程瑜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:能源管理系統(tǒng)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用是鋼鐵行業(yè)信息化、數(shù)據(jù)化、智能化發(fā)展的重要表現(xiàn),也是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)智能制造與精細化管理的重要舉措。鑒于此,從能源管理系統(tǒng)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用意義出發(fā),就能源管理系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀進行了簡要分析,并結(jié)合鋼鐵行業(yè)特征與智能創(chuàng)造目標,設(shè)計一種能源管理系統(tǒng)。通過系統(tǒng)架構(gòu)與功能分析,確定該系統(tǒng)能夠與智能化配電系統(tǒng)、自動化管理系統(tǒng)、資源計劃系統(tǒng)等互聯(lián)互通,實現(xiàn)對鋼鐵公司能源運營狀況全面化、精細化、智能化管控,利于企業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞:智能化配電系統(tǒng);能源管理;鋼鐵;智能化;信息化

0、引言

鋼鐵工業(yè)是我國工業(yè)體系中的重要組成部分，在促進社會進步、經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)繁榮等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用?；诮┠赇撹F工業(yè)的高速發(fā)展，鋼鐵生產(chǎn)制造的自動化水平、數(shù)字化水平、信息化水平不斷提高，在一定程度上導(dǎo)致鋼鐵能源供需匹配、鋼鐵制造工藝方法使用、鋼鐵生產(chǎn)流程銜接、鋼鐵各種流調(diào)度流通等發(fā)生巨大改變，能源資源智能化配置管控成為鋼鐵工業(yè)新時期建設(shè)與發(fā)展的客觀需求與必然趨勢。智能化配電系統(tǒng)及智能化能源管理系統(tǒng)能夠?qū)Χ喾N能源介質(zhì)進行精細化管控，能夠?qū)崿F(xiàn)鋼鐵工業(yè)全流程各種流的等科學調(diào)度，切實提高企業(yè)管理水平，推動企業(yè)高效、安全、環(huán)保、穩(wěn)定、長久發(fā)展。

1、鋼鐵行業(yè)中能源管理的應(yīng)用意義分析

(1)智能化配電系統(tǒng)應(yīng)用意義

基于近些年鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，導(dǎo)致鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)裝置增多，為滿足生產(chǎn)用電需求，供配電網(wǎng)內(nèi)中低壓變配電所數(shù)量增多。加之在智能制造進程的不斷推進下，鋼鐵企業(yè)供配電網(wǎng)絡(luò)自動化、信息化水平不斷提高，對供配電管理提出了更高要求，如何實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)供配電系統(tǒng)管理有效性、安全性，促進供配電系統(tǒng)管理智能化、集約化、透明化、精細化發(fā)展成為相關(guān)人員關(guān)注與思考的重要問題。而智能化配電系統(tǒng)的有效設(shè)計與科學應(yīng)用，能夠滿足鋼鐵企業(yè)供配電系統(tǒng)管理需求。鋼鐵企業(yè)通過使用智能化配電系統(tǒng)(圖1)可對電力參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、運行參數(shù)等進行全面監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果預(yù)測負荷用能，指導(dǎo)企業(yè)節(jié)能減排；預(yù)警電氣設(shè)備或系統(tǒng)過載、過壓、過溫等危險情況，降低這些危險行為發(fā)生與發(fā)展對企業(yè)安全生產(chǎn)的不利影響；監(jiān)視設(shè)備運行故障與電能質(zhì)量問題，以便運維人員及時發(fā)現(xiàn)和處理故障，防止事故擴散，從而將事故影響降至*低。鋼鐵企業(yè)通過使用智能化配電系統(tǒng)可實現(xiàn)對資產(chǎn)管理(如資產(chǎn)存檔快查、評估等)、運維管理(如流程規(guī)范、運維追蹤、案例存儲等)、能源管理(如能源使用監(jiān)測、能耗統(tǒng)計、能耗評估等)的集成化、精細化管控。

(2)能源管理系統(tǒng)應(yīng)用意義

能源短缺與環(huán)境污染是我國各領(lǐng)域建設(shè)與發(fā)展過程中關(guān)注的重點問題。鋼鐵行業(yè)不僅是能耗大戶，也是污染物排放大戶。從生產(chǎn)工藝角度來看，多數(shù)鋼鐵企業(yè)采用“燒結(jié)——煉鐵——煉鋼——軋制”工藝流程進行生產(chǎn)，涉及原料廠、燒結(jié)廠、焦化廠、煉鐵廠、煉鋼廠、軋制廠等諸多生產(chǎn)設(shè)施。據(jù)統(tǒng)計燒結(jié)工序能耗可達到48kgce/t左右，焦化工序能耗可達到103kgce/t左右，煉鐵工序能耗可達到386kgce/t左右，煉鋼工序能耗可達到54kgce/t左右、噸鋼電耗可達到456~462kWh/t，噸鋼新水消耗可達到2.45~2.56m3/t等，綜合能耗約為545~552kgce/t。從生產(chǎn)排放角度來看，鋼鐵行業(yè)碳排放量僅次于電力行業(yè)，占全國碳總排放量的13%~15%，此外二氧化硫、氮氧化物、煙粉塵、廢水等排放量也位居工業(yè)。因此，在新時期發(fā)展中，如何在保證生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的同時，降低資源能源消耗，減少環(huán)境生態(tài)負荷，實現(xiàn)能源精細化管理成為企業(yè)以及相關(guān)人員關(guān)注與思考的重點問題。能源管理系統(tǒng)作為鋼鐵企業(yè)信息化系統(tǒng)重要組成部分，其在資源能源數(shù)據(jù)采集、分析、整理、存儲、利用等方面的優(yōu)勢為鋼鐵企業(yè)能源管理智能化、精細化發(fā)展提供了支持。目前，鋼鐵企業(yè)應(yīng)用的能源管理系統(tǒng)能夠?qū)Χ喾N能源介質(zhì)(各種氣、各種水、采暖熱網(wǎng)、電力等)信息，如壓力、溫度、濃度、流量、運行狀態(tài)、開閉信號等進行監(jiān)視管控，也能夠?qū)ξ廴疚镄畔?，如濃度、流量、排放總量、污染指?shù)等進行監(jiān)視管控，從而為能源分配利用、設(shè)備維修養(yǎng)護、污染預(yù)防控制等提供指導(dǎo)。與此同時，能源管理系統(tǒng)能夠與其他信息化管理系統(tǒng)互聯(lián)互通，進一步提高企業(yè)管理水平。促進鋼鐵企業(yè)高效化、環(huán)保化、節(jié)能化、專業(yè)化、科技化、創(chuàng)新化發(fā)展。

2、鋼鐵行業(yè)中能源管理系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題分析

鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)是一種集制造過程監(jiān)控、能源資產(chǎn)管理、能源資產(chǎn)調(diào)度等功能為一體的管理系統(tǒng)，其有效應(yīng)用對企業(yè)能源利用率提高、企業(yè)能源管理質(zhì)量提高存在積極影響，是新時期企業(yè)實現(xiàn)綠色化、信息化、創(chuàng)新化發(fā)展的重要手段?？v觀鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)能源管控系統(tǒng)的應(yīng)用仍存在諸多問題，有待在后續(xù)研究發(fā)展中改進、完善、優(yōu)化。例如，能源數(shù)據(jù)采集缺乏準確性、全面性；能源管理系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間融合有限，易產(chǎn)生信息孤島問題；現(xiàn)場裝備集成度不夠高，設(shè)備監(jiān)管的離散性較高；系統(tǒng)通訊存在一定滯后性，事后管理現(xiàn)象屢見不鮮等。

3、鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計分析

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”理念以及“加快建設(shè)制造強國與網(wǎng)絡(luò)強國”任務(wù)的提出，鋼鐵企業(yè)應(yīng)促進鋼鐵制造管理與信息技術(shù)的深度融合，積極優(yōu)化能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)物質(zhì)流、信息流、能源流一體化智能調(diào)度與管控，從而有效解決傳統(tǒng)能源管理系統(tǒng)應(yīng)用問題，促進能源管理系統(tǒng)應(yīng)用作用*大化發(fā)揮，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)能源精細化管理，推動鋼鐵企業(yè)綠色化、自動化、創(chuàng)新化、智能化發(fā)展。

(1)智能化能源管理系統(tǒng)主要架構(gòu)

根據(jù)鋼鐵企業(yè)特征結(jié)合“智能制造”對鋼鐵企業(yè)建設(shè)與管理的要求，鋼鐵企業(yè)應(yīng)以系統(tǒng)安全運行、制造節(jié)能減排、全流程能源協(xié)同優(yōu)化控制為目標，以計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信

息通訊技術(shù)等為支撐，搭建智能化能源管理系統(tǒng)。根據(jù)智能化能源管理系統(tǒng)功能對其架構(gòu)進行劃分，可分為數(shù)據(jù)中心層側(cè)重于鋼鐵企業(yè)各種流的調(diào)度管控，包括生產(chǎn)原料、燃料、材料等物質(zhì)流調(diào)度管控；電能、水能、氣能、熱能、機械能等能量流調(diào)度管控；生產(chǎn)制造、運營管理等過程中產(chǎn)生各種信息的信息流調(diào)度管控。協(xié)同管控層則是根據(jù)各種信息對能源資產(chǎn)進行高效高質(zhì)量匹配，切實提高企業(yè)生產(chǎn)、管理質(zhì)量和效率，*大程度提高對各種能源、資產(chǎn)的利用率。智能管控層進一步提高能源管理系統(tǒng)智能化水平，實現(xiàn)對企業(yè)全流程的智能化監(jiān)測、調(diào)度、管控。

(2)智能化能源管理系統(tǒng)設(shè)計要點

1）明確系統(tǒng)之間的關(guān)系，提高系統(tǒng)交互性

提高智能化能源管理系統(tǒng)與其他信息化管理系統(tǒng)的交互能力，對智能化能源管理系統(tǒng)作用充分發(fā)揮存在重要影響。故在系統(tǒng)設(shè)計與建設(shè)過程中需要綜合考慮能源管理系統(tǒng)與鋼鐵企業(yè)其他信息化管理系統(tǒng)，如基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、企業(yè)資源計劃系統(tǒng)等關(guān)系，從而準確確定能源管理系統(tǒng)在企業(yè)信息化管理系統(tǒng)架構(gòu)中的位置。通常情況下，能源管理系統(tǒng)主要面向企業(yè)及業(yè)務(wù)管理層人員服務(wù)，對數(shù)據(jù)信息的可控性、關(guān)聯(lián)性具有較高要求。能源管理系統(tǒng)需要為企業(yè)運營提供準確、全面信息，以滿足企業(yè)生產(chǎn)計劃、采購計劃、資本計劃、能源計劃等需求，故能源管理系統(tǒng)應(yīng)具備較強的物質(zhì)流(圖2)、信息流、能源流、資金流等協(xié)調(diào)控制能力?；A(chǔ)自動化系統(tǒng)與過程控制管理系統(tǒng)側(cè)重于設(shè)備運行狀態(tài)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管控，對數(shù)據(jù)信息準確性、時效性具有較高要求。生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)側(cè)重于鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理，包括生產(chǎn)計劃執(zhí)行管控、生產(chǎn)能源消耗管控等，該系統(tǒng)可將過程控制管理系統(tǒng)與能源管理系統(tǒng)有效銜接，進一步提高鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運營管控水平，消除鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中的各種不確定性問題。故在鋼鐵企業(yè)信息化管理系統(tǒng)中在鋼鐵企業(yè)信息化管理系統(tǒng)中，基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)與過程控制管理系統(tǒng)位于架構(gòu)底層，生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)位于信息化管理系統(tǒng)架構(gòu)底層，能源管理系統(tǒng)位于架構(gòu)頂層。

2）根據(jù)鋼鐵企業(yè)特征，給予系統(tǒng)設(shè)計綜合考慮

鋼鐵企業(yè)能源介質(zhì)管網(wǎng)分布廣泛，對能源介質(zhì)輸送具有較高要求，如何提高能源介質(zhì)輸送連續(xù)性、持久性、安全性、快速性、經(jīng)濟性，成為鋼鐵企業(yè)能源管理思考的重點問題之一。對此，智能化能源管理系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用，需要具備較強的能源動態(tài)調(diào)節(jié)平衡能力。這就需要從能源介質(zhì)輸送監(jiān)控能力、能源動態(tài)調(diào)節(jié)能力、能源介質(zhì)信心采集處理能力、能源介質(zhì)輸送故障分析處理能力、能源計劃調(diào)整能力、能源平衡預(yù)測能力等方面對智能化能源管理系統(tǒng)設(shè)計進行綜合考慮，以保證企業(yè)在系統(tǒng)支持下對能源介質(zhì)輸送管理做出科學決策。

3）根據(jù)企業(yè)能源管理要求，科學規(guī)劃系統(tǒng)功能

鋼鐵企業(yè)應(yīng)用能源管理系統(tǒng)的主要目的是提高能源利用率，保證能源生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、消費平衡，促進企業(yè)生產(chǎn)健康、穩(wěn)定、長久發(fā)展。因此，鋼鐵企業(yè)的智能化能源管理系統(tǒng)一方面需要對能源使用進行管理，另一方面需要對能源成本進行管理。其中能源使用管理側(cè)重于物質(zhì)流管控，能源成本管理側(cè)重于資金流管控。且滿足企業(yè)能源管理需求，智能化能源管理系統(tǒng)需要具備能源設(shè)備監(jiān)管、能源計劃監(jiān)管、能源平衡監(jiān)管、能耗實績監(jiān)管、能源預(yù)測監(jiān)管等功能。就能耗實際管理而言，鋼鐵企業(yè)通過智能化能源管理系統(tǒng)能夠根據(jù)企業(yè)實際情況建立能源消耗預(yù)測模型，并在能耗歷史信息、生產(chǎn)計劃信息、能源供需計劃信息等支持下，完成能耗預(yù)測，從而為企業(yè)能源管理計劃制定提供依據(jù)，提高能源利用率。就能源平衡監(jiān)管而言，鋼鐵企業(yè)通過智能化能源管理系統(tǒng)能夠系統(tǒng)、準確、全面、動態(tài)掌握電能源、水能源、氣能源等購入情況、存儲情況、利用情況、輸送分配情況、終端使用情況等，并對其進行監(jiān)視、調(diào)度、控制，保證能源介質(zhì)在各環(huán)節(jié)安全、可用。與此同時，企業(yè)借助系統(tǒng)能夠?qū)⒛茉磾?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為碳排放數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各分廠或各業(yè)務(wù)污染排放智能分析，讓企業(yè)管理人員更加直觀了解各分廠或各業(yè)務(wù)污染狀況，便于企業(yè)管理人員發(fā)展污染排放管理問題，從而針對性制定科學、合理、有效減排降污方案。

4）合理選擇系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)，保證系統(tǒng)功能有效發(fā)揮

系統(tǒng)的實現(xiàn)離不開各類技術(shù)支持。對此，在系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程中應(yīng)給予系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)高度重視。由于鋼鐵企業(yè)能管管理范圍為全鋼鐵廠，故將系統(tǒng)設(shè)計為多層分布式結(jié)構(gòu)，確保系統(tǒng)運行安全、可靠的同時，提高系統(tǒng)維修簡便性。選擇客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)通信模式，并引入以太網(wǎng)通信技術(shù)、現(xiàn)場總線通信技術(shù)、無線傳感技術(shù)以及Modbus-RTU、IEC61850、ModbusTCP/IP等多種通信協(xié)議，滿足系統(tǒng)內(nèi)部通信需求、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間通信需求。采用模塊化設(shè)計法，根據(jù)系統(tǒng)主要功能將其劃分為多個子系統(tǒng)，以滿足不同用戶管理需求。同時子系統(tǒng)設(shè)計中，能源介質(zhì)按類型歸類，工作人員能夠針對某種介質(zhì)查閱歷史信息。為提高信息利用效率，系統(tǒng)依托數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、專家知識系統(tǒng)技術(shù)等，能夠自動生產(chǎn)各類報表，并以多種形式進行可視化顯示，同時系統(tǒng)具備信息追蹤能力，便于溯源管理。系統(tǒng)依托云技術(shù)不僅能夠通過互聯(lián)網(wǎng)登錄，也可以通過移動終端登錄，實現(xiàn)對能源的遠程管控。

4、Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

（2）應(yīng)用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

（3）平臺結(jié)構(gòu)

（4）平臺功能

• 電力集抄

電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè)備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖

• 能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù)，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機結(jié)合起來，運用先進的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進行離線生產(chǎn)分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

• 預(yù)付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數(shù)進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

預(yù)付費看板

• 充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預(yù)警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

• 智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節(jié)能減掛的效果。

監(jiān)控頁面

• 安全用電

安全用電采用第*時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然”的目的。

• 智慧消防

通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。原先針對“九小場所”和?；飞a(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細化”的實際需求。

（5）系統(tǒng)硬件配置

配電系統(tǒng)及能源管理系統(tǒng)的有效應(yīng)用，可促進鋼鐵企業(yè)綠色化、信息化、智能化、創(chuàng)新化發(fā)展，保障鋼鐵企業(yè)長期安全、穩(wěn)定、健康運行。

參考文獻

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