浅谈钢铁企业能源管控系统的设计与应用

安科瑞 陈聪

  摘要：铱钢铁企业是我国社会经济发展的重要产业支柱，在钢铁企业日常管理中能源消耗问题较为严重，针对这方面问题采用现代化能源管理系统能够有效提高能源利用效率、降低企业成本。论文主要以此为出发点对钢铁企业能源管理系统建设展开探讨。

      关键词：钢铁企业；能源管理；管理系统；系统建设；节能减排；数字化；智慧工厂

1、钢铁企业能源管理系统建设的重要性

     由于传统的钢铁企业能源管理系统较为传统落后，对企业节能减排发展工作的推动力较小，不符合当前可持续绿色发展的环保观念，而目前的管理系统是借助各类新的技术手段，有效地将各个工业单元进行联接整合，从而形成数据信息网，相关工作人员就可以在此基础上根据自身业务需求，来将数据实时获取，建立多元化的生产控制模型与管理模型，最后进行数据的计算展示及管理工作。这种形式可以通过不同的形态来展示企业、厂房等各区域的能源配置情况，这样就使得用户能够更加立体地了解企业能源的使用以及设备运行等各方面的工作情况。

2、钢铁企业能源管理系统存在的问题

      结合我国大多数钢铁企业能源管理系统运行情况来看，在具体运行工作中仍然存在较多不足之处，主要体现在能源的利用率较低、各个部门之间的能源协调能力较差、相关设备较为传统落后、系统工作人员经验不够丰富等方面。目前，我国钢铁工业能源消耗占全国总耗能的 15%左右，二氧化碳排放排放量占全国排放量的 12%，废水排放量占工业废水排放量的 15.65%。粉尘、烟尘、二氧化硫等各类有毒有害气体物质的排放量占比也较高，为我国生态环境保护工作带来了很大的挑战，所以，钢铁企业能源管理系统的改进与优化工作就显得至关重要。由于目前系统存在较多不足之处，这就使得在具体的工作时存在着计划不足、相关管理人员的管理方式存在缺陷的问题，而且能源设备不够新，在进行结果数据分析时也会产生一定的偏差，对整个能源管理工作质量水平的提升有着不利影响，对我国生态环境的保护工作产生了一定阻碍作用。

图 1 能源管理系统建设结构图

1. 钢铁企业能源管理系统建设与应用策略

3.1 构建和完善能源管理系统网络

      只有构建完善的能源管理系统网络，才能在技术上进一步利用各类能源，有效发挥管理系统的重要作用。在进行具体的能源管理系统网络构建过程中，需要对现场自动化工业网络的实际情况进行实地勘查，进一步了解状况，确保数据采集的安全性。由于厂区的分布情况极为复杂，而且各类工业网络设施较为冗杂，钢铁企业要想进一步构建合格的能源系统，就需要对现场的实际运行情况进行熟悉掌握，对管理方面的各类数据信息也要有效掌握，在此基础上才能进行相应的系统构建工作。除此之外，在该过程中也需要注意整个数据信息的安全性，可以通过建立更加专业化的能源网络来进一步保证数据传输的完整性及安全性。总而言之，该管理系统要想保持长久稳定运行的工作特点，必须要合理规划前期的技术线路，为构建提供强有力的前期支持，与此同时也要对现场施工作业的设备进行科学合理的分布，保障工业网络的安全性和保密性，降低各类病毒及非法信息闯入与传输所带来的不良影响。

3.2 强化企业能源管理体系建设

      企业要对能源管理体系的建设引起足够的重视。在整个能源管理工作中由于环节较多较复杂，且工作具有一定的难度，若某一环节出现问题，对整个能源管理工作都会产生极为不利的影响。而在当前企业能源管理体系建设工作中，不少工作人员缺乏责任意识，在数据的统计及计量过程中没有认真负责，导致设备相关数据的记录工作存在一定的错误，或者是其他的环节数据统计存在一定误差，此类情况的存在会导致后续能源管理工作不能顺利开展，而且也会严重影响企业设备能源消耗量的计算，在一定程度上对设备的使用质量及寿命产生不利影响。总而言之，以上问题对企业整体的运营成本都会产生负面影响，因此，为了进一步发挥能源管理体系的作用，企业就需要对流程化的管理模式引起足够重视，使各环节工作人员在明确自己工作责任的同时，还要加强对各类信息技术的有效应用，例如，引进大数据平台来强化能源管理体系的信息化建设。

3.3 能源中心的建立

      由于能源管理工作范围较广，对钢铁企业的各个部门都有一定程度的涉及，所以，能否合理对企业的能源进行有效管理，是整个钢铁工厂正常生产的关键部分。在今后的工作中，钢铁企业要建立健全相关能源管理机制体系，制定更加具体可靠的管理方案，才能有效开展各部门能源协调工作，提高各类资源的利用效率。目前，我国的现象技术水平较高，各类信息技术被广泛应用于各行业的发展建设中，相关企业要加强对现代化数据网络技术的有效应用，来提升企业的科技实力，提高整个能源管理系统的数字化、智能化水平。通过对新技术的有效应用，可以提升各类能源信息整合的效率及准确性，只有在此基础上，相关工作人员才能合理利用这些数据信息对工厂的能源进行有效把控，在降低能源消耗的同时，提升企业的经济效益，保护生态环境。

3.4 健全能源查询分析统计

      具有完备的能源查询分析统计报表对各类能源的合理利用及利润率的提升都有帮助作用，由于统计报表涉及能源资源设备运行等各类数据，对厂区及核心部门的实时运行参数也有记录，所以通过对能源查询分析统计表的有效建立，可以对工厂的工作情况进行实时掌握。在进行分析统计表建设工作时，要注重对当前生产运行情况的体现，对各类能源的消耗量也可以进行逐时、逐日、逐月、逐年的统计。在具体的统计数据时可以采用饼图、柱状图等各种图形，以更加直观的方式反映出数据的数值及趋势和分布情况，帮助相关工作人员合理有效地利用数据信息来进行能源管理工作。

3.5 加强能源调度管理

      钢铁企业可以通过建立能源管控调度大厅的方式来提升能源管理系统建设工作的质量与水平，该管控大厅是由多模块、高度集成、统一管理构成的调度平台，在企业的日常生产及监控方面具有重要的作用，是管理系统建立的重要组成部分。在具体的管控大厅建设过程中要加强对多项技术（供配电技术、大屏显示技术等新技术）的有效应用，这样才能实现现场数据的有效采集，在此基础上将各类数据进行科学合理地整理，以虚拟动态图等多种方式直观清晰展现出来。与此同时，也要结合企业能源的环保信息，达到数据统一监管的目的。

4、安科瑞企业能源管控系统概述

      安科瑞企业能源管控系统采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、工艺、车间、产线、班组、重大能耗设备等的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、碳排分析，为企业加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

5、应用场所

      钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、造纸、化工、物流、食品、水厂、电厂、供热站、轨道交通、航空工业、木材、工业园区、医院、学校、酒店、写字楼以及汽车制造、机电设备、电器产品、工器具制造等离散制造业。

6、系统结构

      现场通过厂区局域网和平台通讯，平台搭建在客户自己配置的服务器上。搭建完成之后，客户可以在任意能与局域网联通的地方，通过有权限的账号登陆网页以及手机APP查看各处的运行情况。

      系统可分为三层：即现场设备层、网络通讯层和平台管理层。

      现场设备层：主要是连接于网络中用于水、电、气等参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电、耗水、耗气系统必要的基本组成元素。肩负着采集数据的重任，这些设备可为本公司各系列带通讯网络电力仪表、温湿度控制器、开关量监测模块以及合格供应商的水表、气表、冷热量表等。

      网络通讯层：包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器，智能网关可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

      平台管理层：包含应用服务器、WEB服务器和数据服务器，一般应用服务器和WEB服务器可以合一配置。

      平台采用分层分布式结构进行设计，详细拓扑结构如下：

7、系统功能

      平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理。实时监测企业各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业加强能源管理，提高能源利用效率和节能潜力，为节能改造提供数据依据。

7.1平台登陆

      在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

7.2大屏展示

      用户登录成功之后进入大屏展示页面，展示企业及各区域的能耗折标、产值、异常、排名、占比、通讯情况，点击区域展示该区域的分类能耗、产值等相关信息。

7.3首页

     首页展示峰谷平用电、变压器情况、年能耗趋势、单耗趋势、分类能耗等企业级统计数据。

7.4数据监控

      对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况，同时能更快的掌握点位的报警，并为企业削峰填谷、调整负载等技改措施提供数据支撑。

• 能源实时监控：对于水、电、气等能源消耗进行实时监测，确保用能环节的持续稳定运行，显示配电图、能流图、能源平衡网络图、能源计量网络图等功能。

• 能流图：需要在能流图上对水、电、气的消耗情况进行实时展示；当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，同时支持APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗报警提示等；

• 配电图：将配电房真实情况画入配电图，实时展示接入的门禁、水浸、电水气等仪表的实时参数、门禁水浸状态及能耗数据。

• 实时统计：实时统计工厂、车间、工序、设备的当年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

• 数据展示：通过实时曲线和历史曲线展示不同区域、不同设备的不同的能耗参数；

• 检测：对能源报警信息进行集中显示，可以对报警阈值信息进行相关处理操作，可以对报警参数进行在线设置，当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，具备APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗等报警提示；

7.5视频监控

      接入摄像头，实时掌控企业内实际情况。

7.6变压器监控

      展示各电压器的负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析，找出更好的运行模式。根据运行模式调整负载，从而降低用电单耗，使电能损失降低。

7.7仪表实时监控

      展示各个水电气仪表的实时参数变化，以曲线图的方式展示。

7.8能源中控

      将所有有关能源的能源参数集中在一个看板中，能从多个维度对比分析，实现各个产业线的对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

7.9用能统计

     从能源使用种类、监测区域、车间、生产工艺、工序、工段时间、设备、班组、分项等维度，采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析，折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。

7.1成本分析

     统计各个监测节点（工厂、车间）的当年、季度、月、周、日各类能源消耗费用，其中电包括峰电量、峰电费、谷电量、谷电费以及平均电量和平均电费。

7.11产品单耗统计

      与企业MES系统对接，通过产品产量以及系统采集的能耗数据，在产品单耗中生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。同时将产品单耗与行业/国家/国际指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

7.12绩效分析

      对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、车间，产线、工段、设备等进行日、周、月、年、相应时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助企业了解内部能效水平和节能潜力，评定能源消耗是否合理。

7.13运行监测

      系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集，监测设备及工艺运行状态，如温度、湿度、流量、压力、速度等，并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据，支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。

7.14自定义能耗报表

      用户可通过自定义报表头与列，灵活生产各种报表，查看企业各个节点的能耗，单耗，成本，综合能耗等信息，并同比、环比报表，支持导出报表。

7.15同比、环比

      提供能耗成本的图形对比分析，包括分时段（日、月、年）的同比、环比分析，分类、分时段、分项（地点、机构、设备）统计图形对比分析（柱状图、饼图、堆积图等）。

7.16分析报告

      以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行仔细的统计分析，让用户更加了解系统的运行情况，并为用户提供数据基础，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。

7.17能耗设备用能

     监控耗能设备运行、停机及异常状态，及时解决设备故障停运导致无法正常生产。

7.18线损分析

      根据节点、能源分类，查询各个节点线路上的能源损耗数据，及时发现能量在使用过程中的跑冒滴漏和异常用能等浪费的问题，提醒用户及时进行干预。7.19碳排放管理

      按照区域对碳排放总量的变化趋势进行统计，并进行同环比分析。对单位产值碳排放量进行计算，并结合减排指标实现超标预警，提升区域减排水平，促进碳达峰目标实现。

7.20电能质量检测

      实时监测谐波含量、三相不平衡度、功率因数等，确保功率因数不低于供电局考核指标，避免被罚款和设备出现故障。

7.21运维管理

      系统支持设备日常巡检计划、派工、消缺、报修、派工等设备运维管理，方便运行管理人员的制定巡检计划、派工，巡检人员执行巡检、完成工单、巡检发现问题消缺，进行故障报修、跟进维修进度，满足日常巡检、设备维修保养需要。

7.22报警管理

      针对于电气正常开展、限电和能耗双控，实现电参量异常报警、电气火灾隐患报警、能耗超标报警、限电报警等，帮助企业提前预警，避免发生火灾事故和被罚款导致用能成本过高。支持分级分类报警，可对报警进行派发与闭环处理。

7.23能耗抄表

      可自定义时间段抄仪表的抄表值以及差值，可自定义抄表的分类分项。

7.24能耗分析自定义时间抄表

      可自定义时间段内各个拓扑节点的能耗值，可自定义抄表能耗值的的分类分项。

7.25容需量报表

     提供容需量报表，实时展示容量需量价格的变化情况，帮助企业实现容改需，降低基本电费。

7.26复费率报表

     对尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析，为企业分时用电，优化成本效益提供数据支持。

7.27文档管理

      对国标、能源管理制度、能源指标体系等文件进行归档，可快速查询相关文档。对仪表台账进行系统管理，支持文件的上传和下载。

7.283D可视化大屏

     对场景进行虚拟仿真，展示各区域运行及能源消耗情况，可实现分层预览、转场展示、风格切换、智能巡检等效果，支持模型与监测点位的自定义绑定。

7.293D子系统

      对各动力子系统进行虚拟仿真，展示子系统的动力管线、设备的实时状态及能源消耗情况，可实现动态的能源流向效果。

7.30工业组态

      可通过图形化的编辑方式自定义组态图，展示设备运行状态及能源消耗情况，可上传自定义素材及绑定监测数据。

7.31自定义驾驶舱

      可通过图形化的操作方式自定义驾驶舱，以折线图、饼图、表格等图形展示采集数据及各类统计数据，数据源包括API、数据库查询、MQTT、Excel等方式。

7.32基础数据管理

      对系统的项目、探测器、设备型号、电参量、节点、能源、公示、及相关参数进行配置、修改、删除等管理、进行用户添加和授权管理、合同管理。

7.33手机APP

      APP支持Android、iOS操作系统，方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、产线比对、效率分析、同环比分析、能耗折标、事件记录、运行监视、异常报警、配电图、工艺流程图、能流图。

8、硬件配置

9、结语

      总而言之，目前钢铁企业的能源管理系统在建设过程中仍存在较多不足之处，阻碍了钢铁能源利用率的提升，而且对企业的节能减排工作也产生了不利影响。因此，在今后的工作中，各企业要对能源管理系统网络的构建和完善引起足够的重视，与此同时，强化企业的能源管理体系建设，建立能源中心，健全能源查询分析统计表，不断提升能源调度管理工作的质量与水平，推动整个钢铁能源管理工作朝智能化、自动化的方向发展。希望论文上述有关钢铁企业的能源管理系统建设与应用工作的论述分析，能够为日后钢铁企业在此方面工作的改革有所参考帮助。

参考文献

[1]耿佳节.浅谈钢铁企业能源管理系统建设应用[J].现代信息科技,2018,2(5):133-135.

[2]刘晓东.浅谈钢铁企业能源管理系统的建设与应用[J].

[3]安科瑞企业微电网设计与选型手册.2022.05版.

[4]安科瑞企业能源管控平台.2020.08版.