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1 　概述

　　冶金工業(yè)能耗居高不下和環(huán)境質(zhì)量不如人意是長期困擾冶金企業(yè)的難題。采用信息技術(shù)作為平臺，綜合新技術(shù)、新工藝、配套技術(shù)和管理措施，減少消耗，形成、穩(wěn)定、經(jīng)濟和的能源供給系統(tǒng)，對于降低鋼鐵生產(chǎn)成本，環(huán)境質(zhì)量，提高產(chǎn)品的市場競爭力具有為重要的意義。

　　鋼鐵廠的能源消耗約占鋼鐵成本的20%～40%。不同的裝備水平，工藝流程，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和能源管理水平對能源消耗都會產(chǎn)生不同的影響。實用經(jīng)濟的節(jié)能技術(shù)、數(shù)字化的平衡輸配系統(tǒng)和基礎(chǔ)能源管理是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗的基礎(chǔ)技術(shù)措施。建設(shè)公司一體化的集中統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)是數(shù)字化能源管理的措施，也是大型鋼鐵企業(yè)提高節(jié)能效益的重大技術(shù)裝備措施，應從企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的高度認識建設(shè)企業(yè)能源管理系統(tǒng)的必要性和迫切性。本文介紹了冶金企業(yè)能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，探討了其技術(shù)路線及發(fā)展。

　　2 　能源管理系統(tǒng)的作用

　　作為冶金企業(yè)自動化和信息化的重要組成部分，EMS不僅對能源的統(tǒng)一調(diào)度、優(yōu)化煤氣平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質(zhì)量、降低噸鋼能耗和提高勞動生產(chǎn)率有重要作用，而且對于事故預案的制定和執(zhí)行、事故原因的快速分析和及時判斷處理、能源供需的合理調(diào)整和平衡以及在客觀信息基礎(chǔ)上的能源實績分析、能源計劃編制、能源質(zhì)量管理、能源系統(tǒng)的預測等都是十分的。

　　1)完善能源信息的采集、存儲、管理和能源的利用

　　EMS對能源數(shù)據(jù)進行分析、處理和加工，能源調(diào)度人員和能源管理人員就能實時掌握系統(tǒng)狀態(tài)，經(jīng)過系統(tǒng)的合理調(diào)整，確保系統(tǒng)運行在佳狀態(tài)。

　　2)在公司層面對能源系統(tǒng)采用分散控制和集中管理

　　EMS將在公司全局角度審視能源的基本管理需求，滿足能源工藝系統(tǒng)分散特性和能源管理需要集中的客觀要求，以適應鋼廠的戰(zhàn)略發(fā)展需要。

　　3)減少管理環(huán)節(jié)，優(yōu)化管理流程，建立客觀能源消耗評價體系

　　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，滿足能源設(shè)備管理、運行管理等的自動化，建立客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評價體系，向管理要效益。

　　4)減少能源系統(tǒng)運行成本，提高勞動生產(chǎn)率

　　EMS的建設(shè)，對能源管理體制的改革將發(fā)揮重要作用。其基本目標之一是可以實現(xiàn)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。

　　5)加快系統(tǒng)的故障處理，提高對全廠性能源事故的反應能力

　　EMS能迅速從全局的角度了解系統(tǒng)的運行狀況，故障的影響程度等，及時采取系統(tǒng)的措施，限制故障范圍的進一步擴大，并恢復系統(tǒng)的正常運行。

　　6)通過優(yōu)化能源調(diào)度和平衡指揮系統(tǒng)，節(jié)約能源和環(huán)境

　　EMS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，實時了解鋼廠的能源需求和消耗的狀況，能地減少高爐煤氣的放散，提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收率，采用綜合平衡和燃料轉(zhuǎn)換使用的系統(tǒng)方法，使能源的合理利用達到一個新的水平。

　　7)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

　　能源管理系統(tǒng)的建設(shè)，不僅可解決能源實時平衡管理和監(jiān)控管理，還可以通過對大量歷史數(shù)據(jù)的歸檔和管理，為進一步對數(shù)據(jù)進行挖掘、分析、加工和處理創(chuàng)造條件。

　　3 　建設(shè)能源管理系統(tǒng)的基本技術(shù)路線

　　能源管理系統(tǒng)在企業(yè)信息化系統(tǒng)中具有重要的地位，公司級ERP或MES完成對包括能源管理系統(tǒng)在內(nèi)的信息集成和一貫制管理，以實現(xiàn)公司生產(chǎn)、經(jīng)營的過程優(yōu)化和提高公司的總體效率，進而提高公司的市場競爭力。為了實現(xiàn)上述目標，能源管理系統(tǒng)建設(shè)的基本技術(shù)路線是：

　　1)規(guī)劃的能源SCADA系統(tǒng)

　　能源工藝系統(tǒng)分散，面廣量大。數(shù)據(jù)采集對象的選擇應按照工藝監(jiān)控的實際要求、能源系統(tǒng)輸配和平衡的要求、能源管理的精度和粒度要求謹慎選擇。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)宜采用分散方式，以減少系統(tǒng)風險和提高系統(tǒng)的性和可維護性。根據(jù)能源系統(tǒng)的特點和具體情況，綜合采用與之適應的基本技術(shù)：

　?、傩袠I(yè)標準監(jiān)控和管理技術(shù);②現(xiàn)代網(wǎng)絡技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù);③數(shù)據(jù)庫及實時數(shù)據(jù)處理技術(shù);④預測和平衡優(yōu)化技術(shù);⑤集成式GIS(地理信息系統(tǒng))技術(shù);⑥數(shù)字化運行和調(diào)度技術(shù);⑦異構(gòu)系統(tǒng)無縫集成技術(shù)。

　　2)設(shè)計集中統(tǒng)一的“數(shù)字化”的能源輸配及平衡控制應用系統(tǒng)

　　“數(shù)字化”的能源輸配及平衡控制應用系統(tǒng)是指在上述基本技術(shù)基礎(chǔ)上，利用信息技術(shù)手段，實時地再現(xiàn)工藝系統(tǒng)的過程映象，使運行管理和調(diào)整決策建立在可靠的過程信息之上。調(diào)度人員能夠在能源控制中心對系統(tǒng)的動態(tài)平衡進行直接控制和調(diào)整，從而減少管理控制環(huán)節(jié)，提高工作效率，尤其在工藝系統(tǒng)故障時的處理指揮和即時系統(tǒng)調(diào)整方面，體現(xiàn)出了大的*性。

　　3)建立系統(tǒng)化的能源成本中心管理平臺

　　EMS從成本控制的角度，優(yōu)化能源管理體制，合理定義能源系統(tǒng)的成本中心。EMS在系統(tǒng)規(guī)劃、架構(gòu)設(shè)計、功能配置和應用集成等方面反映能源系統(tǒng)本質(zhì)的管理特征，根據(jù)效益大化的原則配置能源管理要素，通過能源管理系統(tǒng)的計劃編制、實績分析、質(zhì)量管理、平衡預測、能耗評價等技術(shù)手段對能源生產(chǎn)過程和消耗過程進行管理評價。

　　4)與ERP或MES系統(tǒng)的無縫集成能源管理

　　系統(tǒng)實現(xiàn)與ERP系統(tǒng)的無縫集成，是確保能源管理功能完整實現(xiàn)和ERP系統(tǒng)信息完整的重要技術(shù)保證。能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)管理任務之一是實現(xiàn)按成本中心模式，向ERP系統(tǒng)提供完整的能源系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，ERP也將按能源管理和預測分析的需要，向能源管理系統(tǒng)提供公司的生產(chǎn)計劃、檢修計劃和相關(guān)的生產(chǎn)實績信息。信息的交互作用能較好地解決能源系統(tǒng)評價中的不科學因素，在公司層面及時掌握能源消耗情況，并對環(huán)境狀況作出估計。

　　4 　企業(yè)能源管理系統(tǒng)的解決方案

　　4.1 方案設(shè)計

　　安科瑞公司研發(fā)的企業(yè)能源管理系統(tǒng)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集基于安科瑞自主研發(fā)的網(wǎng)絡電力儀表，在信息傳遞方面，基于Acrel-3000系統(tǒng)實現(xiàn)信息交換、分檢服務系統(tǒng)，這樣企業(yè)各應用程序得到的，都是各自訂閱的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，可大幅度提高數(shù)據(jù)處理的效率。

　　能源數(shù)據(jù)包括三種：能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)、能源供給整點數(shù)據(jù)、能源供給累加數(shù)據(jù)，每種數(shù)據(jù)都有不同的應用范圍。而能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)是所有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，其它兩種數(shù)據(jù)是通過儀器、儀表、手工錄入或計算程序得到，是其它應用系統(tǒng)需要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。因此，安科瑞的能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，就是在擷取能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)的同時，能將其它應用程序需要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)分檢出來，主動發(fā)送到各應用程序，滿足各部門的辦公、處理需要，在監(jiān)測的同時，滿足結(jié)算、決策的需求。

　　4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　安科瑞Acrel-3000電能管理組態(tài)軟件是上海安科瑞電氣股份有限公司總結(jié)多年的開發(fā)、實踐經(jīng)驗和大量的用戶需求而設(shè)計開發(fā)的產(chǎn)品。Acrel-3000電能管理系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖見下圖。

　　系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖

　　Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)可對低壓設(shè)備消耗的電能進行分項計量。其軟件運行于windows操作系統(tǒng)，包括windows2000、windows NT、windowsXP等windows系列操作系統(tǒng)。系統(tǒng)除了與本公司自主研發(fā)的儀表良好兼容外，還支持數(shù)百種硬件設(shè)備，包括目前流行的各種板卡、儀表、PLC等。支持各種常用電力通信規(guī)約，如部頒CDT規(guī)約、POLLING、1801、101、DNP等電力規(guī)約。

　　按照對電能計量的相關(guān)要求，本系統(tǒng)對耗電量進行分項計量，包括：

　　1)照明插座用電：為建筑物主要功能區(qū)域的照明、插座等室內(nèi)設(shè)備用電。主要包括建筑物內(nèi)的照明和插座用電、應急照明用電、室外景觀照明用電等。

　　2)空調(diào)用電：主要包括冷熱站用電、空調(diào)末端用電。

　　3)動力用電：主要包括電梯用電、水泵用電、通風機用電等。

　　4)特殊用電：主要包括信息中心、洗衣房、廚房餐廳、游泳池、健身房或者其他特殊用電。

　　4.3系統(tǒng)功能

　　能源管理系統(tǒng)，作為大中型鋼鐵企業(yè)ERP和MES的重要組成部分，在企業(yè)信息化系統(tǒng)中具有重要的地位，其基本功能劃分為三大部分：

　?、傩畔⑻幚碜酉到y(tǒng)

　　信息處理子系統(tǒng)的基本功能是數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控，它是能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)子系統(tǒng)，包括了基本的SCADA系統(tǒng)功能：a)不同需求的數(shù)據(jù)采集(周期采集、中斷采集、SOE);b)分類數(shù)據(jù)歸檔(實時數(shù)據(jù)、短時數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、記錄);c)實時閉環(huán)調(diào)節(jié);d)邏輯分析處理(條件聯(lián)鎖、越限報警等);e)人機界面(過程圖、過程曲線、設(shè)定和查詢等);f)管理報表(瞬時報、正點報、日報、月報等);g)基本數(shù)據(jù)處理等。

　?、诠收咸幚碜酉到y(tǒng)

　　故障處理子系統(tǒng)主要包括：監(jiān)測;分級報警(按輕、重故障分類);信息記錄和歸檔(按類別);故障基本分析(時序記錄分析、在線查詢等);故障分析系統(tǒng)等。

　　③能源管理子系統(tǒng)

　　能源管理子系統(tǒng)的基本功能包括：a)能源計劃管理(計劃編制、跟蹤等);b)能源實績管理(實績分析、歸檔、查詢、平衡分析、成本分析、對標分析等);c)能源質(zhì)量管理(質(zhì)量分析、質(zhì)量跟蹤、趨勢評估、越限警告等);d)運行(運行方式管理、停復役管理、操作評估等);e)預測分析(在線預測決策、能耗預測分析、電力負荷預測等)。能源管理系統(tǒng)基本功能。

　　4.4主要監(jiān)控與計量表計

　　(1)高壓回路或低壓進線回路選ACR330ELH儀表

　　該表為電能質(zhì)量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、PF、F、S);四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計;THDu，THDi、2-31次各次諧波分量;電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算;電網(wǎng)電壓電流正、負、零序分量(含負序電流)測量;4DI+3DO(DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警);RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進線柜，見圖1。

　　圖1 ACR330ELH電力儀表

　　(2)低壓聯(lián)絡或出線回路選ACR220EL電力儀表

　　該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、PF、F);四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、大需量統(tǒng)計;4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡柜、出線柜，見圖2。

　　圖2 ACR220EL電力儀表

　　(3)動力柜、照明箱選ACR120EL電力儀表或?qū)к壥诫姳?/span>

　　ACR120EL電力儀表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、PF、F);四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、大需量統(tǒng)計;2DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：開孔尺寸80×80mm，開孔尺寸72×72mm。適用于動力柜，見圖3。

　　圖3 ACR120EL電力儀表

　　DTSD1352導軌式電表主要功能：LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、PF、F、S);四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、大需量統(tǒng)計;電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動力柜，見圖4。

　　圖4 DTSD1352導軌式電表

　　DTSF1352導軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于照明箱的三相電能計量，見圖5。

　　圖5 DTSF1352導軌式電表

　　照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測量;單相電能計量，見圖6。

　　圖6 DDSF1352導軌式電表

　　5 　能源管理系統(tǒng)技術(shù)的應用與發(fā)展

　　近年來在能源管理、運行決策支持、預測分析等方面進行了探索，取得了較好的效果，為能源系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)經(jīng)濟運行提供了很好的支持。

　　一批集成有現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析技術(shù)、預測評價技術(shù)、地理信息技術(shù)、調(diào)度決策優(yōu)化技術(shù)等的能源管理系統(tǒng)將應運而生。①數(shù)據(jù)分析技術(shù)數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)在不同條件下的應用，向業(yè)務人員提供的綜合應用和整合信息，協(xié)助能源管理人員提高他們的數(shù)據(jù)應用能力，為能源系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、系統(tǒng)優(yōu)化服務。②預測評價技術(shù)SCADA系統(tǒng)能夠完成的數(shù)據(jù)采集是基本的測量數(shù)據(jù)，其完整性受許多條件的限制。利用預測評價技術(shù)可以在有限的測量集下，了解系統(tǒng)(如消耗)的變化趨勢。如在電力系統(tǒng)中廣泛使用的中短期負荷預測，對大型鋼鐵企業(yè)也是十分必要的。③地理信息技術(shù)能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和傳輸網(wǎng)絡遍布全廠的每一個角落，利用地理信息技術(shù)，能實現(xiàn)管網(wǎng)(線路)地理信息與能源管理系統(tǒng)的無縫結(jié)合，對運行管理人員及時準確地掌握系統(tǒng)信息，指揮操作人員加快系統(tǒng)故障的分析和處理，提高能源工藝系統(tǒng)的運行可靠性和穩(wěn)定性有良好的指導作用。④調(diào)度決策優(yōu)化技術(shù)大中型冶金企業(yè)的能源工藝系統(tǒng)的復雜性，使在線能源平衡調(diào)度工作無法達到理想的狀態(tài)。優(yōu)化能源介質(zhì)的傳輸、合理安排能源介質(zhì)的轉(zhuǎn)換、綜合生產(chǎn)需要和經(jīng)濟要求的能源分配、動態(tài)評估能源系統(tǒng)的運行狀態(tài)，是解決能源系統(tǒng)的運行和經(jīng)濟運行的必然要求。建立企業(yè)能源系統(tǒng)調(diào)度決策優(yōu)化模型是達到上述要求的手段。

　　6 　結(jié)束語

　　建設(shè)公司級能源管理系統(tǒng)，是現(xiàn)代大中型冶金企業(yè)實施信息化工程的需要。它可以改進能源系統(tǒng)的運行管理和管理水平，完善能源生產(chǎn)和使用的評價體制，提高勞動生產(chǎn)率，減少能源消耗，增加能源回收，環(huán)境質(zhì)量，對提高公司的市場競爭力具有重要意義。Acrel-3000能源管理系統(tǒng)技術(shù)不僅提高運行管理效率，而且實現(xiàn)全系統(tǒng)無人值守和投產(chǎn)以來的連續(xù)不間斷穩(wěn)定運行方面取得了很大的成績，在節(jié)能降耗方面也取得了可喜成果。

作者簡介：

師晴晴（1985－），女，漢族，本科，工程師，主要研究方向為智能建筑供配電監(jiān)控系統(tǒng)

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