自動化設備在鋼鐵企業能源管理方面的應用

馬廣宇

（秦皇島首秦金屬材料有限公司，秦皇島066000）

0 引言

據不完全統計，我國鋼鐵產業在近10年的時間取得了非常突出的成就。首先，良好的市場環境為鋼鐵企業的發展提供了一個非常好的平臺，所以自2006年以來我國鋼產量以每年25個百分點的速度持續增長。我國在冶金方面的能源消耗量占世界總耗能的百分之十五左右，鋼鐵企業在享受成功的同時也必須考慮到其對生態環境的影響，可以說在冶金過程中會有大量有害氣體被排放出來，這些氣體對自然環境的的危害是非常巨大的，而且從可持續發展的角度而言，不利于后代子孫的繁衍生息。與之相比，一些發達國家的鋼鐵企業在節能減排方面就做得非常好，不但提高了能源的利用率，而且減少了對自然環境的破壞。隨著2008年爆發的全世界金融危機，中國鋼鐵企業一直處于相對低迷狀態，再加上冶金工業發展逐漸進入成熟期，鋼鐵行業競爭加劇、產能出現嚴重過剩現象，因而多元化的發展戰略越來越受到眾多鋼鐵企業的青睞。綜合以上情況，我國鋼鐵行業需要不斷借鑒國外先進理念，逐步開展能源管理優化工作，將自動化設備的作用充分應用到能源管控中。

1 能源管控的必要性

能源是支持大型鋼鐵企業生產的重要因素，能源管理的優劣直接影響著企業的效益、生存與發展。設立能源管控中心是企業加強能源管理的重要手段，搭建一套先進的、安全的、可靠的能源系統運行、操作和管理平臺，不僅能提高鋼鐵企業能源系統的運行、管理效率，還能給企業帶來節能、降本、改善環境等影響。能源智能管理系統是能源管控中心的核心，整套系統是以自動化、信息化技術為基礎，將能源調度技術和能源管理技術更好地應用在日常能源管控中。

2 自動化設備在能源智能管理系統中的應用

能源智能管理系統基礎結構應包括：網絡系統、大屏幕顯示系統、GPS系統、中央服務器、采集子站所組成。系統采用工業以太網和中央標準以太網的兩層結構，主干網絡速度要達到100M以上。

中央以太網用于連接數據采集（I/O）服務器、應用服務器、數據庫服務器、報警趨勢服務器、GPS服務器、數據備份服務器及磁盤陣列、工程師站（現場也可配備移動工程師站）及系統操作站。以上設備都通過UTP電纜直接掛在中央以太網上。中央網絡的結構如圖1。

圖1

以下為主要設備的功能描述：

①數據采集子站。根據現場情況，搭建現場數據采集子站和遠程I/O站。數據采集子站分別連接在不同的交換機上，交換機通過與現場PLC設備接口通訊，進行數據采集。數據采集子站主要用于數據采集、基本計算、邏輯連鎖、控制等功能。此站選用工業交換機，系統配置應保證到各個端口具有不小于100Mbps的線速。

②數據采集（I/O）服務器。數據采集服務器與現場以太網連接，采集數據后與其他單元進行通訊，完成趨勢、報警、數據短時歸檔和向數據庫站傳送數據等功能，并保存有操作記錄和信息記錄。服務器一備一用，建議配置為4核CPU，4G內存，250G硬盤，雙電源，支持熱插拔，帶有PCI和PCI-X擴展槽。

③應用服務器。在應用服務器上安裝運行管理類的應用軟件，軟件要具備能源管理、數據查詢、能源預測、報表查詢和打印等功能，以及與ERP的數據交換。可以設置一臺服務器作為網頁服務器（Web Server）用，在相關崗位的終端上可以很方便地通過網頁方式瀏覽過程畫面和過程曲線，并可進行數據查詢、報表查詢、報表打印。服務器的硬盤、電源要有熱插拔功能，建議選擇四串口卡（RS422/RS485,RJ45式連接口）。

④實時歷史數據庫服務器。在數據庫服務器上安裝有Windows操作系統、IH或者EDNA實時歷史數據庫，采用實時歷史數據庫用以存儲長時歸檔數據。該服務器具有數據的長時歸檔、數據壓縮、數據備份、冗余功能等。歸檔數據是先由數據采集服務器內部數據初步運算和整理后，再送到數據庫服務器。

⑤操作站（HMI）。操作站可以設置在能源管控中心的調度室，通過操作界面，對有關的能源數據和設備進行監控。這些操作站用于完成畫面監視、設備狀態顯示、信息數據顯示、參數設定、實時曲線、語音報警等功能，也可以在操作站上執行數據查詢、報表查詢、報表打印等工作。操作站可選用兼容性好的商用PC機。

⑥時間同步系統。為確保全系統的時間一致性并保持精度，在系統中設置GPS接收裝置。GPS服務器接收GPS時間同步信號，定時校正各計算機及PLC的時鐘，使系統內各設備的時鐘精度達到ms級分辨率，同時在供配電系統及自動化系統中設置獨立的GPS裝置，確保高壓系統事件的分辨率。

⑦WEB服務器及備份服務器系統。WEB服務器是用于B/S框架的服務器。備份服務器系統能確保能源中心EMS系統安全、可靠，實時完成系統的數據保護工作。

⑧遠程控制設備及能源量計量設備。遠程控制設備包括：電動調節閥、氣動調節閥、監控攝像儀、電氣綜合保護裝置。能源量計量設備包括：電磁流量計、超聲波流量計、巴類流量計、壓力變送器、差壓變送器、熱電阻、熱電偶、電能表、電壓互感器、電流互感器等。

上述設備組成能源管理系統的核心，由數據采集子站從現場控制系統中采集所使用的數據點（不同系統采用相匹配的接口方式），在數據采集子站內形成數據庫類型，各個采集子站相互連接建立環形網絡，使數據在環網內實現共享數據，采集服務器再從環網內采集數據庫中的數據進行處理，并上傳到監控管理電腦。通過應用服務器、數據采集服務器、數據庫服務器等來實現操作電腦的各項功能，操作人員使用監控管理電腦可以及時地掌握全廠能源量情況，通過提高能源管理效率來實現企業的能源管理。

3 結論

從整體上分析，我國鋼鐵冶金企業的發展十分迅猛，無論是在自動化設備的引進，還是先進工序的使用上面都不輸于其他國家。而立足于資源與自然環境的保護，國內的冶金企業還遠遠達不到國際標準。經濟的發展，必須以保護人類賴以生存的生態環境為基礎，以造福于子孫后代為目的，做到能源的最大利用。這就要求冶金企業進行良好的節能減排管理，在引入先進的能源管理理念的同時，盡可能地完善自身工藝，做到廢物回收再利用，爭取形成一套“資源-產品-廢棄物-再生資源”的綠色生產鏈。并且在新型節能減排技術的研究上不斷努力，爭取構建出一個健康、環保、可持續發展的鋼鐵冶金行業。

[1]朱炳銓，任雁銘，姜健寧，王照，高峰，晉陽君，杜宇，葉艷軍，魏春峰，郁驚一.變電站自動化系統實現IEC 61850的過渡期策略[J].電力系統自動化，2005，23：54-57.

[2]彭傳圣.集裝箱碼頭的自動化運轉[J].港口裝卸,2003,02:1-6.

[3]唐濤.電力系統廠站自動化技術的發展與展望[J].電力系統自動化，2004，04：92-97.