探讨钢铁企业的能源管理系统发展及功能应用
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摘要: EMS 系统通过对设备的运行监控、能源计划安排、平衡预测和能源调度管理, 能够保证连续稳定生产, 保证南钢联合的电力、煤气、水力、蒸汽、氧气、氮气和氩气等能源、介质供应; 利用 EMS 系统能耗对标分析系统, 可以促进节能降耗, 降低南钢能源系统成本。
关键词: EMS; 能源; 二次能源; 节能降耗
中图分类号：TE08文献标识码： A
1 EMS项目背景
我国钢铁工业的能耗水平与国际整体水平相比尚有一定差距, 有很大的节能潜力。90 年代初宝钢首先采用 EMS 系统, 取得了 3%的整体节能效果,2003 年南钢正式立项建设 EMS 系统, 是我国第二家采用 EMS 系统的钢铁企业。目前由于南钢的EMS系统从2003年建设开始启用到现在已经超过10年，老的EMS系统已经满足不了现在日清日结要求。而且由于老EMS系统建设较早，未提供源代码，对目前系统维护造成了很大麻烦。所以2014年南钢对EMS系统进行了一次改造升级。主要升级内容是监控画面开发、原有Scada系统改造、原有基础能源管理系统改造、能源高级分析功能实施、WEB功能实施及ERP、MES等系统接口开发。
2 EMS 项目实施
2004 年 4 月南钢启动建设能源管理系统, 2005年 8 月 18 日正式启用。
2014 年 4 月南钢启动能源管理系统平台升级改造, 2014年 11 月 30 日试运行使用。
3系统内容
此次EMS 系统改造有5个部分组成分别是EMS数据采集及相应监控画面、原有Scada系统改造、原有基础能源管理系统改造、能源高级分析、Web功能、系统接口开发。
系统的总体功能结构图如下：
3.1 EMS数据采集及相应监控画面
数据采集主体项目包括4米7、新中棒、新炼钢、新高炉、新烧结五部分。
公辅部分包括：新制氧、新原料、东区变、中心变、能中220KV扩容、12万转炉煤气柜、烧结余热发电、老区放散塔、生活水泵房、集中软水站、集中空压站、4米7配套2#空压站。项目涉及到电力新增画面有新建中心变、新建东区变、制氧变扩建改造、能源中心220kV系统扩建改造项目画面。
3.2 Scada系统
Scada系统内容包括数据采集、数据处理、告警处理、历史归档统计、人机界面功能、远程控制功能、集控站图形模型数据转换软件、系统网络交换监视。
其中人机界面工具实现全图形化、智能化、基于WEB的人机子系统。图形用户界面实时刷新画面，即便是在尖峰或突发事件发生的条件下。它允许你设置权限，控制用户访问系统画面，以得到更高的安全性。
图形编辑功能也是人机系统中重要组成部分是适用于工控企业自动化的图形软件。它用来生成各类监控图形，包括厂站图、系统图、工艺图、潮流图、地理图、配置工况图、目录画面、菜单画面、自动化系统中各种应用的控制画面、以及其他反映电力设备和计算机设备状态的画面等。图形系统具有画面漫游、缩放、动画和导航功能。放大和缩小有连续和不连续两种方式。元件的连接线具有水平竖直和任意方向两种线型，连接线随着元件的移动而延伸，连接线的弹保证元件的连接关系的正确性和图形操作的方便性。具有列表绘制功能，列表条件可自定义，支持纵排或横排，表头可固定。系统单线图具有橡皮筋功能，当厂站图元移动时，连接在本厂站的线路及对应量测跟踪移动，而对端保持不动。
3.3基础能源管理系统
基础能源管理系统内容包括基础信息管理、能源计划管理、能源实绩管理、能源质量管理、用能设备管理、调度值班日志、能源分析、能源考核。
3.3.1基础信息管理
按照基础能源管理的要求，结合企业自身的组织结构，在基础能源管理系统中对企业组织结构进行裁剪后存入基础能源管理系统，以支持企业组织结构级别上的基础能源管理功能。
3.3.2能源计划管理
能源计划管理的主要目的是通过编制能源供需计划，可以实现按计划组织能源的生产和使用，实现能源管理由事后管理向事前管理转变。可以利用编制的能源供需计划进行指标预测，以及进行计划实绩对比，提高编制计划的精度。
3.3.3能源实绩管理
对各能源介质实际发生量、使用量、放散量等数据进行抽取和整理，取得能源运行的实绩数据，用以反映各种能源介质生产、分配和使用情况， 从单元、介质、流等不同角度对数据进行汇总，以能流图、曲线图的形式实时展现各种能源介质的发生、消耗情况，并实时进行平衡分析。
3.3.4能源质量管理
通过与检化验系统接口以及环境管理系统获得相关煤气、燃料、氧氮氩、水质等能源介质的检验和监测数据，并结合手动质量数据的录入，以形成对相关介质质量指标进行检测管理，并编制各类能源质量报表，其中包括能源中心燃气分析报表、高炉煤气成分报表、焦炉煤气成分报表、转炉煤气成分报表、外购燃料成分表、入炉煤分析报告单、氧氮氩纯度检验结果表、废气检验结果表等，同时对各类指标进行跟踪监视，避免质量事故。
3.3.5用能设备管理
建立企业级的设备台帐，量化设备资产；建立企业统一的设备隐患、故障字典，进行有效的分析，预防和提前发现设备故障隐患，精细化的备品备件管理。
3.3.6调度值班日志
能源生产运行实行集中管制和调度制度，在生产管理中心及设备管理中心统一协调下，负责能源生产运行管理工作。本系统提供调度值班日志管理，实现无纸化管理。
值班日志管理包括的功能主要有：新建日志、交接班管理、查询日志、删除日志；在调度员的值班过程中，需要对本专业的报警事件进行处理，并记录处理过程；依据每一个专业的调度员值班期间的报警统计记录，进行月调度员绩效考核。
3.3.7能源分析
能源管理系统中，按照管理要求，能按用户要求的各种规定格式的报表，如各能源介质日报、月报，质量报表、生产管制报表等。
系统提供以上所提到的报表的产制以及打印功能。报表以WEB及EXCEL形式生成，并提供打印功能。
系统提供按不同能源介质数据分析趋势图。可按小时、天、周等不同时间维度抽取历时数据进行对比分析。
3.3.8能源考核
系统的能耗统计模型支持自定义的所有能源和综合能耗的逐级的能耗考核。可以实现能源实绩考核、能源质量考核、能源设备管理考核、工序能耗考核、各分厂内部考核，满足全厂对分厂、分厂对车间、车间对工段、工段对班组的考核要求。
建立在充分的能源使用模型和实时能源平衡模型基础上，可以对能源介质的调整进行推演和预测，计算对所有相关用能单位的用能影响，对用能缺口进行告警，对新增能源介质提出投入建议。
在计划实绩和平衡表的基础上，每个用能设备、生产线、车间、厂、部门都有自己的能源能耗值（标吨煤），能耗费用，其他成本信息。通过这些信息的比对，可以设立部门考核的依据。同时，通过历史趋势曲线，可以了解具体设备、生产线、车间、厂、部门的能耗走势和定额指标完成情况。
3.4能源高级分析
能源高级分析是EMS项目改造新增功能模块内容包括网络拓扑、状态估计、电力潮流计算、短路电流计算、静态安全分析、电力负荷预测、电力无功优化、电力需量控制、智能数据矫正、能源介质实时安全平衡分析等功能。在业务层面充分满足能源管理高级数据挖掘分析的需要。
3.5WEB功能
系统平台构建了功能强大的轻量级的WEB系统，能将调度员看到的各种画面、曲线、报表、告警等完全一样的显示在WEB上。
3.6系统接口
（1）集控站系统接口：实现与各电力集控站系统的接口。
（2）ERP、MES系统接口：EMS通过与ERP、MES系统接口接受生产计划、生产实绩、检修计划、固体燃料等信息，实时监控生产过程中的所有重要对象，及时调整能源计划和能源平衡调度，实现能源的合理配置。
（3）ERP、MES系统通过与EMS系统接口接受EMS提供的能源介质数据，完善能源的工序成本核算和消耗评价体系，实现能源消耗实时分析，生产成本日关帐，快速反应成本的变化。
（4）检化验系统接口：从检化验系统接收能源检验数据，为能源分析提供数据依据。
（5）环保系统接口：环保系统需要从EMS系统获取水质、煤气流量等数据。从环保系统取得EMS系统所需要的数据，如：COD、SO2等。
4 结语
新能源管理系统的建成, 完善能源的工序成本核算和消耗评价体系，实现能源消耗实时分析，生产成本日关帐，快速反应成本的变化。并改变了南钢能源系统的运行管理、设备管理、安全管理、用能节能管理的状况, 提高了南钢的总体能源管理水平、系统安全水平和劳动生产率, 优化了能源平衡,改善了环境, 降低了运行费用, 达到了降低吨钢能源成本的目的。