對所處的管理領域的用能對象進行能源計劃的制定，能源計劃包括年計劃、月計劃、日計劃。系統根據生產計劃、檢修計劃和能源單耗預測，來自動計算能源產耗計劃。計劃制定后需要相關領導進行審核和審批。同時能源計劃通過發布使相關人員了解計劃的制定情況。

5.3 能源實績管理

用于對整個管理區域的用能情況進行收集匯總，以一種固定的格式進行展現。信息來源的方式有兩種，一種是由現場的采集設備通過網絡將實際的用能情況進行收集，按照一定的存儲要求存入相應的數據區域（關系數據庫中的某張數據表），另外一種是通過人工的方式將現場儀表的數據進行錄入，便于信息的收集。

5.4 能源成本管理

用于對能源使用情況進行的綜合分析，便于發現能源問題，做出調整方案，提高能源的使用效率。對特定的區域的能源使用情況進行查詢，可以查詢各個節點的能源消耗情況，用多種形式來進行直觀的展示。

5.5 能源計量設備管理

設備管理模塊的功能主要是管理和更新所有計量器具的相關數據內容。計量器具的資料內容包括該器具的唯一標識號、參數性能、溯源單位、檢定日期、有效期限、管理負責人、使用狀態等設備的信息。系統還添加了設置儀器設備和項目的到期提醒功能, 幫助工作人員有效地對計量設備的有效期進行監控, 時時刻刻保證所有的計量設備處于受控狀態。

? 具備計量器具臺帳管理功能；

? 具備強制檢定計量器具臺帳管理功能；

? 具備計量器具動態反饋錄入功能，自動搜索后歸檔；

? 具備計量器具備品備件臺帳管理功能；

? 具備報廢計量器具臺帳管理功能；

? 具備計量器具檢定計劃管理功能；

? 具備計量器具檢定記錄管理功能；

? 具備計量器具檢修情況記錄功能；

? 具備查詢、統計功能。

5.6 能源統計分析

對能源數據按介質種類進行統計分析，配合能源管理、能源消費結構進行能源供需、能源實績與計劃比較分析，并且按設定的統計分析條件處理歷史數據，為用戶提供直觀的統計和分析數據。

5.7 能源設備管理

? 記錄能源工藝設備原始技術資料及主要工藝參數；

? 記錄能源工藝設備狀態，運行工藝參數；

? 記錄設備運行記錄、點檢記錄、設備檢修記錄、設備故障記錄、設備報警記錄；

? 設備檔案管理（主要是計量設備和儀表）：提供維護設備檔案錄入、查詢等維護功能，用于記錄設備技術參數，技術指標；

? 設備運行管理：自動從上位機獲取或人工錄入當前設備狀態數據，顯示主要設備當前的運行參數。

? 設備缺陷記錄：設備的缺陷記錄、分類、統計、消缺的跟蹤與督辦和考核；

? 設備維修管理：制定設備維修計劃、設備維修周期、設備維護管理；

5.8 能源定額管理

? 按照公司制定并下達的能源定額，對各單位實際消耗量進行比對；

? 根據與定額比對后的節超量，形成考核報表。

6 系統結論

本項目實現了能源數據（水、電、蒸汽、風、天然氣）的采集與監控，為全公司能源運行提供統一的管控平臺，調度人員可通過該平臺對能源運行進行統一監控及調度管理，從而方便從整體上了解各下屬分公司的各能源介質的消耗情況、節能指標完成情況，以及對數據指標進行考核，幫助公司領導層進行決策支持，并依據這些數據制定新的節能指標或更加科學合理的考核依據，制定節能的大政方針或節能措施并向下推行。

鏈接采訪

Q：您感受到冶金自動化市場正在發生著哪些變化，呈現出哪些特點？

A：隨著計算機技術和信息技術的快速發展，冶金行業正朝著綜合自動化系統不斷發展，實現企業信息化。“智能生產是工廠的未來， 而以信息化促進自動化是智能生產的基礎”，這是力控科技對于整個自動化行業的預測。

Q：貴公司能夠為冶金行業提供哪些產品或者解決方案？

A：我國冶金工業自動化系統的建設，許多都處于開環控制或局部閉環控制階段。而要實現真正意義上的自動化系統集成與創新就要在全過程方面實現真正閉環。同時，我國的冶金企業普遍具有流程長而復雜、工藝類型多樣、設備密集、產品種類繁多、組織架構復雜等鮮明的業務特點，這些導致冶金行業在過程自動化與企業資源計劃系統之間普通存在數字鴻溝，對數據的綜合集成帶來了困難。

力控科技針對這些特點，以公司豐富的產品線為基礎，向冶金行業提供完整而安全的解決方案：

? 力控ForceControl –工業通用監控組態軟件;

? 力控eForceCon –工業SCADA平臺組態軟件;

? 力控pSpace – 企業級實時歷史數據庫軟件平臺；

? 力控Fportal – 企業實時信息門戶；

? 力控華康pFieldComm –工業通信網關服務器；

? 力控華康pSafetyLink – 工業網絡安全防護網關；

? 力控華康HC-ICG –工業防火墻。

Q：節能降耗是冶金企業當前面臨的難題，三維力控對此有何解決方案？

A：冶金企業EMS系統是是冶金企業信息化系統的一個重要組成部分，能源管理調度中心可以實現從能源數據采集-過程監控-能源介質消耗分析-能耗管理等全廠能源系統的統一調度，完成全過程的自動化、高效化、科學化的管理。力控EMS系統具有如下特點：

（1）力控組態軟件實現遠程在線監控和操作：結合現場環境、設備狀態、生產能耗等實時信息，以及生產報表、報警信息，實現對現場設備的遠程開、停車，診斷各類設備的運行狀態，并對設備參數進行調整、維修和檢修。

張平 北京三維力控科技有限公司市場部市場專員

（2）力控華康采集網關消除信息孤島：數據采集和協議轉換網關pFieldComm，可以將多種不同的串口設備轉換成同一串口或以太網接口下的通訊協議，解決國內外各自動化廠商棘手的數據采集與接入問題，大大縮短綜合自動化的實施周期和數據采集的實時性。

（3）力控實時歷史數據庫提供統一的數據平臺：分布式實時數據庫pSpace，可以將冶金企業的各種信息源在數據庫平臺中集成化整合，從而支撐各個管理層面對生產業務數據的不同需求，為經營管理決策提供數據依據，形成企業的專家分析系統及決策支持系統。

（4）力控企業實時信息門戶Fportal：以分布式實時數據庫系統為核心提供一個整體的能源信息系統解決方案，可以完成從數據采集、聯網、能源數據海量存儲、能耗統計分析、查詢等功能，實時地對系統的動態平衡進行直接控制和調整，達到節能降耗的目的。

（5）力控華康安全隔離網關保障控制網絡安全運行：安全隔離網關pSafetylink是國內首款國家公安部認證的工業網絡安全防護產品，采用安全的物理隔離“2+1”系統架構，提供嚴格的身份認證來管理系統配置權限，更加充分的保障控制網絡的安全。

Q：對于冶金行業自動化軟件技術的未來發展，您有何見解？

A： 眾多冶金企業已從多年來內部信息化建設的實踐中，深刻地領悟到由此而產生的企業內部采購信息、生產信息、銷售信息、庫存信息、財務信息等存在各為一體、互不相通的問題。這使企業難以對生產經營活動進行有效的監控和管理，形成制約企業加速發展的瓶頸，因而使企業深刻地認識到走信息集成化道路的重要性。為此，掘棄"信息孤島"，實施信息集成化技術，實現PCS/MES/ERP三層架構，已成為冶金企業信息化建設發展的一種必然選擇。

基于TCP/IP協議以太網通訊技術在工業領域得到廣泛應用，工業控制系統和以太網的結合，帶來了諸多安全問題。在互聯網和物聯網技術變革的大驅使下企業信息化是必經之路，然而對冶金行業，控制網絡的安全性非常重要的，一旦控制網絡直接暴露給外網，就有可能因受到外網的惡性攻擊、病毒感染而導致控制網絡阻塞、癱瘓，甚至產生破壞和影響生產的嚴重后果，目前工業自動化市場上選用常規網安產品，由于自身存在的缺陷與不足，不能滿足工業網絡較高的防護要求，或者因為不是專門針對工業網絡設計，難以在工業場合應用。盡管我國工業控制系統信息安全產品的研發和應用還處于起步階段，但自“震網”病毒事件公開以后，工業控制系統安全越來越受到重視，未來冶金行業也必將重視工業控制網絡的安全建設。