能源管理中心在天鐵集團的應用

（天津天鐵冶金集團，河北 涉縣 056404）

能源管理中心在天鐵集團的應用

劉樹青

（天津天鐵冶金集團，河北 涉縣 056404）

天鐵集團通過建設能源管理中心（簡稱EMS），實現(xiàn)系統(tǒng)性節(jié)能降耗，提高企業(yè)競爭力，對同類型企業(yè)有很好的借鑒作用。

能源管理中心；節(jié)能減排；降耗

鋼鐵工業(yè)是耗能大戶，其所耗能量占我國總能耗的11%左右。我國鋼鐵企業(yè)的噸鋼能耗遠高于世界先進水平，重點鋼鐵企業(yè)的噸鋼能耗比國外先進水平高出10%。數(shù)據(jù)顯示，目前在鋼鐵生產(chǎn)總成本中，能耗費用占總成本的20%～35%。

當前，鋼鐵行業(yè)經(jīng)營狀況嚴峻，傳統(tǒng)的粗放型發(fā)展模式已難以為繼，迫切要求企業(yè)以節(jié)能減排為抓手，積極轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，利用高新技術和信息化技術改造、提升行業(yè)技術管理水平，走科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的新型工業(yè)化道路。

企業(yè)能源管理中心（簡稱EMS）借助于完善的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡獲取生產(chǎn)過程的重要參數(shù)和相關能源數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理、分析并結(jié)合對生產(chǎn)工藝過程評估，實時提供在線能源系統(tǒng)平衡信息，確保能源系統(tǒng)平衡調(diào)整的科學性、及時性和合理性，從而提高能源利用水平，實現(xiàn)生產(chǎn)工序用能的優(yōu)化分配及供應，保證生產(chǎn)及動力工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，并最終實現(xiàn)提高整體能源利用效率的目的。

一、天鐵能源管理中心介紹

天鐵是鋼鐵行業(yè)耗能大戶，以EMS為支撐，建立現(xiàn)代化的能源管理體系（能源中心），做好節(jié)能、減排工作既是天鐵自身發(fā)展的需要和國家環(huán)保的要求，同時也是天鐵所肩負的社會責任。

天鐵集團作為大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其能源系統(tǒng)非常龐大。能源系統(tǒng)包括供配電站點、動力站點、燃氣站點、水站點，負責供應全廠風、水、電 、汽（氣）。EMS采用高速工業(yè)以太網(wǎng)和千兆中央以太網(wǎng)的兩層結(jié)構(gòu)、C/ S和B/S混合模式。

1．工業(yè)以太網(wǎng)

EMS工業(yè)網(wǎng)絡涉及全廠各個生產(chǎn)單元，點多面廣，實時監(jiān)控全廠能源設施、能源介質(zhì)的生產(chǎn)運行狀況，因此需遵循EMS環(huán)網(wǎng)單獨成網(wǎng)但可借主干路由的原則設計并新建EMS工業(yè)環(huán)網(wǎng)。其工業(yè)主環(huán)網(wǎng)按1 000M設計，分支網(wǎng)按100M設計。

EMS工業(yè)以太網(wǎng)采用工業(yè)級交換機，用于連接所有現(xiàn)場設備（PLC、通信管理機、RTU）及I/O服務器。

2．中央以太網(wǎng)

中央以太網(wǎng)用于連接I/O服務器、WEB服務器、實時數(shù)據(jù)庫服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器、備份服務器、操作站、工程師站、能源管理站、激光打印機、防火墻等。

3．EMS應用功能

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通過上述的兩級網(wǎng)絡，EMS能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，總體上分為能源綜合監(jiān)控系統(tǒng)（在線）和基礎能源管理系統(tǒng)（離線），如圖1所示。

圖1 能源管理系統(tǒng)應用功能

天鐵能源管理中心在建設的過程中，采用當今成熟并具有良好發(fā)展前景的新技術、新設備，使各子系統(tǒng)在較長的生命周期內(nèi)，保持技術先進和安全穩(wěn)定，既能滿足當前天鐵的需要，又能適應企業(yè)未來的發(fā)展需要。

二、通信網(wǎng)關在EMS中的應用

作為整個企業(yè)的能源管理系統(tǒng)，需要采集和能源相關的大量數(shù)據(jù)，包括各級能源計量數(shù)據(jù)、重要工序數(shù)據(jù)、環(huán)保信號等。這些信號通常分布在各個不同的控制系統(tǒng)中，EMS需要和它們分別通信。

以天鐵為例，按系統(tǒng)類型可分為PLC控制系統(tǒng)、DCS控制系統(tǒng)、傳統(tǒng)儀表盤控制系統(tǒng)及變電站綜保系統(tǒng)等。按數(shù)據(jù)傳輸類型可分為以太網(wǎng)、串口和各種總線。支持包括TCP/IP、OPC、Modbus、IEC104、DLT645等通用規(guī)約和大量廠家自有規(guī)約。在天鐵EMS項目實施的過程中，采用了一種新的通信方案：使用RTU網(wǎng)關采集各種控制系統(tǒng)的信號，再轉(zhuǎn)發(fā)給上位機。

1．RTU網(wǎng)關簡介

RTU網(wǎng)關的核心是一個脫離于具體硬件設備的接口通信服務平臺，依據(jù)其開放的實時數(shù)據(jù)庫，簡化系統(tǒng)中不同協(xié)議的轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)過程，不同協(xié)議可轉(zhuǎn)換為標準協(xié)議（如Modbus或OPC方式），并且轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡中。

2．RTU通信方案介紹

選用8網(wǎng)口8串口RTU網(wǎng)關，其中1個網(wǎng)口用來上聯(lián)，其他網(wǎng)口和串口都用來連接現(xiàn)場設備。該方案的架構(gòu)如圖2所示。

圖2 RTU采集現(xiàn)場設備方案

現(xiàn)場各種設備接入RTU的網(wǎng)口或者串口，然后轉(zhuǎn)發(fā)至工業(yè)環(huán)網(wǎng)。該方案在天鐵EMS建設中大規(guī)模使用，一共使用了20余個RTU網(wǎng)關，完成了全廠數(shù)十個崗位設備的接入，包括高爐、轉(zhuǎn)爐、焦爐、TRT、除塵、鍋爐、風機房、空壓站、汽輪機、水站、制氧站等。

3．方案優(yōu)點

(1)節(jié)約投資，最大限度地保留了現(xiàn)場原有控制系統(tǒng)架構(gòu)。

(2)降低現(xiàn)場施工改造的工作量，編程調(diào)試方便，縮短工期。

(3)系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，故障率低，擴展性好，后期維護方便。

三、EMS建設中的變電站改造

天鐵電系統(tǒng)包括69個變電站，電壓等級有110kV、35kV、10kV和6kV，負責向全廠提供電力。變電站綜保和后臺的廠家很多，包括南自、南瑞、紫光、四方、中德等十幾個廠家。除少量地理位置過于偏遠的站點以外，其余站點按照區(qū)域集中的原則，設立15個集控站，集控站對下屬子站進行全面監(jiān)控，集控站新增通信管理機，由國內(nèi)知名廠家負責建設，子站新增或者利用原有通信管理機，通過光纜（或RJ45網(wǎng)線）接入集控站內(nèi)后臺，集控站同時負責將需要的信號通過網(wǎng)絡傳輸至能源中心。集控站和子站的網(wǎng)絡連接如圖3、4所示。

圖3 電集控改造方案網(wǎng)絡連接圖

圖4 子站網(wǎng)絡連接圖

對每個站點進行改造：子站新增或升級通信管理機，計量回路新增或增加電度表，將四遙信號（遙測、遙信、遙控、遙脈）接入通信管理機；集控站新增后臺和客戶端；通信管理機和站內(nèi)后臺、通信管理機和能源管理中心服務器都通過網(wǎng)絡連接，通信規(guī)約為IEC60870-5-104規(guī)約，遵循國家標準。

通過改造，實現(xiàn)了對變電站的集中控制，并且同時將數(shù)據(jù)上傳至EMS，滿足了企業(yè)能源管理的需要。而且這一改造具有擴展性，為今后變電站進一步集中做了準備。

四、結(jié)語

能源管理中心的建設，提高了現(xiàn)場基礎自動化的水平，而且實現(xiàn)了集中管理，值班站點大幅減少。通過減少值班站點的數(shù)量，實現(xiàn)勞動生產(chǎn)率的提高，節(jié)約了人力成本，增強了企業(yè)的競爭力。

[1]魏海明．冶金能源管理系統(tǒng)的發(fā)展[J]．寶鋼技術，2007(5):28-34．

[2]田莉．EMS助力鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排[J]．辦公自動化，2012（14）:36-37．

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