鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)的研究

張加云

摘 要：鋼鐵企業(yè)能耗居高不下是長期困擾企業(yè)的難題，本文從能源管理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、能源信息管理軟件功能實現(xiàn)方案分析和研究了吉林鐵合金股份有限公司能源信息管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，能為吉林鐵合金股份有限公司能源管理信息化提供重要的理論依據(jù)。

關鍵詞：能耗預測；智能優(yōu)化；能源管理系統(tǒng)

1 引言

鋼鐵企業(yè)能源消耗系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，它具有很強的非線性。目前，不論是機理分析模型，還是統(tǒng)計模型，在模型建立的過程中受許多建模假設的限制。這些模型很大程度上只是對實際能源消耗規(guī)律的一種近似模擬，難以用于處理冶金企業(yè)能源消耗系統(tǒng)內(nèi)在的、復雜的非線性關系。

2能源管理系統(tǒng)系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)通過對廠內(nèi)的高壓室、電磁站以及高低壓用電設備等大中容量負載為主要監(jiān)控對象，基于相同通訊協(xié)議分組的原則，由現(xiàn)場采集器實時獲取電量數(shù)據(jù)，之后經(jīng)過分控工作站，以以太網(wǎng)加模塊的方式，借助光纖和廠內(nèi)管理網(wǎng)絡，把信息集中到控制中心站，之后通過上層的管理、分析、優(yōu)化軟件進行處理，實現(xiàn)對設備的用電情況監(jiān)控、統(tǒng)計、輸出以及耗能分析、過程優(yōu)化。

2.1能源管理系統(tǒng)的監(jiān)控對象

能源管理系統(tǒng)是該廠全廠管理系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，它以全廠公用能源管理網(wǎng)為對象，直接調(diào)度和監(jiān)控全廠各種能源介質(zhì)的供應和分配；監(jiān)控各種水、電、煤氣、氧、氮、氬、氫、蒸汽、壓縮空氣以及環(huán)境等約40種參數(shù)；并對現(xiàn)場允許無人值守的能源站點進行三遙（直接為車間生產(chǎn)工藝過程服務的能源系統(tǒng)，由車間生產(chǎn)調(diào)度自行調(diào)配，能源管理系統(tǒng)不介入管理）。

2.2能源管理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

能源管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

EMS是一個分布式中間數(shù)據(jù)庫的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件分成3級，由19個信息采集站分別組成7個子網(wǎng)絡，各個網(wǎng)絡通過服務工作站與主網(wǎng)絡通信。主網(wǎng)上設9個過程工作站來實現(xiàn)各種功能。

（1）信息采集站

（2）服務工作站（SWS）

（3）用于控制站的過程工作站（PWS）

（4）用于歷史數(shù)據(jù)庫的工作站（DB）

（5）用于系統(tǒng)開發(fā)的工作站（DEV）

（6）用于大屏幕的工作站（LSMS）

（7）網(wǎng)絡系統(tǒng)

EMS的管理對象覆蓋整個廠區(qū)，地域很廣，信號采集站設在能源站點內(nèi)，采集的信號包括其周邊零散的信號。每個服務工作站下的采集站組合按地域、建設進度、站點性質(zhì)以及通信負載率等因素決定。

各子網(wǎng)絡采用ISO/OSI開放系統(tǒng)協(xié)議。局域網(wǎng)開放系統(tǒng)參考模型1～4層符合國際標準：CSMA/CD、IEEE802.3、IEEE802.2、ISO8473網(wǎng)絡層協(xié)議和ISO8073傳輸層。主干網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議。網(wǎng)絡在邏輯上是總線式，在物理上是星形的。為了保證傳送信息時間的正確性，設一套標準時鐘系統(tǒng)以統(tǒng)一各個子網(wǎng)絡的時間。

2.3能源管理系統(tǒng)的軟件功能實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用當今比較流行的適用于WEB系統(tǒng)開發(fā)的編程語言JAVA開發(fā)，并采用jsp、javabean和servlet技術結(jié)合功能強大的oracle數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)實際問題的網(wǎng)絡化。由于JAVA的面向?qū)ο?、跨平臺和高安全性，oracle數(shù)據(jù)庫強大的功能和優(yōu)勢，使得軟件的功能和實用性得到了很好的保證。我們在進行能源信息管理系統(tǒng)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計時，采用由頂向底逐步求精的設計方法。系統(tǒng)軟件包括能源計量、能源管理、系統(tǒng)管理、預測分析等四大模塊，具體包括電能查詢、能源管理、能耗查詢、能耗統(tǒng)計、能耗報表、預測分析、設備管理、系統(tǒng)維護和幫助等功能。各模塊間既可單獨使用，數(shù)據(jù)庫又可互相調(diào)用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

（1）計量管理功能實現(xiàn)方案

實現(xiàn)多種時段、不同費率電能量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析及自動結(jié)算。具有按用戶規(guī)定的不同時段、不同區(qū)域、不同類別分別統(tǒng)計各種計算方式的電量的功能。所有的統(tǒng)計、計算分析可在后臺自動完成，也可人工操作完成。可手動或自動統(tǒng)計某條線路在某一時間范圍的正反向、有無功的總電量、和各費率時段的電量。

（2）系統(tǒng)維護功能實現(xiàn)方案

系統(tǒng)維護部分的功能主要包括用戶管理、峰谷平設定、電價設定、班組編排、數(shù)據(jù)備份和幫助六個功能模塊，用戶管理界面使編制人員自由添加、刪除、修改數(shù)據(jù)成為可能，并最大程度保證了數(shù)據(jù)的嚴密性，能夠滿足各種復雜的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)關系；分時電價是目前需求側(cè)管理的一種有效的手段，其通過發(fā)揮價格杠桿作用，促使用戶自覺改變用電方式，從而有效緩解峰期用電緊張的局面，實現(xiàn)移峰填谷的目的。本項目研究的峰谷平設定、電價設定功能可根據(jù)時段電價，將銷售側(cè)電價與上網(wǎng)側(cè)電價聯(lián)系起來，可使用戶根據(jù)市場實時電價參數(shù)對能耗或成本目標函數(shù)進行優(yōu)化，得到最佳的生產(chǎn)任務排產(chǎn)和班組編排等，達到降低能耗的目的。幫助功能模塊可方便用戶快速了解該軟件平臺的使用。

（3）預測分析、優(yōu)化方法實現(xiàn)方案

預測分析系統(tǒng)是基于所有的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息所產(chǎn)生的預測分析。通過遺傳算法、最優(yōu)控制等智能控制策略實現(xiàn)自動排產(chǎn)、能量平衡等功能，實現(xiàn)能源管理智能化。

3結(jié)語

能源信息管理系統(tǒng)的研究能對吉林鐵合金股份有限公司能源管理信息化提供重要的理論依據(jù)，為后續(xù)開發(fā)吉林鐵合金股份有限公司的能源計量管理信息系統(tǒng)軟硬件平臺以及系統(tǒng)的最終實現(xiàn)奠定了良好的基礎。我們將在現(xiàn)有工作的基礎上，進一步完善軟件設計，使吉林鐵合金股份有限公司能源計量管理真正實現(xiàn)提高企業(yè)管理水平和降耗增效的目標。

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