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概述

    鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，能源消耗量約占全國工業(yè)總能耗的15%，廢水和固體廢棄物排放量分別占工業(yè)排放總量的14%和17%，是節(jié)能減排的重點行業(yè)。當前，鋼鐵行業(yè)發(fā)展面臨嚴峻挑戰(zhàn)和新的發(fā)展機遇，傳統(tǒng)的粗放型發(fā)展模式已難以為繼，迫切要求行業(yè)企業(yè)以節(jié)能減排為抓手，積極轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，利用高新技術(shù)和信息化技術(shù)改造、提升行業(yè)技術(shù)管理水平，走科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的新型工業(yè)化道路。

     企業(yè)能源管理中心是一項整合自動化和信息化技術(shù)的管控一體化節(jié)能新技術(shù)，是通過對企業(yè)能源生產(chǎn)、輸配和消耗實施動態(tài)監(jiān)控和管理，改進和優(yōu)化能源平衡，從而實現(xiàn)系統(tǒng)性節(jié)能降耗。為鋼鐵企業(yè)在日益激烈的市場競爭中進一步降低成本、實現(xiàn)節(jié)能降耗，促進行業(yè)平穩(wěn)、較快、可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要作用。

     建立能源管理系統(tǒng)是《“十二五”中國鋼鐵企業(yè)信息化發(fā)展建議》重要內(nèi)容之一，也是《國務(wù)院關(guān)于加強節(jié)能的決定》（國發(fā)〔2006〕28號）和《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》（國發(fā)〔2007〕15號）中重點支持的主要內(nèi)容。

一. 系統(tǒng)設(shè)計目標

² 通過中心建設(shè)，合理規(guī)劃和完善網(wǎng)絡(luò)，奠定信息化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)；

² 通過能源管理系統(tǒng)的建立，實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的自動收集、集中管控、集中平衡，降低能耗，提高能源的利用率；

² 將現(xiàn)有的計質(zhì)量數(shù)據(jù)接入中心平臺，為能源調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。

² 構(gòu)建能管中心平臺，實現(xiàn)能源的集中管控。

² 建立能管中心大屏系統(tǒng)，提升甲方對外形象。

總體效果如圖1所示。

圖1

二.項目概況

     紫金橋?qū)崟r歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，即在公司信息中心設(shè)置一臺紫金橋?qū)崟r歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，該服務(wù)器負責存儲公司所有裝置控制系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。接口機分布在各裝置控制室現(xiàn)場，廠長、總工、科室和車間管理人員通過紫金橋?qū)崟r歷史數(shù)據(jù)庫來了解現(xiàn)場裝置的生產(chǎn)情況。在與局域網(wǎng)相連的每個用戶的PC機上安裝紫金橋客戶端軟件或直接通過IE來瀏覽紫金橋服務(wù)器中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在公司管理層每個辦公室的電腦上看到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與DCS、PLC等系統(tǒng)保持同步，幾乎沒有時間上的延時。紫金橋?qū)崟r歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個可擴展的系統(tǒng)，基于紫金橋?qū)崟r歷史數(shù)據(jù)庫平臺，開發(fā)全公司各分廠的能源管理信息系統(tǒng)。

軟件分布式體系架構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖2  軟件分布式體系架構(gòu)

圖3  系統(tǒng)架構(gòu)圖

架構(gòu)描述：

Ø 系統(tǒng)分為三層：數(shù)據(jù)采集層、存儲轉(zhuǎn)發(fā)層、業(yè)務(wù)應用層

Ø 數(shù)據(jù)采集層由各個采集站組成，采集站負責采集各PLC系統(tǒng)、二次儀表、一次儀表、通信控制器等的能源數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)。采集軟件可以通過各種不用的協(xié)議來采集瞬時和累計數(shù)據(jù)并打包成平臺支持的標準數(shù)據(jù)格式。

Ø 存儲轉(zhuǎn)發(fā)層主要有主采集服務(wù)器（實時歷史數(shù)據(jù)庫）、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、消息服務(wù)器組成，主要負責將各采集站發(fā)上來的數(shù)據(jù)通過消息總線模式轉(zhuǎn)發(fā)到消息中間件服務(wù)器的同時也可通過數(shù)據(jù)同步模式進行關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和（或）工廠歷史數(shù)據(jù)庫的級聯(lián)存儲。

Ø 業(yè)務(wù)應用層主要是負責能源計劃、能源實績、數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制、統(tǒng)計分析、成本核算及分攤等各種能源系統(tǒng)中的管理功能。

Ø 業(yè)務(wù)應用層采用B/S模式，任意甲方只需用瀏覽器就能完成能源系統(tǒng)的監(jiān)控、管理、維護等操作。

Ø 能源綜合報表、決策分析報表可以通過集團網(wǎng)絡(luò)上傳到集團總部的數(shù)據(jù)中心。

Ø 使用獨立的權(quán)限系統(tǒng)，分單位、部門、級別、模塊等多種方式提供權(quán)限管理。

三.網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

在鋼廠信息化建設(shè)中，網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)，穩(wěn)定合理的網(wǎng)絡(luò)是信息化實施的關(guān)鍵。

全網(wǎng)分為兩部分：骨干網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)中心。

骨干網(wǎng)絡(luò)采用核心層、匯聚層、接入層的部署思路。

網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示：

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖

四.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

圖5  數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)

五.能源管理系統(tǒng)功能框架

系統(tǒng)功能框架如圖6所示。

圖6  能源管理系統(tǒng)功能框架

六.系統(tǒng)建設(shè)目標：能源應用可視化

    從能源使用的全生命周期角度實現(xiàn)靈活可靠的工業(yè)能源過程監(jiān)控。通過對重要的能源運行數(shù)據(jù)的集成，建立透明度更高的能源調(diào)度與管理平臺，在更低能耗、更低排放的水平下獲取運行優(yōu)化和最大化生產(chǎn)力：

Ø 圖形化的能源運行 (變配電、煤氣柜、發(fā)電、鍋爐房、給排水、泵站等)

Ø 實時能源介質(zhì)測量 (電、氮氧氬、蒸汽、壓縮空氣、煤氣、天然氣、水等)

Ø 直觀歷史和實時趨勢 (壓力、溫度、功率、質(zhì)量等)

Ø 豐富的能源管理報表 (班組、批次、產(chǎn)品、設(shè)備能耗報表)

Ø 強大的分析工具 (時間、批次、電能質(zhì)量分析、功率因數(shù)等)

Ø 跨企業(yè)的能源使用消耗可視化界面 (設(shè)備、車間、分廠、企業(yè)、集團等)

Ø 動態(tài)實時能源使用消耗狀況 (秒、分鐘、小時、班組、日、月、年等)

系統(tǒng)應用效果圖如圖7、圖8、圖9、圖10、圖11所示。

圖7

圖8

圖9

圖10

圖11

圖12

七.通過建設(shè)能源管理系統(tǒng)，我們將達到的目的
　　1.完善能源信息的采集、存儲、管理和利用完善的能源信息采集系統(tǒng)，便于獲得第一手運行工藝數(shù)據(jù)，實時掌握系統(tǒng)運行情況、及時采取調(diào)度措施，使系統(tǒng)盡可能運行在最佳狀態(tài)，并將事故的影響降到最低。在企業(yè)能源管理部門的指導下，對能源系統(tǒng)采用分散控制和集中管理。針對能源工藝系統(tǒng)的分散和能源管理要求集中的特點 , 建立能源管理系統(tǒng)可以滿足能源工藝系統(tǒng)特點的分散控制和集中管理 , 使企業(yè)的能源管理水平適應企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展需要。
　　2.減少能源管理環(huán)節(jié)，優(yōu)化能源管理流程，建立客觀能源消耗評價體系能源管理系統(tǒng)的建設(shè)，可實現(xiàn)在信息分析基礎(chǔ)上的能源監(jiān)控和能源管理的流程優(yōu)化再造，實現(xiàn)能源設(shè)備管理、運行管理，有效實施客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評價體系，計效考核，減少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及時了解真實的能耗情況和提出節(jié)能降耗的技術(shù)和管理措施，向能源管理要效益。
　　3.減少能源系統(tǒng)運行管理成本，提高勞動生產(chǎn)率。大型企業(yè)的能源系統(tǒng)規(guī)模較大，結(jié)構(gòu)復雜。傳統(tǒng)的現(xiàn)場管理、運行值班和檢修及其管理的工作量大，成本高。能源中心的建設(shè)，將為企業(yè)的管理體制改革中發(fā)揮重要示范作用。中小企業(yè)雖然測量點稍少一些，能源管理將更加直觀有效。系統(tǒng)的最終目標可以實現(xiàn)遠程抄表統(tǒng)一監(jiān)控，簡化能源運行管理，減少日常管理的人力投入，節(jié)約人力資源成本，提高勞動生產(chǎn)率
　　4.加快能源系統(tǒng)的故障和異常處理，提高對企業(yè)性能源事故的反應能力。 能源調(diào)度可以通過系統(tǒng)迅速從全局的角度了解系統(tǒng)的運行狀況，發(fā)現(xiàn)故障點，以便及時采取措施，降低損失。這在能源管理系統(tǒng)非常情況下特別有效。通過優(yōu)化能源調(diào)度和平衡指揮系統(tǒng)，節(jié)約能源和改善環(huán)境。 能源管系統(tǒng)的建成，將通過優(yōu)化能源管理的方式和方法，改進能源平衡的技術(shù)手段，實時了解企業(yè)的能源需求和消耗的狀況，使能源的合理利用達到一個新的水平。為進一步對能源數(shù)據(jù)進行挖掘、分析、加工和處理提供條件。數(shù)據(jù)是財富，數(shù)據(jù)可以成為信息，它將為企業(yè)的高端能源管理提供現(xiàn)實的可能性。 從上面可以看到，建設(shè)能源管理系統(tǒng)對提高能源系統(tǒng)運行和管理的水平，減少能源消耗，提高供能質(zhì)量，強化和完善能源考核和評價體系， 提高勞動生產(chǎn)率，改善環(huán)境質(zhì)量，從而提高企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力，都具有良好的作用和效果。

八.總結(jié)

    目前，企業(yè)能源管理中心技術(shù)的發(fā)展已從單純設(shè)備監(jiān)控轉(zhuǎn)向過程和系統(tǒng)綜合監(jiān)控，并繼續(xù)向管控一體化方向發(fā)展；部分鋼鐵企業(yè)著手開展優(yōu)化節(jié)能調(diào)度和綜合平衡方法的研究，在應用功能上，成功引入預測模型和平衡模型等技術(shù)。由于能源利用與環(huán)境保護的高度關(guān)聯(lián)性，企業(yè)能源管理中心系統(tǒng)將逐步與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)融合，以實現(xiàn)相互促進、協(xié)同管理，這將是未來鋼鐵企業(yè)能源管理中心系統(tǒng)的發(fā)展方向。

    隨著高耗能企業(yè)規(guī)模的擴大、技術(shù)不斷進步、信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，EMS面向生產(chǎn)運行的能源介質(zhì)(包括水、電力、重油、各種煤氣、天然氣、蒸汽、壓縮空氣、氧、氮、氬等)實現(xiàn)能源預測、降低能耗，實時監(jiān)控的綜合能源信息管理平臺。此系統(tǒng)平臺適用于鋼鐵、有色冶金、石化、電力、建材、紡織印染、輕工、機械等高耗能生產(chǎn)制造業(yè)。

    基于紫金橋?qū)崟r歷史數(shù)據(jù)庫平臺構(gòu)建的能源管理信息系統(tǒng)，完善能源信息的采集與存儲管理；實現(xiàn)企業(yè)級全局能源管理；減少管理漏洞，優(yōu)化管理流程；降低能源系統(tǒng)運行成本；能源故障快速響應；優(yōu)化調(diào)度節(jié)能降耗。

    通過紫金橋?qū)崟r歷史數(shù)據(jù)庫平臺，建立高質(zhì)量的、可擴展的能源管理系統(tǒng)，為企業(yè)應對發(fā)展挑戰(zhàn)、環(huán)保挑戰(zhàn)、建立數(shù)字化管理奠定良好基礎(chǔ)；從而在競爭激烈的市場利于不敗之地.