能源管理平臺在礦山中的應用

楊靜亞

(廣東韶關凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關市 512325)

建設能源管理平臺是“十二五”期間國家重點節能項目，凡口鉛鋅礦是我國主要的鉛鋅礦產地之一，其主要能源為電能，連續生產需要雙回路供電，對供電安全要求高，結合礦山能源使用的實際情況，在控制技術、信息技術、能源系統工程及管理技術的基礎上，礦區于2013年開始了能源管理中心整體架構和平臺的開發應用，并于2016年試運行，至今已運行一年時間。該管理平臺不僅是企業能源信息在線采集和監視的中心，也是企業合理使用能源的決策、調度和控制指揮中心，其可以對各種能源過程進行監視、分析和記錄，能自動生成各級能源報表，使管理者對能源成本比重、發展趨勢能準確的把握，并將礦山的能源消耗計劃分解到各生產部門及車間，使節能工作責任明確，促進企業健康穩定發展。

1 系統概述

根據國標《能源管理體系》GB/T23331-2012以及凡口鉛鋅礦能源管理現狀和需求，開發了設備能源管理系統(見圖1)，包括：生產監控系統，配電(電調)系統，能源管理系統，設備管理系統，WEB系統，計量器具管理系統。

能源管理系統的計量主要采用EPM5500P電力測量系統對各工藝設備線路進行測量，采集用電設備的三相電量，并通過專用網絡將測量的數據接入MODBUSS通訊管理機，再通過TCP/IP通訊協議接入中心環網。中心環網采用星型+環型網絡拓撲結構，在整個網絡中，某個站點的故障不會導致主網的全面崩潰，有效的保證了系統的正常運作，便于排查故障的網絡點，方便維護服務器。工程師站，操作員站以及大屏幕通過訪問中心環網讀取各類數據，對數據進行歸類處理，并按照需要顯示出來。電能數據采集對象應按照工藝流程、設備線路的重要性和容量，能源系統輸配、能源管理的精度來選擇。數據采集系統采用分散采集方式，以減少系統風險和提高系統的安全性和可維護性。

本項目選用西門子公司針對廣域/分布式SCADA系統的PVSS產品解決方案，系統使用完全基于Client/Server的HMI/SCADA軟件，具有C/S分布式架構軟件的所有功能，可以遠程監視節點的所有數據點，可在線遠程組態。

項目軟件由系統軟件和應用模塊組成。系統軟件包括操作系統Windows 7平臺軟件、PVSS綜合自動化軟件平臺，Oracle數據庫軟件和組態軟件WinCCOA。SCADA 系統是性能強大且易于擴展的大型分布式系統，PVSS開發系統能支持大量第三方通訊協議，可以方便識別和讀取各個PLC數據，對新建的PLC系統也可實現組態監控，能為該系統提供完備的監控與數據采集功能和開放性的管理與開發功能，使用WinCCOA組態軟件，修改靈活，動態畫面美觀，數據保存時間長，可以很好的滿足凡口鉛鋅礦能源管理平臺的要求。

2 應用模塊

結合本企業實際情況，該管理平臺分成四大模塊，分別是電力調度模塊，能源管理模塊，設備管理模塊和系統監控模塊。

電力調度模塊主要采集凡口變電站、獅嶺站、選廠高壓、采礦井下、地面高壓等12條6KV線路運行數據，以及全礦主要生產車間低壓(采礦、選廠、水電)與光纖主干環網的接入，主要配電設備運行參數，并送至數據服務器，實現對電網運行狀態進行監測以及大屏幕顯示。凡口鉛鋅礦是雙路供電，大屏幕可以實現對兩條線路負荷進行調整，避免出現單條線路負荷過重，使整個電網安全可靠運行并保證電能質量。大屏幕顯示可以使工作人員實時掌握系統狀態，直觀地看到全礦的供電網絡運行狀態，方便對電力系統運行的組織、指揮、指導和協調。

能源管理模塊主要進行廠級、車間級、工序級、設備級的能源查看以及生成各級能源報表，分析能源使用狀態，方便找出降低單位產品能源消耗的途徑，提高經濟效益。結合本企業實際情況，該管理模塊分為：能源監視、能源實績、能耗統計、能耗分析、能源考核、能源監察、能源平衡、建模預測、計劃采購、能計器具、文檔管理、人力資源、基礎數據和業務報表共14個子模塊?？梢酝瓿赡茉幢O測、能耗分析、能源考核、建模預測、設備運行記錄、文檔管理、基礎數據管理、能源報表管理等多種功能?？蓪φ麄€工藝設備線路進行分類、分項、分設備計量，同時對各工藝流程、設備及線路實施在線監測、實時計量、及時匯總。

圖1系統網絡柘撲圖

該項目投入使用后，能源設備的運行參數可以存儲在服務器中，在客戶端上按需顯示，監視與管理電、水、氣、油等能源的使用情況。能源數據報警及趨勢方便可查。建立廠級、車間級、工序級和設備級的能源信息檔案，對能源數據進行統計和分析，并生成報表。通過客戶端軟件和網絡瀏覽器，根據用戶權限，可對能源系統相關頁面進行瀏覽、數據查詢與打印等操作。

設備管理模塊根據有色行業設備能源管理發展趨勢，結合凡口鉛鋅礦設備管理制度及流程，建立企業設備能源管理與維護的評估指標體系，并基于PVSS平臺進行礦山設備管理在線運行監控開發，具體包括設備能耗監測，在線運行監控，運行記錄查詢，設備故障查詢，設備檔案管理，設備維修與維護管理等。主要是監控重點設備和一類設備，記錄各類設備的運行狀態和運行參數，以及維修維護情況，提供設備的日常維護，維修檢修，備品備件，大修技改的各類文檔記錄。設備管理模塊功能涵蓋了設備實時監測，分析和報表，各類流程管理(包含各類管理業務流程)，固定資產管理(包括設備入庫、報廢、調撥、分類查詢等)，特種設備管理(包括到期報檢、維修維護信息錄入等)，計量器具管理(包括到期報檢、停用、啟用、報廢等)，技改大修的流程管理及所有設備的檔案管理(包括主要備件庫存、圖紙技術資料、維修維護記錄等)。

系統監控模塊將凡口鉛鋅礦現有的采礦系統 ，選礦系統，供水供電，精礦外運等遠程監控系統一并接入，便于管理人員實時監測管理主要生產設備和系統的運行狀態。并且針對凡口鉛鋅礦壓風、通風、排水環節工作環境較差，操作不便的問題，增加了壓風、通風、排水的實時監控系統，可以遠程監控各工作點的工作狀態，實現遠程控制，減少操作人員頻繁上下井，改善操作人員的工作環境，確保生產安全。以采礦系統為例，采礦現有井下6個水泵房，井上2個水泵房，風井3個，壓風站1個，共12個班組，人員約100人。能源管理系統集中監控中心全部完成后，已經實現以上監測點的集中監控，現場實現無人值守，相關操作人員全部在集中控制室監控操作，工作環境大為改善，且現在僅有人工35人，比以前減少65人，每人人工成本按8萬元/a，共節約人力成本520萬/a。

3 數據處理

能源管理系統采用分層分布式系統結構，核心交換機選用西門子羅杰康RX5000，環網交換機選用西門子羅杰康RX1500，IBM服務器包括PVSS冗余服務器2臺，Oracle數據庫服務器1臺，WEB服務器1臺，SQL Server服務器1臺，數據采集設備有西門子S7系列PLC，MOXA通訊管理機，其它系統選用OPC服務器。

數據流分為數據采集層，數據存儲層和數據展示層。數據采集層通過各種測量系統將凡口鉛鋅礦主要生產設備及工藝的能耗、控制、運行參數等多種信號和參數數據，通過以太網集中在能源管理平臺的中心環網上，生成企業能源管理中心的數據庫，為能源管理系統數據分析提供可靠真實的基礎數據。數據存儲層中，企業能源管理系統數據庫采用工業企業級實時數據庫系統，做為分布式數據管理平臺，可實時、在線監測能耗及各類設備的運行數據，為能源管理平臺的能耗數據匯總與設備運行數據歸檔存儲提供基礎數據，保證能耗數據的實時性、準確性、有效性。也可以通過歷史數據，查看某單套設備或工藝的歷史能耗及運行數據，分析該設備中工藝的能耗變化原因。數據展示層主要指大屏幕顯示系統、工程師站、操作員站等顯示終端。根據不同的管理權限，實現系統的運行狀態監視、歷史查詢、報表打印等功能。

企業能源管理系統展示平臺可通過各種報表、曲線、餅圖等多種形式，為用戶展現能源分析、能源實績、能耗對比、能源對標、能源報表及相應的各項管理功能。用戶可通過C/S或根據需求特制方式訪問能源管理平臺，完成對各監測子站設備的數據采集、數據處理及存儲歸檔、控制、故障處理、報警等任務，對設備運行狀態和配電情況進行監視和管理。

4 使用效果

能源管理平臺運行一年多來，很好地指導了企業用能管理，有效的提高能源使用效率，降低企業能源單耗。凡口鉛鋅礦需量費按兩條進線的當月最大值相加計算，超過協定值時，價格翻倍。2017年通過調整兩條進線的負荷水平，控制全礦最大需量在合理值范圍內，實現了前三季度均未超出協定值，比2016年同期減少需量費約80萬元。通過配電(電調)系統，合理調整部分設備的開停機時間，利用峰平谷期的電價差，2017年比2016年同期節約電費約25萬元。利用部分操作系統的集中控制，減少操作人員約80人。

有色金屬行業能耗居高不下是長期困擾企業的難題，通過能源管理平臺，建立網絡化管理系統，借助平臺在企業內部推行能源管理體系，合理監控調整生產各環節用能，通過能耗系統的精細化管理促進企業的能源管理水平，根據能源結構及監測數據確定能源管理的考核標準，指導礦山合理用能，提高能源使用效率，從而降低企業能源成本，并使企業的信息化管理邁上了一個新臺階。

參考文獻：

[1]湖北博華自動化系統工程有限公司.設備能源管理系統操作使用說明書[R].2017:1-80.