能效管理在鑄造行業(yè)的應(yīng)用

曹 偉，蔡少剛，史 磊，張成紀(jì)，鄭世達(dá)，韓東升

（國機(jī)鑄鍛機(jī)械有限公司，山東濟(jì)南 250306）

1 鑄造工廠現(xiàn)狀及能源消耗分析

近幾年，我國環(huán)境問題嚴(yán)重突出，能源損耗嚴(yán)重。根據(jù)國務(wù)院指示，到2020年，全國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2015年下降15%，能源消費(fèi)總量控制在50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以內(nèi)[1]。

機(jī)械工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中有著重要地位與作用[2]，而鑄造又占有比較大的比重。機(jī)械工業(yè)污染防治面臨的形勢(shì)十分嚴(yán)峻，“高消耗、高排放、低效率”的問題仍十分突出[2]。鑄造生產(chǎn)要消耗大量能源，同時(shí)又產(chǎn)生大量廢棄物，一些小的手工作坊更是存在能源使用效率低的情況。鑄造工廠幾大工序一般包含造型、熔煉、制芯、鑄件清理、型砂處理等，其中熔煉和型砂處理是能源消耗的主要設(shè)備。鑄造行業(yè)的能耗主要包括焦炭、電、油、天然氣；所占的比例為：焦炭50%、電32%、油和天然氣18%[3]。要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,首先要將能源管理起來，從而減少能源損耗，降低排放，節(jié)省用戶成本。

2 能效管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

針對(duì)工廠內(nèi)的變配電房及平臺(tái)配電間、用水、壓縮空氣、天然氣、冷/熱量進(jìn)行節(jié)能監(jiān)測(cè)、控制和分析管理，建立一套完善的能源管理體系；通過能源管理平臺(tái)將工廠內(nèi)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、分析和整理，集中進(jìn)行調(diào)配、管理和考核，最終實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)一體化運(yùn)作和集中管理，實(shí)施有效的能源監(jiān)控管理和能源平衡調(diào)度。實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、統(tǒng)一管理和使用、一站式的管理和按授權(quán)的分散使用，實(shí)現(xiàn)能源的工序成本核算，建立客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評(píng)價(jià)體系。并通過PLC將所有數(shù)據(jù)上傳至總能源管理平臺(tái)，系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)所采集能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析處理。

系統(tǒng)平臺(tái)幫助管理者實(shí)時(shí)的反映工廠整體能源運(yùn)行的現(xiàn)狀及趨勢(shì)，從日常耗能的環(huán)節(jié)本身發(fā)現(xiàn)能源問題，通過對(duì)工廠不同功能區(qū)域的耗能特點(diǎn)的分析，建立“數(shù)據(jù)采集—集中數(shù)據(jù)—數(shù)據(jù)分析處理—提供各類對(duì)比考核方法—節(jié)能診斷”的能源管理流程，成為一個(gè)逐漸提升大型工廠能源利用的能源管理平臺(tái)。

圖1 能效管理建設(shè)思路

3 能效管理平臺(tái)的作用

為了對(duì)鑄造車間能源消耗進(jìn)行統(tǒng)一有效的管理，首先需要構(gòu)建一個(gè)平臺(tái)，即能源管理平臺(tái)。通過智能化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)既有系統(tǒng)的能源消耗進(jìn)行節(jié)約與改善。

能源管理平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)各類能源數(shù)據(jù)的分散采集、集中管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，幫助用戶全面掌握配電、水、油、天然氣、原料供給等能動(dòng)力系統(tǒng)的能源消耗狀況，計(jì)算和分析各種設(shè)備能耗標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控各個(gè)運(yùn)營環(huán)節(jié)的能耗異常情況，評(píng)估各項(xiàng)節(jié)能設(shè)備和措施的相關(guān)影響，并可通過WEB把各種能耗日/月/年報(bào)報(bào)表、數(shù)據(jù)曲線、分析結(jié)果等發(fā)布給相關(guān)管理和運(yùn)營人員，分享能源信息化帶來的成果，結(jié)合節(jié)能措施建立更有依據(jù)更有效果的節(jié)能體系。

4 能效管理平臺(tái)的組成

能效管理系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)鑄造車間的能源進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃，然后分步實(shí)施、分批投入，保證用能的可靠及延續(xù)性。

能效管理系統(tǒng)由1套SCADA監(jiān)控服務(wù)器、1套數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兼報(bào)表服務(wù)器、2套監(jiān)控上位機(jī)、1套PLC系統(tǒng)及采集能源數(shù)據(jù)的儀器儀表組成。SCADA監(jiān)控服務(wù)器安裝有施耐德Citect服務(wù)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的監(jiān)控及網(wǎng)關(guān)等采集設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，并實(shí)現(xiàn)對(duì)能源消耗設(shè)備以及監(jiān)控客戶端的信息展示。同時(shí)SCADA監(jiān)控服務(wù)器還裝有施耐德EEME平臺(tái)服務(wù)器客戶端，實(shí)現(xiàn)對(duì)Citect監(jiān)控服務(wù)軟件的數(shù)據(jù)整理和向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在服務(wù)器上安裝SQL2012數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)EEME平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和報(bào)表服務(wù)的發(fā)布。報(bào)表服務(wù)將提供報(bào)表發(fā)布、查詢及導(dǎo)出數(shù)據(jù)功能。

圖2 能效管理軟件平臺(tái)的組成

PLC系統(tǒng)可以將儀器儀表采集的設(shè)備能源消耗數(shù)據(jù)讀取上來，傳送給上層管理系統(tǒng)，供數(shù)據(jù)整理和分析。

5 能效管理平臺(tái)的功能

能源管理分析系統(tǒng)將采用服務(wù)器/瀏覽器架構(gòu)，將歷史及最新的能源數(shù)據(jù)（趨勢(shì)、報(bào)表、賬單）發(fā)布在網(wǎng)上，并提供功能強(qiáng)大的基于Web的分析工具，供各部門能源管理者查詢、分析、跟蹤。在能源架構(gòu)的建模中，可以按照企業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)區(qū)域的配置。

5.1 能源架構(gòu)模型建立

企業(yè)的能源架構(gòu)模型通過采用圖形化界面進(jìn)行建立，有助于降低成本、保證可靠性、接口控制、提高企業(yè)域互操作性。

按照企業(yè)能源層次結(jié)構(gòu)，對(duì)能源管理系統(tǒng)進(jìn)行建模，是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，所有應(yīng)用功能也均將建立在該能源架構(gòu)模型之上。通過分析平臺(tái)提供的建模工具，可以非常方便的對(duì)要搭建的能源管理系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)建模，并且這種建模方式非常利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，當(dāng)能源組織結(jié)構(gòu)或業(yè)務(wù)發(fā)生改變時(shí)，只需要在組態(tài)界面做相應(yīng)的修改，即可完成系統(tǒng)模型的重組。

針對(duì)鑄造企業(yè)的能源管理，我們按照鑄造車間能源層次結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行建模，所有應(yīng)用功能也均建立在該能源架構(gòu)模型之上。并按實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)區(qū)域的配置，例如造型、清理、制芯車間等。對(duì)于每個(gè)車間的每臺(tái)設(shè)備都要裝配能源數(shù)據(jù)采集儀表，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)車間能源消耗的監(jiān)控。

5.2 報(bào)表分析

系統(tǒng)將自動(dòng)生成能源消耗和分析報(bào)表，包括各分類分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)的按年、季、月、周、日、時(shí)統(tǒng)計(jì)圖表和文本報(bào)表，以及各類相關(guān)能耗指標(biāo)的圖表，報(bào)表須滿足各級(jí)管理人員對(duì)能源使用過程中能耗情況的統(tǒng)計(jì)分析功能，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

5.3 能源績(jī)效考核

為落實(shí)企業(yè)能源精細(xì)化管理方針，充分發(fā)揮能源管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)的收集、計(jì)算、可視化管理等方面的優(yōu)勢(shì)，能源系統(tǒng)的績(jī)效考核功能的實(shí)現(xiàn)，可與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)責(zé)任制考核掛鉤，為經(jīng)濟(jì)責(zé)任制考核提供數(shù)據(jù)支撐。指標(biāo)按照能源管控系統(tǒng)覆蓋范圍，包括全公司及各能源生產(chǎn)及消耗單位。

根據(jù)鑄鍛行業(yè)能源管理的需求，能源績(jī)效考核指標(biāo)主要包括：各種能源的耗能量、能源成本、單件能耗、噸標(biāo)煤等。

5.4 計(jì)劃與實(shí)際及能源預(yù)測(cè)

鑄造企業(yè)在生產(chǎn)管理過程中，會(huì)根據(jù)主生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行計(jì)劃分解，具體到每天各車間的生產(chǎn)計(jì)劃。系統(tǒng)可以根據(jù)每天的各車間生產(chǎn)計(jì)劃結(jié)合上一年的車間單件消耗，計(jì)算每天的能源預(yù)算，自動(dòng)生成對(duì)各個(gè)車間每日的天然氣量、電量、冷水量、蒸汽量的預(yù)算量，該功能需要用戶提供條件使得能源管理系統(tǒng)能夠采集生產(chǎn)計(jì)劃。

5.5 能源超標(biāo)報(bào)警及原因分析

系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)比較能源實(shí)際消耗量和預(yù)算量，當(dāng)某車間的能源消耗量超過預(yù)算值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成記錄能源超標(biāo)告警事件（包括能源類型、超標(biāo)時(shí)間、使用車間等）。

能源超標(biāo)事件發(fā)生后，車間能源管理人員必須及時(shí)分析原因，對(duì)該條告警的原因進(jìn)行輸入。用戶可選擇能源異常發(fā)生的原因，如：產(chǎn)量提高、改造項(xiàng)目調(diào)試、提前開機(jī)、氣溫低等。選擇能源異常發(fā)生的位置。

車間和動(dòng)力中心可以根據(jù)需要對(duì)能源超標(biāo)的原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找到發(fā)生次數(shù)較多的原因，制定計(jì)劃，采取措施，持續(xù)改進(jìn)。

5.6 權(quán)限管理

本系統(tǒng)基于國外先進(jìn)的軟件平臺(tái)，具備良好的用戶可定義安全系統(tǒng)管理能力。從系統(tǒng)安全而言，無論是數(shù)據(jù)采集還是信息集成，在設(shè)計(jì)上充分考慮了數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，系統(tǒng)各個(gè)層面均提供嚴(yán)格的用戶認(rèn)證、權(quán)限管理和審計(jì)手段。對(duì)于不同的用戶可以有自己特定的客戶界面和查詢報(bào)表，同時(shí)，對(duì)不同的工藝段可以定義不同的人員操作范圍和授權(quán)的操作動(dòng)作。

平臺(tái)的安全性是基于用戶的，允許用戶實(shí)時(shí)系統(tǒng)定義個(gè)人或成組的安全級(jí)別。這一特性最大程度地滿足了實(shí)時(shí)監(jiān)控管理使用用戶安全管理的要求。

6 能效管理平臺(tái)建設(shè)的目的

能源管理平臺(tái)的總體建設(shè)目標(biāo)——實(shí)現(xiàn)“六化”，達(dá)到管理節(jié)能的目的。

（1）能耗數(shù)據(jù)化

對(duì)能源資源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集（自動(dòng)采集和手動(dòng)錄入等方式）、使其以數(shù)據(jù)的形式展示出來。

（2）數(shù)據(jù)可視化

在采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過綜合計(jì)算、對(duì)比分析等方式，從管理角度使數(shù)據(jù)更具有可視化。

（3）節(jié)能指標(biāo)化

通過制定合理的節(jié)能指標(biāo)化體系，實(shí)現(xiàn)定額管理。

（4）管理動(dòng)態(tài)化

在數(shù)據(jù)可視化的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步加強(qiáng)管理，實(shí)現(xiàn)“可預(yù)測(cè)”的管理效果。

（5）決策科學(xué)化

提供節(jié)能監(jiān)管決策數(shù)據(jù)的支持，便于領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)決策。

（6）服務(wù)人性化

平臺(tái)不僅提供管理的功能，更作為服務(wù)平臺(tái)提供人性化的能源管理服務(wù)。

7 結(jié)束語

我國鑄造行業(yè)總體上能耗高，污染嚴(yán)重，跟國外發(fā)達(dá)國家相比差距較大。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，資源與環(huán)境問題日益突出，同時(shí)資源的浪費(fèi)也大大提高了企業(yè)生產(chǎn)成本。這必將導(dǎo)致鑄造行業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

本文針對(duì)鑄造行業(yè)的能源消耗特點(diǎn)分析之后提出了具有針對(duì)性的解決措施，利用成熟的管理平臺(tái)自上而下地實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)鑄造車間的能源管理，從而達(dá)到節(jié)能目的。同時(shí)利用先進(jìn)技術(shù)使能源管理更加精準(zhǔn)化、人性化。