中天鋼鐵集團(tuán)有限公司能源管控中心項(xiàng)目的建設(shè)

施處良

（中天鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 常州 213011）

中天鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)集團(tuán)）是一家涵蓋鋼鐵、物流、酒店、地產(chǎn)、教育、投資、外貿(mào)、港口等多元產(chǎn)業(yè)的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。2011年，鋼產(chǎn)量突破700萬(wàn)t?！笆晃濉逼陂g集團(tuán)通過(guò)技術(shù)節(jié)能、管理節(jié)能、結(jié)構(gòu)節(jié)能，引進(jìn)先進(jìn)節(jié)能技術(shù)與節(jié)能設(shè)備，積極實(shí)施節(jié)能技改項(xiàng)目。為確保集團(tuán)到“十二五”期末單位GDP能耗下降20%，集團(tuán)依托信息化與工業(yè)化的融合，建設(shè)能源管控中心，借助數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)管控能源流，提高能源利用效率。

1 建設(shè)背景

鋼鐵工業(yè)是國(guó)家基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)之一，能源消耗種類(lèi)繁多，能源消費(fèi)總量大，約占全國(guó)工業(yè)總能耗的15%，廢水、固體廢棄物排放量分別占整個(gè)工業(yè)排放量的14%和17%，是國(guó)家“十二五”期間節(jié)能減排的重點(diǎn)行業(yè)之一。傳統(tǒng)的粗放型鋼鐵發(fā)展模式已難以為繼，集團(tuán)積極轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，以節(jié)能減排為重要抓手，采用工業(yè)化、信息化技術(shù)，全面提升集團(tuán)能源管理水平，按照可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，提高環(huán)境保護(hù)和資源綜合利用水平，節(jié)能降耗，最大限度地提高廢水、廢氣與廢棄物的綜合回用率，實(shí)施余熱余壓回收發(fā)電，提高能源利用效率和資源回收率，建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型綠色鋼城。按照《鋼鐵企業(yè)能源管理中心建設(shè)實(shí)施方案》文件指示，年生產(chǎn)能力300萬(wàn)t鋼以上的鋼鐵企業(yè)要求推廣建設(shè)能源管理中心。

鋼鐵企業(yè)能源消費(fèi)種類(lèi)繁多，能源管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，且能源成本所占比重日益凸顯。目前集團(tuán)的能源調(diào)度、管理、計(jì)量、平衡及系統(tǒng)故障報(bào)警處理等基本上還是按照不同的能源介質(zhì)分區(qū)域、分部門(mén)進(jìn)行管理，采用分散管理模式難以實(shí)現(xiàn)不同能源介質(zhì)之間按總體動(dòng)態(tài)平衡需求進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，造成能源綜合利用效率不高。經(jīng)反復(fù)論證后從2010年10月開(kāi)始建設(shè)能源管控中心。

2 組織結(jié)構(gòu)

集團(tuán)投資近億元承建能源管控中心，該項(xiàng)目也是“兩化融合”重點(diǎn)示范項(xiàng)目。按職員分工開(kāi)展能源管控中心的建設(shè)協(xié)調(diào)工作，并且成立能源管控中心管理部門(mén)，對(duì)集團(tuán)各種能源介質(zhì)進(jìn)行集中管理，下設(shè)各專(zhuān)業(yè)管理人員對(duì)水、氣（汽）、電等耗能介質(zhì)進(jìn)行有效管控，及時(shí)完善能源管理制度，使能源管控中心按修訂完善的能源管理制度進(jìn)行考核管理。

3 架構(gòu)及功能

集團(tuán)能源管控中心系統(tǒng)架構(gòu)采用高速工業(yè)以太網(wǎng)為節(jié)點(diǎn)的3層主網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分別為通信主干環(huán)網(wǎng)、過(guò)程控制網(wǎng)、系統(tǒng)運(yùn)行主網(wǎng)。通信主干環(huán)網(wǎng)為集團(tuán)通信主干網(wǎng)，擔(dān)負(fù)著各子站系統(tǒng)到能源管控中心的通信工作。過(guò)程控制網(wǎng)是將地理位置較近的控制系統(tǒng)連接到通信管理機(jī)上形成局部網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)運(yùn)行主網(wǎng)采用雙網(wǎng)架構(gòu)，能源管控中心系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)雙網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交互。主網(wǎng)與主干網(wǎng)之間的通信通過(guò)前置集群系統(tǒng)來(lái)完成，同時(shí)主干網(wǎng)上還通過(guò)防火墻實(shí)現(xiàn)WEB發(fā)布和培訓(xùn)仿真功能等。

能源管控中心系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 能源管控中心系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

系統(tǒng)功能主要包括：能源綜合監(jiān)控、能源優(yōu)化調(diào)度和基礎(chǔ)能源管理3個(gè)主要部分，另外系統(tǒng)還包含培訓(xùn)仿真系統(tǒng)、與ERP/MES/OA系統(tǒng)接口等功能。

3.1 能源綜合監(jiān)控

集團(tuán)能源管控中心系統(tǒng)采集的I/O信號(hào)點(diǎn)超過(guò)10萬(wàn)點(diǎn)，采集的數(shù)據(jù)包括：水、電、氣（汽）各種介質(zhì)的計(jì)量數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、動(dòng)力公輔系統(tǒng)狀態(tài)和故障信息、與能源調(diào)度相關(guān)的各生產(chǎn)廠主體生產(chǎn)單元信息等。

采集數(shù)據(jù)的管控能源介質(zhì)有：高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣、天然氣、壓縮空氣、蒸汽、生活水、工業(yè)凈環(huán)水、工業(yè)濁環(huán)水、軟化水、電力等動(dòng)力能源。采集介質(zhì)的物理信號(hào)有：壓力、流量、溫度、閥門(mén)的開(kāi)閉、調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度、開(kāi)關(guān)信號(hào)、動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、主生產(chǎn)線設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。供配電系統(tǒng)包括功率、電量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。

能源綜合監(jiān)控不僅實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)能源的一體化管控，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了煤氣站、凈水站、空壓站、變電所的遠(yuǎn)程控制與無(wú)人值守，改變了傳統(tǒng)分散的能源控制方式。

3.2 能源優(yōu)化調(diào)度

能源優(yōu)化調(diào)度是能源管控中心系統(tǒng)的高級(jí)應(yīng)用功能之一，分為動(dòng)力和電力2個(gè)方向。能源優(yōu)化調(diào)度是利用能源管控系統(tǒng)（EMS）采集的水、電、氣（汽）等能源介質(zhì)的實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，結(jié)合集團(tuán)綜合能耗和工序能耗模型，綜合分析生產(chǎn)系統(tǒng)和能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)水、電、氣能源介質(zhì)的產(chǎn)生、傳輸、轉(zhuǎn)化和消耗，優(yōu)化調(diào)度能源介質(zhì)使用策略，包括煤氣的優(yōu)化、水的優(yōu)化、氧氬氮的優(yōu)化、電壓無(wú)功自動(dòng)控制系統(tǒng)（AVC）優(yōu)化、自動(dòng)發(fā)電優(yōu)化等，保證各種能源介質(zhì)的供給和平衡，提高能源利用效率。

3.3 基礎(chǔ)能源管理

基礎(chǔ)能源管理系統(tǒng)在集團(tuán)能源管控中心系統(tǒng)中處于中間的環(huán)節(jié)，既要與能源管控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，又要從ERP系統(tǒng)中采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用用能設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)置、分析預(yù)測(cè)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、能源質(zhì)量、調(diào)度運(yùn)行、計(jì)劃實(shí)績(jī)、平衡計(jì)算、接口管理等模塊功能及時(shí)了解能源介質(zhì)的運(yùn)行情況，同時(shí)將自動(dòng)生成各類(lèi)統(tǒng)計(jì)報(bào)表上傳至ERP/OA系統(tǒng)，生成查詢(xún)報(bào)表，從全局角度分析能源使用效率，達(dá)到能源的動(dòng)態(tài)平衡。

3.4 培訓(xùn)仿真系統(tǒng)

培訓(xùn)仿真系統(tǒng)用于調(diào)度員培訓(xùn)考核、反事故演習(xí)以及運(yùn)行方式分析，能夠模擬水、電、氣（汽）的正常狀態(tài)、緊急狀態(tài)、事故狀態(tài)和系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程，使調(diào)度員能在與實(shí)際能源管控中心完全相同的調(diào)度環(huán)境中進(jìn)行正常操作、事故處理及系統(tǒng)恢復(fù)的訓(xùn)練。培訓(xùn)仿真系統(tǒng)各模塊之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 培訓(xùn)仿真系統(tǒng)各模塊之間的關(guān)系

3.5 與MES/ERP/OA系統(tǒng)接口

通過(guò)與集團(tuán)信息化系統(tǒng)（MES/ERP/OA）進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)能源分析信息的上傳和生產(chǎn)系統(tǒng)管理信息的下達(dá)，確保完整的能源管控中心系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)化分析功能和信息化的財(cái)務(wù)和能源指標(biāo)管理功能。

4 建設(shè)過(guò)程

項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容主要包括集團(tuán)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表升級(jí)與基礎(chǔ)自動(dòng)化改造，建設(shè)能源管控大廳、控制系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)采集門(mén)站，配置計(jì)算機(jī)及應(yīng)用軟硬件等。設(shè)備主要包括主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1套，主站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1套，中央控制室設(shè)備1套，系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件平臺(tái)1套，工業(yè)千兆環(huán)網(wǎng)1套、現(xiàn)場(chǎng)PLC控制系統(tǒng)8套，現(xiàn)場(chǎng)PLC采集子站39套，第三方系統(tǒng)接口和現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)自動(dòng)化儀表。

項(xiàng)目按照時(shí)間計(jì)劃，從2010年10月開(kāi)工建設(shè)，經(jīng)過(guò)前期近10個(gè)月的儀表改造、軟件研發(fā)、模塊設(shè)計(jì)等工作，至2011年9月完成能源數(shù)據(jù)從子站對(duì)接導(dǎo)入主站。從2011年10月起到11月底，對(duì)能源管控系統(tǒng)軟件平臺(tái)各項(xiàng)功能進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，對(duì)各種能源數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理及配置調(diào)整，同時(shí)對(duì)各種介質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和高級(jí)應(yīng)用試驗(yàn)，在集團(tuán)內(nèi)部通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽整個(gè)能源系統(tǒng)運(yùn)作狀況。2011年12月項(xiàng)目聯(lián)動(dòng)調(diào)試完成，按照集團(tuán)現(xiàn)場(chǎng)工藝及設(shè)備的實(shí)際情況，將重要的場(chǎng)所（煤氣站、供水泵房、變電所、空壓站）設(shè)置為無(wú)人值班，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，配置現(xiàn)場(chǎng)巡邏人員。項(xiàng)目于2011年12月底建成投運(yùn)并通過(guò)了江蘇省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)的驗(yàn)收。

5 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益

該系統(tǒng)成為全國(guó)首套從軟件平臺(tái)到高級(jí)應(yīng)用擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的能源管控體系。通過(guò)集團(tuán)能源管控中心的投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化與信息化的有效融合，每年可節(jié)約能源5.82萬(wàn)tce，年產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益3 000萬(wàn)元左右，同時(shí)減少SO2排放1 035.33 t、CO2排放15.21萬(wàn)t、NOx排放832.01 t。

6 結(jié)束語(yǔ)

中天鋼鐵集團(tuán)有限公司利用能源管控中心系統(tǒng)實(shí)施集團(tuán)能源集中管理與控制，提高設(shè)備基礎(chǔ)自動(dòng)化水平，優(yōu)化能源管理，降低生產(chǎn)工序能耗，實(shí)現(xiàn)了能源由粗放管理向精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變，能源由事后管理向事前管理轉(zhuǎn)變，由單體節(jié)能管理向系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)管理轉(zhuǎn)變，由經(jīng)驗(yàn)化管理向工業(yè)化和信息化管理轉(zhuǎn)變，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。