能源管理系統在鋼鐵行業中的應用

景 婧

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

軋鋼廠智能化升級改造后，全線配備自動化L1、L2 系統，實現了全面的數據采集和現場設備的實時監控。基于Oracle 關系數據庫和Visual studio 軟件平臺的軋線過程自動化控制系統，為能源管理系統的建立提供了硬件支持。根據廠里實際情況，現自主開發了能源管理系統，通過科學的數據采樣、準確的自動讀取、可靠的網絡傳輸智能統計分析建立完善的能源管理平臺，提高了企業的現代化管理水平，促進了節能增效，為企業指導生產、實現科學管理提供有力的技術和信息保障。

1 存在問題

能源管理系統建立前，軋鋼廠能源計量體系包括22 塊電能表、8 塊水流量計、4 個煤氣流量計以及氮氣、蒸汽、壓縮空氣等若干公司管網結算表，其能源計量與分析存在數據采集不準確、數據處理與信息發布不及時等問題，具體體現在：

1）數據采集方面。自1992 年建廠以來，一直采用交接班時刻進行人工抄表模式，這一方法效率低，只能提供各能源介質的班消耗量，對于某些特殊時刻和特殊設備的消耗量不能做精確統計；由于每班抄表時間不統一，容易出現能源數據虛報、漏報等現象，使得數據的準確性和時效性無法保證。

2）數據分析方面。每月對電、煤氣、水等能源介質的使用情況進行統計分析，形成的報告均是基于人工抄表所采集的數據，數據源缺乏準確性和全面性；鑒于有限的數據量，只能對數據進行初步、籠統的分析，廠內產品品種多，規格有Φ5.5～Φ120 mm 不等，鋼種多達百余種，能源成本相差較大；對于批量少、班中多次倒規格的情形，無法得到鋼種產品詳細的能源信息，使得這類產品的能源成本一項成為空白，只能依靠經驗值進行估算。

3）信息發布方面。延遲性和非連續性都是人工發布能效信息的主要問題。目前，各類報表均由人工填寫、計算，其中生產日報表由生產科根據前一天軋制的三個班組的熱軋記錄表情況計算出各產品產量、作業效率等，報表在第二天才以OA 的形式下發給相關人員，如果遇到雙休日或長假，只能等到節后第一個工作日才能出報表，時效性受到極大影響。

因此，構建信息化能源管理系統，利用現代化的管理手段對能源介質進行科學管控，有效降低企業能源使用成本，實現企業效益的最大化迫在眉睫。

2 能源管理系統的建立

信息化能源管理系統主要的服務對象為生產過程中所涉及到的水、電、氣等各種能源介質，該系統由管理層、處理層和采集層三部分組成，如圖1 所示。數據采集層主要由現場計量儀器儀表、串口轉換器、通訊協議、服務器和數據庫等構成。

圖1 信息化能源管理系統結構

2.1 數據采集層

數據采集層的主要功能是與底層計量儀器儀表進行通信，獲取并存儲采集到的現場數據。程序啟動后，從數據庫中提取通訊配置信息，經編碼后與相應IP 地址的PLC 進行Socket 通訊[1]。廠內電能表多是早期安裝的單RS-485 串口電能表，而服務器為以太網口，不能與電表直接進行信息交互。因此將全廠電能表數據通過RS-485 通訊協議集中采集至串口轉換器后進行傳輸。然后利用串口轉換器將通訊方式轉換為Modbus TCP 采集至電表PLC 中。加熱爐煤氣流量為加熱爐燃燒控制的參數，通過對其瞬時值累積計算得到煤氣消耗量，同理可得到理濁環水流量等能源參數。

2.2 數據處理層

能源數據處理層是能源管理系統的核心，其按需求收集能源數據，并通過科學的計算方法得出準確、及時的數據。管理系統制定了各種常規報表，包括能源日報表、生產日報表、熱軋班報表等來綜合體現企業能源消耗情況。

2.2.1 數據請求及發送

數據庫與各單體設備的通訊以管理系統發送請求和設備自主發送請求兩種方式進行數據采集。梳理各專業對能源的需求，共有以下幾類：

1）在每天0 點、8 點及16 點交接班時刻，系統發送請求至電表PLC 和主軋線PLC，請求代碼為“1”，隨后電表PLC 和主軋線PLC 分別將電、水、煤氣、氮氣等計量數據發送至數據庫。加熱爐出爐的鋼坯批次號和鋼種進行更換時，分別發送請求代碼“2”和“4”。

2）固熔爐、電退火爐、1 號臺車爐、2 號臺車爐在設備啟、停時刻觸發電表PLC，其可直接將計量數據發送至系統，不需要請求電文。

3）對于主軋線啟、停則由主軋線PLC 發送啟、停觸發事件給管理系統，然后系統再將相應請求代碼發送給電表PLC 和主軋線PLC，進而獲得計量數據。

收集到的各請求代碼下的數據如圖2 所示，對于代碼Request_type=“1”“2”“4”數據，在接收到電文時刻，將其與最近時刻收到的同代碼電文作差便得到了不同班組、鋼種和軋批號生產時的能源消耗情況。其余各設備未收到停止電文時，查找最近一次的啟動信號，從而得到每爐鋼、軋線檢查調整、檢修等時刻的能源消耗，記錄在Res_Electricity 表中待用。

圖2 能源數據基礎統計表Res_Electricity 局部

2.2.2 報表配置

根據實際需求制作了各類報表，這些報表所關聯的數據包括時間、組織結構、能源介質基礎數據、實時數據以及歷史數據。在每天交接班時刻系統會自動生成班報表Res_shift_wgt 和熱軋記錄表Res_roll_record，通過建立視圖，將生產信息Res_roll_record、Res_shift_wgt與能源信息Res_material 記錄表對接，可以得到各鋼種、批次、班組準確的噸鋼能耗情況。同理，每天零點系統會自動生成生產日報表Res_daily_wgt、能源日報表，通過視圖方式可得到當天準確的噸鋼能耗情況。

退火爐噸鋼熱處理能源消耗情況利用Res_Electricity 中請求類型來區分各爐體信息，在收到信息時，系統自動處理并填寫在熱處理表格Res_fur_treatment 中，該表格詳細記錄了每爐次的點停爐時間、點停爐電耗、退火時長及能源消耗情況。當完成退火工序后，MES 系統發送退火實績，更新每卷/捆物料狀態，進而系統可以結合熱處理表格完成噸鋼退火能耗情況。

2.3 數據管理層

能源管理層主要基于數據處理層來對結果進行進一步分析，從而得出具有指導意義的結論，其功能主要包括能耗分析和實績管理。

2.3.1 能耗分析

能耗分析模塊是能源管理的核心，其實質就是分析企業能源消耗的特點，確定節能降本的方向。系統使用報表配置工具替代了傳統的人工抄表、制作報表的模式，并將采集得到的綜合數據在全廠范圍內進行能耗指標的計算分析，通過與行業平均水平或廠內歷史最優水平進行對比分析，能夠發現能耗指標差距較大的環節，挖掘節能潛力。借助報表平臺，可以詳細、準確地計算出全部鋼種、批次、班組啟停車間的能源消耗情況，進而確定每一產品品種的能源成本，為成本核算提供可靠數據支撐[2]。各職能科室通過分析能源信息、參考歷史實績、對比實現生產目標的設定，確定各生產工序的能耗績效指標。

2.3.2 實績管理

實績管理主要用于管理來自能源處理層所計算的各種能源介質統計量，基于Visual studio 開發的交互界面，提供能源實績數據的綜合查詢與維護管理。可以實現按鋼種、軋批號、工序及不同時間段的水、電、煤氣等能源數據進行查詢與統計，并可以以報表形式或EXCEL 列表形式導出，或將信息以圖表或者曲線形式表達出來。通過對比分析、查詢不同工序各種能源介質的偏差量，進而確定造成能耗偏差的機組、時段，而后通過優化工藝和設備控制方式來消除偏差。

3 結語

能源管理系統的建立，取代了20 多年人工抄表的工作模式，自動采集使得能源基礎數據更準確、更及時、更全面。基于數據處理層可以對廠內全部產品按規格、鋼種、批次、工藝等進行統計，滿足了小批量產品的成本統計需求。報表自動生成可實現按需查詢和導出，免去時效影響。此外，通過實績管理可以發現不合理的用能設備或工藝，明確節能方向，有針對性地采取相應措施，將能源管理由節能定性分析轉變為定量分析。利用信息化手段可不斷加強能源的使用管理，提高能源使用效率，促進節能增效，最終實現經濟效益的提升。