自動化設(shè)備在鋼鐵企業(yè)能源管理方面的應(yīng)用

馬廣宇

（秦皇島首秦金屬材料有限公司，秦皇島066000）

0 引言

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)在近10年的時間取得了非常突出的成就。首先，良好的市場環(huán)境為鋼鐵企業(yè)的發(fā)展提供了一個非常好的平臺，所以自2006年以來我國鋼產(chǎn)量以每年25個百分點的速度持續(xù)增長。我國在冶金方面的能源消耗量占世界總耗能的百分之十五左右，鋼鐵企業(yè)在享受成功的同時也必須考慮到其對生態(tài)環(huán)境的影響，可以說在冶金過程中會有大量有害氣體被排放出來，這些氣體對自然環(huán)境的的危害是非常巨大的，而且從可持續(xù)發(fā)展的角度而言，不利于后代子孫的繁衍生息。與之相比，一些發(fā)達國家的鋼鐵企業(yè)在節(jié)能減排方面就做得非常好，不但提高了能源的利用率，而且減少了對自然環(huán)境的破壞。隨著2008年爆發(fā)的全世界金融危機，中國鋼鐵企業(yè)一直處于相對低迷狀態(tài)，再加上冶金工業(yè)發(fā)展逐漸進入成熟期，鋼鐵行業(yè)競爭加劇、產(chǎn)能出現(xiàn)嚴重過?，F(xiàn)象，因而多元化的發(fā)展戰(zhàn)略越來越受到眾多鋼鐵企業(yè)的青睞。綜合以上情況，我國鋼鐵行業(yè)需要不斷借鑒國外先進理念，逐步開展能源管理優(yōu)化工作，將自動化設(shè)備的作用充分應(yīng)用到能源管控中。

1 能源管控的必要性

能源是支持大型鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的重要因素，能源管理的優(yōu)劣直接影響著企業(yè)的效益、生存與發(fā)展。設(shè)立能源管控中心是企業(yè)加強能源管理的重要手段，搭建一套先進的、安全的、可靠的能源系統(tǒng)運行、操作和管理平臺，不僅能提高鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)的運行、管理效率，還能給企業(yè)帶來節(jié)能、降本、改善環(huán)境等影響。能源智能管理系統(tǒng)是能源管控中心的核心，整套系統(tǒng)是以自動化、信息化技術(shù)為基礎(chǔ)，將能源調(diào)度技術(shù)和能源管理技術(shù)更好地應(yīng)用在日常能源管控中。

2 自動化設(shè)備在能源智能管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

能源智能管理系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)包括：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、大屏幕顯示系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、中央服務(wù)器、采集子站所組成。系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)和中央標準以太網(wǎng)的兩層結(jié)構(gòu)，主干網(wǎng)絡(luò)速度要達到100M以上。

中央以太網(wǎng)用于連接數(shù)據(jù)采集（I/O）服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、報警趨勢服務(wù)器、GPS服務(wù)器、數(shù)據(jù)備份服務(wù)器及磁盤陣列、工程師站（現(xiàn)場也可配備移動工程師站）及系統(tǒng)操作站。以上設(shè)備都通過UTP電纜直接掛在中央以太網(wǎng)上。中央網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1

以下為主要設(shè)備的功能描述：

①數(shù)據(jù)采集子站。根據(jù)現(xiàn)場情況，搭建現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集子站和遠程I/O站。數(shù)據(jù)采集子站分別連接在不同的交換機上，交換機通過與現(xiàn)場PLC設(shè)備接口通訊，進行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集子站主要用于數(shù)據(jù)采集、基本計算、邏輯連鎖、控制等功能。此站選用工業(yè)交換機，系統(tǒng)配置應(yīng)保證到各個端口具有不小于100Mbps的線速。

②數(shù)據(jù)采集（I/O）服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器與現(xiàn)場以太網(wǎng)連接，采集數(shù)據(jù)后與其他單元進行通訊，完成趨勢、報警、數(shù)據(jù)短時歸檔和向數(shù)據(jù)庫站傳送數(shù)據(jù)等功能，并保存有操作記錄和信息記錄。服務(wù)器一備一用，建議配置為4核CPU，4G內(nèi)存，250G硬盤，雙電源，支持熱插拔，帶有PCI和PCI-X擴展槽。

③應(yīng)用服務(wù)器。在應(yīng)用服務(wù)器上安裝運行管理類的應(yīng)用軟件，軟件要具備能源管理、數(shù)據(jù)查詢、能源預(yù)測、報表查詢和打印等功能，以及與ERP的數(shù)據(jù)交換。可以設(shè)置一臺服務(wù)器作為網(wǎng)頁服務(wù)器（Web Server）用，在相關(guān)崗位的終端上可以很方便地通過網(wǎng)頁方式瀏覽過程畫面和過程曲線，并可進行數(shù)據(jù)查詢、報表查詢、報表打印。服務(wù)器的硬盤、電源要有熱插拔功能，建議選擇四串口卡（RS422/RS485,RJ45式連接口）。

④實時歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上安裝有Windows操作系統(tǒng)、IH或者EDNA實時歷史數(shù)據(jù)庫，采用實時歷史數(shù)據(jù)庫用以存儲長時歸檔數(shù)據(jù)。該服務(wù)器具有數(shù)據(jù)的長時歸檔、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)備份、冗余功能等。歸檔數(shù)據(jù)是先由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器內(nèi)部數(shù)據(jù)初步運算和整理后，再送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

⑤操作站（HMI）。操作站可以設(shè)置在能源管控中心的調(diào)度室，通過操作界面，對有關(guān)的能源數(shù)據(jù)和設(shè)備進行監(jiān)控。這些操作站用于完成畫面監(jiān)視、設(shè)備狀態(tài)顯示、信息數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)設(shè)定、實時曲線、語音報警等功能，也可以在操作站上執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢、報表查詢、報表打印等工作。操作站可選用兼容性好的商用PC機。

⑥時間同步系統(tǒng)。為確保全系統(tǒng)的時間一致性并保持精度，在系統(tǒng)中設(shè)置GPS接收裝置。GPS服務(wù)器接收GPS時間同步信號，定時校正各計算機及PLC的時鐘，使系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的時鐘精度達到ms級分辨率，同時在供配電系統(tǒng)及自動化系統(tǒng)中設(shè)置獨立的GPS裝置，確保高壓系統(tǒng)事件的分辨率。

⑦WEB服務(wù)器及備份服務(wù)器系統(tǒng)。WEB服務(wù)器是用于B/S框架的服務(wù)器。備份服務(wù)器系統(tǒng)能確保能源中心EMS系統(tǒng)安全、可靠，實時完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護工作。

⑧遠程控制設(shè)備及能源量計量設(shè)備。遠程控制設(shè)備包括：電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥、監(jiān)控攝像儀、電氣綜合保護裝置。能源量計量設(shè)備包括：電磁流量計、超聲波流量計、巴類流量計、壓力變送器、差壓變送器、熱電阻、熱電偶、電能表、電壓互感器、電流互感器等。

上述設(shè)備組成能源管理系統(tǒng)的核心，由數(shù)據(jù)采集子站從現(xiàn)場控制系統(tǒng)中采集所使用的數(shù)據(jù)點（不同系統(tǒng)采用相匹配的接口方式），在數(shù)據(jù)采集子站內(nèi)形成數(shù)據(jù)庫類型，各個采集子站相互連接建立環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，使數(shù)據(jù)在環(huán)網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)共享數(shù)據(jù)，采集服務(wù)器再從環(huán)網(wǎng)內(nèi)采集數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行處理，并上傳到監(jiān)控管理電腦。通過應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等來實現(xiàn)操作電腦的各項功能，操作人員使用監(jiān)控管理電腦可以及時地掌握全廠能源量情況，通過提高能源管理效率來實現(xiàn)企業(yè)的能源管理。

3 結(jié)論

從整體上分析，我國鋼鐵冶金企業(yè)的發(fā)展十分迅猛，無論是在自動化設(shè)備的引進，還是先進工序的使用上面都不輸于其他國家。而立足于資源與自然環(huán)境的保護，國內(nèi)的冶金企業(yè)還遠遠達不到國際標準。經(jīng)濟的發(fā)展，必須以保護人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境為基礎(chǔ)，以造福于子孫后代為目的，做到能源的最大利用。這就要求冶金企業(yè)進行良好的節(jié)能減排管理，在引入先進的能源管理理念的同時，盡可能地完善自身工藝，做到廢物回收再利用，爭取形成一套“資源-產(chǎn)品-廢棄物-再生資源”的綠色生產(chǎn)鏈。并且在新型節(jié)能減排技術(shù)的研究上不斷努力，爭取構(gòu)建出一個健康、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的鋼鐵冶金行業(yè)。

[1]朱炳銓，任雁銘，姜健寧，王照，高峰，晉陽君，杜宇，葉艷軍，魏春峰，郁驚一.變電站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)IEC 61850的過渡期策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，23：54-57.

[2]彭傳圣.集裝箱碼頭的自動化運轉(zhuǎn)[J].港口裝卸,2003,02:1-6.

[3]唐濤.電力系統(tǒng)廠站自動化技術(shù)的發(fā)展與展望[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，04：92-97.