淺議安鋼能源管理控制系統

王振亞 路銀北 黃杰 張愛芳 王偉

(安陽鋼鐵股份有限公司)

淺議安鋼能源管理控制系統

王振亞 路銀北 黃杰 張愛芳 王偉

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了能源管理控制系統的原理及功能。結合安鋼實際情況，闡述了建立能源管理控制系統的必要性，就建立能源管理控制系統中面臨的問題及解決方法進行了探討。

能源管理控制 能源平衡 能源管理

0 引言

鋼鐵工業屬于耗能型工業，其耗能量占我國總能耗的10%左右。在鋼鐵總成本中，能耗費用占20%至35%，不同的裝備水平、工藝流程、產品結構和能源管理水平對能源消耗都會產生不同的影響［1］。在當前節能減排的大環境中，提高企業能源管理水平，也是降低能源消耗的重要措施。

能源管理控制系統是一種可以實現分散采集、集中監視、統一管理、平衡調度的實時在線計算機網絡信息管理系統。采用的基礎技術包括計量檢測技術、控制技術、系統集成和應用集成技術、現代計算機和網絡技術、數據庫和實時數據庫技術、數據分析和預測技術等［2］。

其主要構成思想是借助于完善的數據采集網絡獲取生產過程的重要參數和相關能源數據，經過處理、分析并結合對生產工藝過程評估，實時提供在線能源系統平衡信息和調整決策方案。

建設安鋼能源管理控制系統是為了適應節能減排大環境的要求，其基本目的就是要在提高能源系統的運行、管理效率的同時，為安鋼提供一個成熟的、有效的、使用方便的能源系統整體管控一體化解決方案，建設一套先進的、可靠的、安全的能源系統運行、操作和管理平臺，實現安全穩定、經濟平衡、節能減排、優質環保的基本目標。

1 能源管理控制系統的原理及功能

能源管理控制系統的原理如下:系統設計為三層結構的架構，底層為數據采集層，中間層為實時數據處理層，上層為應用管理層。數據采集層由PLC、遠程I/O或RTU及現場檢測、執行設備等組成，主要實現數據采集和實時控制;中間層主要設備是I/O服務器，主要完成實時數據處理和短時歸檔。上層主要設備有應用服務器、數據庫服務器、工程師站、操作工作站、大屏控制器等，主要完成調度，管理等功能。其基本功能劃分為三大部分［3］，如圖1所示。

圖1 能源管理控制系統功能圖

信息處理子系統的基本功能是數據采集和過程監控。數據采集是指通過I/O、通訊接口、專業儀表或者第三方系統收集滿足能源管理控制系統應用功能要求的數據，主要包括能源系統數據、計量數據、動力公輔系統狀態和故障信息、與能源調度相關的主體生產單元信息等。

故障處理子系統主要包括監測、報警、信息記錄和歸檔、故障基本分析等。報警信息包括分級報警和多媒體報警，對重要現場設備的故障信號、與能源生產相關的重要生產單元運行狀態、火災等進行報警，根據故障程度、重要性，將報警信號進行多級分類，提供相應的聲響、語音、畫面閃光報警等方式，并提供相應的報警復歸及提示手段。

基礎能源管理作為能源管理控制系統的重要組成部分，主要由能源計劃管理、能源實績管理、能源生產運行支持、能源質量管理、能源成本管理和能源對標分析等模塊組成。這些模塊以能源管理控制系統的實時數據為基礎，同時提取ERP/MES系統的生產實績和生產計劃等信息，從整體角度向管理人員提供一體化的安全保障機制和完善的基礎管理平臺。

2 公司概況

我國鋼鐵企業能源管理控制系統的支撐技術已較為成熟，可分為以下三種類型［4］:一是以寶鋼、馬鋼等為代表的企業能源管理中心，實現了企業能源管理的管控一體化設計。二是以濟鋼等為代表的企業能源管理中心，基本實現基于計量數據分析的能源管理功能和與信息化系統結合的離線優化。三是其它企業的能源管理中心，本質上是以動力計量采集、管理為主的基礎應用，與真正意義上的企業能源管理中心還有較大差距。

安鋼的能源調度及管理、計量及管理、能源在線平衡和調度、能源系統的異常及故障的報警與處理等，目前基本上還是按照不同能源介質分區域進行，還不具備進行能源系統及時有效的綜合平衡，尤其是還難于實現不同能源介質之間按照總體平衡的需要進行及時相互轉換，所以對公司在動態平衡中實現節能降耗帶來了很多的困難。

能源管理控制系統是企業自動化和信息化的重要組成部分，能為安鋼能源系統的綜合管理(在線和離線管理)提供安全、高效的自動化和信息化手段，在公司信息化系統中有重要的地位，ERP或MES完成對包括能源管理控制系統在內的信息集成和一貫制管理。安鋼能源管理控制系統與ERP、MES和PCS的關系如圖2所示。

圖2 能源管理控制系統與ERP、MES和PCS的關系

目前，安鋼的能源管理模式、架構、組織應當說仍然比較原始、傳統、分散、層次多、分塊多。能源環保處負責能源介質管理，環境保護監測等;水、電、煤氣、壓空、蒸汽及大管廊的生產運行維護歸動力廠;氧、氮、氬供應歸制氧廠;轉爐煤氣供應及所有的煤氣柜管理歸焦化廠;能源動力介質計量歸計控處等。安鋼在現有能源管理模式下存在的主要問題有以下幾方面。

1)管理模式落后，集中化程度低，勞動生產率特別低。安鋼的能源系統規模較大，結構比較復雜，區域縱橫交錯。傳統的現場管理、運行值班和檢修維護的工作量大，成本高。

2)缺乏集中統一的自動化、信息化平臺。安鋼能源管理缺乏集中統一的監、控、調手段，事故的監控、預測功能缺失。安鋼的動力介質調度仍然采用的是打電話方式，生產調度室看不見、控不著、詢問“盲調”，沒有事故的報警和預測功能，缺乏有效的系統防范措施和應急預案，反應速度慢，只能是事后分析。

3)能源整體利用水平比較低。先進企業利用二次能源、余熱余能余壓發電的比例普遍較高。如:馬鋼、寶鋼和湘鋼的比例分別達到46%、44%和25%(不包括鼓風)，而安鋼2009年是28%。

3 建設能源管理控制系統的必要性

3.1 自身發展需要

2009年度，安鋼能源消耗已占公司總成本的30%左右，比先進企業大致高了8個百分點。對于當前鋼鐵行業所處的薄微利時代而言，已經是不小的差距。這其中就有管理模式落后，缺乏管理手段的原因，而安鋼又缺乏集中、統一、自動化、信息化的監、控、調手段和現代管理模式，所以，實現各種資源的合理、高效配置就很困難。

3.2 成熟的自動化、信息化技術能充分保障系統的建設和有效性

能源管理控制系統利用先進網絡技術，使分布于整個安陽鋼鐵的變電所(室)、給排水設施、煤氣加壓站、空壓站及能源分配設施等通過網絡聯結在一起，實現能源系統的分散控制、集中管理、優化配置，對能源設施和能源系統實行集中監控和管理［5］。通過建設安鋼能源管理控制系統可以達到如下目的:

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，便于獲得第一手資料，實時掌握系統運行情況、及時采取調度措施，使系統盡可能運行在最佳狀態，并將事故的影響降到最低，這在能源系統非常情況下特別有效。

2)對安鋼能源系統采用分散控制和集中管理。針對能源工藝系統的分散和能源管理要求集中的特點，建立能源管理控制系統可以滿足能源工藝系統特點的分散控制和集中管理，使安鋼的能源管理水平適應企業的戰略發展需要。

3)減少能源管理環節，優化能源管理流程，建立客觀能源消耗評價體系。能源管理控制系統的建設能有效實施客觀的以數據為依據的能源消耗評價體系，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能降耗的技術和管理措施，向能源管理要效益。

4)優化能源調度和平衡指揮系統，節約能源和改善環境。能源管理控制系統的建成，通過優化能源管理的方式和方法，改進能源平衡的技術手段，能有效地減少高爐煤氣的放散，提高轉爐煤氣的回收率，采用綜合平衡和燃料轉換使用的系統方法，使能源的合理利用達到一個新的水平。

5)提高對全廠性能源事故的反應能力，能源調度可以通過系統迅速從全局的角度了解系統的運行狀況，故障的影響程度等，及時采取系統的措施，限制故障范圍的進一步擴大，并有效恢復系統的正常運行。

從以上分析可以看到，建設安鋼能源管理控制系統對提高能源系統運行和管理的水平，減少能源消耗，提高供能質量，強化和完善能源考核和評價體系，提高勞動生產率，節能減排，改善環境質量，最終提高安鋼產品的市場競爭力，都能起到十分重要的作用。

4 在建立能源管理控制系統中面臨的問題及解決方法

建立安鋼能源管理控制系統所面臨的問題及解決方法主要有如下幾點:

4.1 基礎設施需大量改造

安鋼現有能源系統的裝備水平較低、能源系統監測、控制系統尤其是數據采集儀表和自動化水平還較低，需要對能源設備進行大量系統升級和技術改造，提高能源設備的技術裝備水平和計量點的覆蓋面，使之符合系統的基本要求，系統改造任務量大、覆蓋面廣，項目實施難度大，必須統籌兼顧、系統實施。

4.2 改造與生產應合理協調

安鋼能源管理控制系統建設的一大難點是現場系統的技術改造，許多基礎自動化，在線儀表的升級或接入必須在線實施。因此在線改造的安全，可靠實施，以及對于生產系統可能產生的影響必須綜合考慮，項目實施計劃也必須與生產計劃、設備檢修計劃相適應(如二號煤氣加壓站的改造)。邊生產邊改造的困難大，組織難度也大。需要建立項目管理組進行強有力的實施與推進。

4.3 能源管理模式必須適應新型能源管理體系

建立的新型能源管理體系，必須有合理的能源管理模式為之配套，必須通過組織機構的相應變化，調整和優化能源管理控制系統的業務管理職能。需要對公司能源管理流程重新梳理，各種規章制度需重新修訂和完善。

能源管理控制系統結構復雜，涉及到過程測量、數據采集等環節，同時也涉及到水、電、風等諸多工藝專業，如何建立合理的能源管理模式，也是安鋼能源管理控制系統項目實施的難點之一。能源管理控制系統不僅僅是一個信息系統，本質上也是一個在線的生產系統，因此在項目前期就應著手研究系統將來的運行維護等基礎保障手段。

5 結語

系統建成后可以使安鋼能源管控的自動化水平躍上新的高度，達到國內先進水平，建設安鋼能源管理控制系統，對安鋼是必要的，對社會是重要的，在技術上是可行的。能源管理控制系統在鋼鐵企業所帶來的能源的節約、環境的保護等巨大效能已經越來越被各企業所認知和重視。

隨著國家能源供需矛盾的進一步擴大、環境保護政策的進一步強化以及企業自身生產成本的不斷優化，能源管理控制系統技術必將為我國鋼鐵工業普遍采用，將迎來一個建設能源管理控制系統的高潮，這必將會對我國鋼鐵工業的節能降耗和可持續發展產生積極的作用。

［1］ 蔣平，李博，曾文清.馬鋼新區能源中心的建設及探討［J］.冶金能源，2009，28(3):3 －5.

［2］ 馮晶，田小果.EMS系統在鋼鐵廠能源中心的應用［J］.自動化與儀器儀表，2005，(3):35 －44.

［3］ 馮為民，叢力群.冶金企業能源管理系統［J］.控制工程，2005，12(6):557－560.

［4］ 王鼎，方喆.能源中心在寶鋼能源生產中的作用和發展趨勢［J］.中國冶金，2005，15(1):21 －23.

［5］ 王鼎，馮為民，薄宏偉.寶鋼能源集散控制與管理系統［J］.上海節能，2002，(2):7 －10.

DISCUSSION ABOUT THE ENERGY MANAGEMENT AND CONTROL SYSTEM IN ANYANG STEEL

Wang Zhenya Lu Yinbei Huang Jie Zhang Aifang Wang Wei

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

This paper introduces the principle and function of energy manage and control system，states its necessity to built energy manage and control system on the basis of the actual situation in Anyang Steel and investigates the remaining problems and solution.

energy management and controlenergy balance energy management

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聯系人:路銀北，碩士，高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司計量控制處;

2012—2—1