1 概述
冶金工業能耗居高不下和環境質量不如人意是長期困擾冶金企業的難題。采用信息技術作為平臺，綜合新技術、新工藝、配套技術和管理措施，減少消耗，形成安全、穩定、經濟和高效的能源供給系統，對于降低鋼鐵生產成本，改善環境質量，提高產品的市場競爭力具有極為重要的意義。
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，產品結構和能源管理水平對能源消耗都會產生不同的影響。實用經濟的節能技術、數字化的平衡輸配系統和基礎能源管理是現代鋼鐵企業實現節能降耗的基礎技術措施。建設公司一體化的集中統一的能源管理系統是數字化能源管理的技術支持措施，也是大型鋼鐵企業提高節能效益的重大技術裝備措施，應從企業發展戰略的高度認識建設企業能源管理系統的必要性和迫切性。本文介紹了冶金企業能源管理系統的結構與功能，探討了其技術路線及發展。
2 能源管理系統的作用
作為冶金企業自動化和
信息化的重要組成部分，EMS不僅對能源的統一調度、優化煤氣平衡、減少煤氣放散、提高環保質量、降低噸鋼能耗和提高勞動生產率有重要作用，而且對于事故預案的制定和執行、事故原因的快速分析和及時判斷處理、能源供需的合理調整和平衡以及在客觀信息基礎上的能源實績分析、能源計劃編制、能源質量管理、能源系統的預測等都是十分有效的。
1)完善能源信息的采集、存儲、管理和能源的有效利用
EMS對能源數據進行分析、處理和加工，能源調度人員和專業能源管理人員就能實時掌握系統狀態，經過系統的合理調整，確保系統運行在最佳狀態。
2)在公司層面對能源系統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，以適應鋼廠的戰略發展需要。
3)減少管理環節，優化管理流程，建立客觀能源消耗評價體系
實現在信息分析基礎上的能源監控和能源管理的流程優化再造，滿足能源設備管理、運行管理等的自動化，建立客觀的以數據為依據的能源消耗評價體系，向管理要效益。
4)減少能源系統運行成本，提高勞動生產率
EMS的建設，對能源管理體制的改革將發揮重要作用。其基本目標之一是可以實現簡化能源運行管理，減少日常管理的人力投入， 節約人力資源成本，提高勞動生產率。
5)加快系統的故障處理，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。
6)通過優化能源調度和平衡指揮系統，節約能源和改善環境
EMS將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，實時了解鋼廠的能源需求和消耗的狀況，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。
7)為進一步對能源數據進行挖掘、分析、加工和處理提供條件
能源管理系統的建設，不僅可有效解決能源實時平衡管理和監控管理，還可以通過對大量歷史數據的歸檔和管理，為進一步對數據進行挖掘、分析、加工和處理創造條件。
3 建設能源管理系統的基本技術路線
能源管理系統在企業信息化系統中具有重要的地位，公司級
ERP或MES完成對包括能源管理系統在內的信息集成和一貫制管理，以實現公司生產、經營的過程優化和提高公司的總體效率，進而提高公司的市場競爭力。為了實現上述目標，能源管理系統建設的基本技術路線是：
能源工藝系統分散，面廣量大。數據采集對象的選擇應按照工藝監控的實際要求、能源系統輸配和平衡的要求、能源管理的精度和粒度要求謹慎選擇。數據采集系統宜采用分散方式，以減少系統風險和提高系統的安全性和可維護性。根據能源系統的特點和具體情況，綜合采用與之適應的基本技術：
①行業標準監控和管理技術；②現代安全網絡技術和數據通信技術；③
數據庫及實時數據處理技術；④預測和平衡優化技術；⑤集成式GIS(地理信息系統)技術；⑥數字化運行和調度技術；⑦異構系統無縫集成技術。
2)設計集中統一的“數字化”的能源輸配及平衡控制應用系統
“數字化”的能源輸配及平衡控制應用系統是指在上述基本技術基礎上，利用信息技術手段，實時地再現工藝系統的過程映象，使運行管理和調整決策建立在可靠的過程信息之上。調度人員能夠在能源控制中心對系統的動態平衡進行直接控制和調整，從而減少管理控制環節，提高工作效率，尤其在工藝系統故障時的處理指揮和即時系統調整方面，體現出了極大的優越性。
3)建立系統化的能源成本中心管理平臺
EMS從成本控制的角度，優化能源管理體制，合理定義能源系統的成本中心。EMS在系統規劃、架構設計、功能配置和應用集成等方面全面反映能源系統本質的管理特征，根據效益最大化的原則配置能源管理要素，通過能源管理系統的計劃編制、實績分析、質量管理、平衡預測、能耗評價等技術手段對能源生產過程和消耗過程進行管理評價。
4)與ERP或MES系統的無縫集成能源管理
系統實現與ERP系統的無縫集成，是確保能源管理功能完整實現和ERP系統信息完整的重要技術保證。能源管理系統的基礎管理任務之一是實現按成本中心模式，向ERP系統提供完整的能源系統分析數據和分析結果，ERP也將按能源管理和預測分析的需要，向能源管理系統提供公司的生產計劃、檢修計劃和相關的生產實績信息。信息的交互作用能較好地解決能源系統評價中的不科學因素，在公司層面及時掌握能源消耗情況，并對環境狀況作出估計。
4 企業能源管理系統的解決方案
4.1 方案設計
安科瑞公司研發的企業能源管理系統，現場數據采集基于安科瑞自主研發的網絡電力儀表，在信息傳遞方面，基于Acrel-3000系統實現信息交換、分檢服務系統，這樣企業各應用程序得到的，都是各自訂閱的關鍵數據，可大幅度提高數據處理的效率。
能源數據包括三種：能源供給狀態數據、能源供給整點數據、能源供給累加數據，每種數據都有不同的應用范圍。而能源供給狀態數據是所有數據的基礎，其它兩種數據是通過儀器、儀表、手工錄入或計算程序得到，是其它應用系統需要的關鍵數據。因此，安科瑞的能源數據采集系統，就是在擷取能源供給狀態數據的同時，能將其它應用程序需要的關鍵數據分檢出來，主動發送到各應用程序，滿足各部門的辦公、處理需要，在監測的同時，滿足結算、決策的需求。
4.2系統結構
安科瑞Acrel-3000電能管理組態軟件是上海安科瑞電氣股份有限公司總結多年的開發、實踐經驗和大量的用戶需求而設計開發的高端產品。Acrel-3000電能管理系統拓撲結構圖見下圖。
系統拓撲結構圖
Acrel-3000型電能管理系統可對低壓設備消耗的電能進行分項計量。其軟件運行于windows操作系統，包括windows2000、windows NT、windowsXP等windows系列操作系統。系統除了與本公司自主研發的儀表良好兼容外，還支持數百種硬件設備，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約，如部頒CDT規約、POLLING、1801、101、DNP等電力規約。
按照國家對電能計量的相關要求，本系統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域的照明、插座等室內設備用電。主要包括建筑物內的照明和插座用電、應急照明用電、室外景觀照明用電等。
2)空調用電：主要包括冷熱站用電、空調末端用電。
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系統功能
能源管理系統，作為大中型鋼鐵企業ERP和MES的重要組成部分，在企業信息化系統中具有重要的地位，其基本功能劃分為三大部分：
①信息處理子系統
信息處理子系統的基本功能是數據采集和過程監控，它是能源管理系統的基礎子系統，包括了最基本的SCADA系統功能：a)不同需求的數據采集(周期采集、中斷采集、SOE)；b)分類數據歸檔(實時數據、短時數據、統計數據、歷史數據、記錄)；c)實時閉環調節；d)邏輯分析處理(條件聯鎖、越限報警等)；e)人機界面(過程圖、過程曲線、設定和查詢等)；f)管理報表(瞬時報、正點報、日報、月報等)；g)基本數據處理等。
②故障處理子系統
故障處理子系統主要包括：監測；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)；故障分析專家系統等。
③能源管理子系統
能源管理子系統的基本功能包括：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)能源質量管理(質量分析、質量跟蹤、趨勢評估、越限警告等)；d)運行技術支持(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)。能源管理系統基本功能。
4.4主要監控與計量表計
(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、復費率電能統計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數、電話波形因子、電流K系數、電壓與電流不平衡度計算；電網電壓電流正、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協議或DL/T645規約。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、復費率電能統計、最大需量統計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯絡柜、出線柜，見圖2。
(3)動力柜、照明箱選ACR120EL電力儀表或導軌式電表
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、復費率電能統計、最大需量統計；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協議。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。
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、復費率電能統計、最大需量統計；電流規格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T 645規約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數。適用于動力柜，見圖4。
DTSF1352導軌式電表主要功能：電流規格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T 645規約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數。適用于照明箱的三相電能計量，見圖5。
照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T 645規約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數。適用于照明箱的電流、電壓測量；單相電能計量，見圖6。
5 能源管理系統技術的應用與發展
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，為能源系統的安全穩定和持續經濟運行提供了很好的支持。
一批集成有現代數據分析技術、預測評價技術、地理信息技術、調度決策最優化技術等的能源管理系統將應運而生。①數據分析技術數據分析、統計、數據挖掘等技術在不同條件下的應用，向業務人員提供高端的綜合應用和整合信息，協助能源管理人員提高他們的數據應用能力，為能源系統的規劃、設計、系統優化服務。②預測評價技術SCADA系統能夠完成的數據采集是基本的測量數據，其完整性受許多條件的限制。利用預測評價技術可以在有限的測量集下，了解系統(如消耗)的變化趨勢。如在電力系統中廣泛使用的中短期負荷預測，對大型鋼鐵企業也是十分必要的。③地理信息技術能源系統的數據采集設備和傳輸網絡遍布全廠的每一個角落，利用地理信息技術，能實現管網(線路)地理信息與能源管理系統的無縫結合，對運行管理人員及時準確地掌握系統信息，指揮操作人員加快系統故障的分析和處理，提高能源工藝系統的運行可靠性和穩定性有良好的指導作用。④調度決策最優化技術大中型冶金企業的能源工藝系統的復雜性，使在線能源平衡調度工作無法達到理想的狀態。優化能源介質的傳輸、合理安排能源介質的轉換、綜合生產需要和經濟要求的能源分配、動態評估能源系統的運行狀態，是解決能源系統的安全運行和經濟運行的必然要求。建立企業能源系統調度決策最優化模型是達到上述要求的有效手段。
6 結束語
建設公司級能源管理系統，是現代大中型冶金企業實施信息化工程的需要。它可以改進能源系統的運行管理和安全管理水平，完善能源生產和使用的評價體制，提高勞動生產率，減少能源消耗，增加能源回收，改善環境質量，對提高公司的市場競爭力具有重要意義。Acrel-3000能源管理系統技術不僅提高運行管理效率，而且實現全系統無人值守和投產以來的連續不間斷穩定安全運行方面取得了很大的成績，在節能降耗方面也取得了可喜成果。
參考文獻：
[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2010.08版.
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