太鋼能源環境管控一體化系統開發及應用

馬 瑩， 李志宏， 劉華峰

（山西云時代太鋼信息自動化技術有限公司， 太原 030003）

為了節約能源、降低生產能耗、提高經濟效益，太鋼經過前期調研、論證，擬建立能源環境管控一體化系統（Energy and Enviroment Management System，EEMS）。此前，太鋼實施的150 萬t 不銹鋼工程配套建設的2×300 MW 發電機組、煤氣鍋爐、煤氣柜、煤氣加壓站、煤氣混合站、水泵站、制氧機、空壓站、220 kV 總降等公輔設施均按高度自動化技術水平建設，也為能源環境一體化管控奠定了優越的基礎條件。

1 太鋼能源環境管控一體化系統設計

1.1 總體思路

太鋼EEMS 設計為能源系統與環境系統兩部分，EEMS 集生產過程監控、能源統計分析、能源預測、調度優化、能源結算、環境管理為一體的信息化平臺系統。該系統設計基于數據采集監控環網，獲取生產過程的重要生產工藝參數和相關能源介質、環境數據，之后經過預處理、分析，并結合對生產過程評估，在線實時提供能源系統優化調度方案，確保能源系統調度客觀性、科學性、及時性和合理性，從而提高能源介質利用水平，實現各個生產工序用能的優化分配及保障供應，確保生產及動力工藝系統的穩定性和經濟性，最終實現太鋼全工序能源利用效率的提升。

太鋼EEMS 按年產鋼2 超大規模能源環境數據采集平臺系統，管控對象包括水、電、煤氣、天然氣、蒸汽、氧氣、氫氣、氮氣、氬氣、壓縮空氣、固體燃料、汽柴油、水質、煙氣、空氣質量等介質。設計EEMS 對太鋼全廠范圍內能源的外購、生產、輸配、使用環節及污染源排放、空氣質量實行扁平化的監管和優化；對包括水泵站、煤氣柜、煤氣加壓站和混合站、降壓站實現以遠程無人值守和集中管控；對動力系統的故障，利用能源介質調度監控系統的信息進行快速處置；對整個廠區污染物排放進行監視、監測和管理。

把太鋼能源環境管控一體化系統建設成為具有國際先進水平的能源環境管控一體化系統，實現能源系統動態平衡、預測預估優化、合理調度和環境管理，達到節能減排降耗、安全保供目標。

1.2 系統網絡架構設計

太鋼EEMS 網絡架構按采集層（L1）、能源環境監控層（L1.5）、能源環境管理層（L2）三級架構設計，視頻監視采用視頻專網。系統網絡結構設計采用多種冗余的結構，使網絡在安全及快速性方面的特性得到充分的發揮。太鋼EEMS 網絡架構如下頁圖1 所示。

1）數據采集層。數據采集層由工業監控環網和數據采集站組成，設計為千兆工業環網，環網主節點12個，接入節點259個。數據采集部分在整個廠區的設立數據采集交換機柜，內設交換機為千兆交換機，每一個節點交換機光口的數量為兩進兩出。交換機端口的數量根據所在地點上傳接口數量而定。

2）能源環境監控層。能源監控層由核心交換機、實時數據庫服務器（SCADA 服務器，3 重冗余）、GPRS 時鐘、HMI 監控終端、大屏幕系統組成。系統實時數據服務器分別掛在兩個核心交換機上，操作系統為Solaris10，數據庫為Mosaic 分布式實時數據庫系統。這些服務器完成現場所有的MOX 設備、PLC 設備以及其他第三方系統的數據存儲和處理，并為Mosaic 系統應用程序提供數據服務，同時完成中間量計算、累積量計算、趨勢、報警、數據短時歸檔等功能，并保存信息記錄、操作記錄。數據庫分布在具有集群冗余功能的數據庫服務器上，數據服務監視軟件監控網絡運行狀態并自動進行數據庫服務同步和冗余切換，保證數據穩定和一致性。

圖1 太鋼E&EMS 網絡架構

3）能源環境管理層。能源管理層由能源環境管理數據庫服務器、能源環境管理應用服務器、Web 服務器、接口服務器、L2 數據庫服務器、model 服務器、管理終端組成。

4）網絡安全。在網絡安全方面采用以下技術實現：安全區域劃分；邊界訪問控制；網絡安全配置；對操作系統、數據庫系統進行安全加固；端點準入及桌面管理；網絡安全監控；病毒防護與補丁分發。

1.3 系統功能架構設計

太鋼EEMS 功能設計包括數據采集、能源管網及動力站所監視、能耗單元監視、故障預警、趨勢在線分析、WEB 發布、能耗統計分析、能源計量結算、財務成本分析、能源平衡分析、能源預測、調度優化、能源介質質量管理、能源調度日志管理、能源審批流程管理、環保設施管理、能源報表管理等功能子項。

為此，太鋼EEMS 按功能分為數據采集、能源環境監控、能源環境管理三個功能系統。能源與環境的監控管理有效整合，監控軟件采用基于Solaris 平臺的MOSAIC 系統實時數據庫，實現N 重冗余、負載自動平衡；管理軟件采用三層架構、B/S 和C/S 相結合技術，采用開放系統架構，具備良好互聯和兼容能力，適應未來業務發展、擴展和升級能力。太鋼EEMS 系統的功能架構如圖2 所示。

1）數據采集系統。為實現EEMS 功能要求，根據現場不同情況，通過數據采集站、PLC 接口、電力系統接口、綜自系統接口、SIS 系統接口、信息化系統接口，實現動力系統、電力系統、能耗單元、能源質量、生產實績、生產計劃、環境監控等數據采集。

2）能源環境監控系統。實現管網和站所實時監視，遠程控制，數據發布，空氣質量監控，煙氣監控，水質監控和視頻監視等功能，并將相關數據發送到管理系統。

3）能源環境管理。實現能源基礎管理、能源產耗統計分析、計量結算、財務成本分析、能源平衡表、能源預測、優化調度、審批流程、環保設施管理、應急預案、行政處罰管理、環保文庫、報表管理等功能，從而達到集中管理、信息共享、節能降耗的目標。

圖2 太鋼E&EMS 系統功能架構

1.4 系統功能

1.4.1 數據采集系統功能

能源環境管控中心需采集的主要信號包括：動力系統的數據，包括介質的壓力、流量、溫度、動力設備運行狀態、關鍵閥門開度等；電力系統采集電量（峰、平、谷、總有功）和功率信號；各降壓站的遙測和遙信信號；能耗單元的主要耗能設備的運行狀態、能源消耗數據；質量數據：能源介質的熱值、含塵、含水、水質指標等；生產實績數據、生產計劃數據；環境監控數據。

1.4.2 能源環境監控系統功能

能源環境監控系統對采集的數據進行計算、分析、統計，實現能源管網運行監視、動力站所智能遠控、生產廠數據發布、歷史趨勢分析、事件報警、環境監控等。

1）能源管網運行監視。實現對燃氣管網、蒸汽管網、水管網的壓力溫度流量，各主要用戶側能源介質壓力、流量等的實時監視，通過這些信息，監控人員可以實時了解能源系統的整體運行情況，為及時準確的調度指揮提供有力支持。

2）動力站所智能遠控。實現降壓站、燃氣混合加壓站、氣柜、水泵站等動力站所遠程監控，無人值守。

3）燃氣實時平衡。燃氣實時平衡系統實現了對焦爐煤氣、轉爐煤氣、高爐煤氣、天然氣等燃氣介質的實時動態平衡，通過該系統，實現了燃氣的合理使用、輸配與轉化，大大提高了燃氣的使用效率，減少了煤氣放散。

4）生產廠數據發布。按廠為單位匯總各廠的各種能源介質生產和消耗數據，包括流量、壓力、溫度等，可供各廠能源管理人員和調度實時了解該廠能耗數據。

5）環境監控。通過在線檢測分析儀器和監控攝像視頻、數據采集設備、信息傳輸網絡、數據庫服務器等，連續采集空氣質量、煙氣、水質和視頻等監控數據，在能源環境監控中心實現對太鋼生產過程中煙塵與水質排放控制、廠區環境保護狀況、無組織排放和道路揚塵的實時監控。

1.4.3 能源環境管理系統功能

1.4.3.1 基礎能源管理

1）能源質量監視。實現煤氣、水質、電力、氧氮氬等能源質量數據的監視、分析、預警、報表。質量數據顯示并進行WEB 發布，相關質量管理人員監控。

2）調度日志管理記錄。當班調度運行情況、重要交代信息、運行方式變更情況，包括調度日志、事故管理、計劃管理三個模塊。

3）能源環境審批流程管理。包括動力介質使/停用審批表、動力介質臨時使/停用審批表、用/退電審批單、臨時用電審批單。

1.4.3.2 能源產耗統計

能耗產耗統計功能包括：按日對能耗單元進行能源產耗統計，按能耗單元統計能耗和成本；實現了能耗單元、成本中心、生產工序、廠、公司和集團的六級能耗指標統計，按日、周、月進行差異分析。

1.4.3.3 能源計量結算

實現了全太鋼24 種介質按日、按月進行結算。每日生成各廠計量結算數據由各個生產廠參考用來控制能耗，數據作為太鋼法定結算數據上傳給計財部的財務結算系統，生成財務結算報表，作為太鋼的廠際之間、外供能源法定結算數據。

1.4.3.4 按鋼種統計能耗

按鋼種產量統計能源消耗量及單耗，本功能可以按設備和工藝路線分別實現，可以精確為生產廠提供各個鋼種的能耗信息，為太鋼的能源精細化管理提供了數據支持。

1.4.3.5 能源平衡

實現按日、按工序對所有單介質能源產/耗的統計；按月對外購能源、全公司能源綜合產/耗的平衡統計。能源平衡的目的在于及時掌握整個企業能源數量與結構的變化，為能源分析、提高能源利用效率、探尋節能方向以及改進能源規劃提供依據。

1.4.3.6 能流圖

1）單介質能流圖。按15 min、按日產生單介質的產供與各工序消耗的關系圖，寬度代表產耗量，可以動態變化。單介質能流圖用來直觀顯示能源的產耗情況，給能環部能源管理部門提供參考。

2）多介質能流圖。按月、年產生全公司多介質產供量、消耗量之間的能源轉換圖。提供管理部門察看太鋼月/年的各種能源外購、生產、消耗的情況。并且可以形象顯示各種能源之間的關系，提供公司決策參考。

2 應用效果

太鋼EEMS 系統運行后，達到了如下效果：

1）通過EEM 平臺，發電、電力、供水、燃氣、環境集中監控、統一調度，實現了能源信息及時、準確、透明、共享，從而提高了太鋼能源環境管控能力。

2）通過EEM 平臺，實現了動力站所遠程監控和無人值守，并通過能源預測和數據挖掘，優化能源效能，減少高爐煤氣放散，利用剩余高爐煤氣進行發電。

3）EEM 平臺與ERP/MES/計質量/OA 系統/自動化系統無縫銜接，杜絕信息孤島現象，實現了按能耗單元、成本中心、工序、廠、股份、集團六級進行能源統計分析和能源成本核算，從而實現能源流、信息流、資金流三流同步運行。

4）通過建立高效的能源預測和優化調度模型，實現了太鋼能源的節能調度和能源綜合平衡，同時實現了能環電子化流程管理，提高了太鋼能源管理效率和精細化水平。

3 結語

能源環境管控一體化系統投運后，受到了國內主要鋼鐵企業的極大關注并成為鋼鐵企業新建項目的樣板工程。系統的成功運行，滿足了國家、省市對企業環保監控的要求，體現了太鋼改善生產環境的信心和強烈的社會責任感。系統可以在石化、有色金屬冶煉、鋁業等行業進行推廣應用，提升行業的能源管理精細化水平。