鋼鐵企業(yè)建設智慧燃氣系統(tǒng)的構想

姚海峰，吳禮云，陳素君，陳德磊

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北唐山 063200）

引言

2015年5月國務院正式印發(fā)《中國制造2025》，部署加快推進實施“中國制造2025”，實現(xiàn)制造業(yè)升級。工業(yè)生產從工業(yè)4.0、工業(yè)信息化到智能制造、無人工廠。依托優(yōu)勢企業(yè)，緊扣關鍵工序智能化，在基礎條件好、有迫切需求的行業(yè)中，逐步實施關鍵崗位調整自動化，生產過程智能優(yōu)化控制等試點示范及應用推廣以提高企業(yè)其核心競爭力。

目前國內鋼鐵企業(yè)生產基本處于自動化和信息化階段，甚至很多企業(yè)還沒有走完自動化，近年來國內外鋼鐵企業(yè)為適應低碳經濟和節(jié)能減排的新形勢、新任務，逐步對能源管理工作、構建智慧能源體系開展了相關工作[1]。

1 構建目標

智慧燃氣系統(tǒng)是以燃氣運行安全為準則，緊密結合燃氣系統(tǒng)的產供用環(huán)節(jié)，以數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、計量分析系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)、成本分析結算系統(tǒng)等信息為數(shù)據(jù)源，利用大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術對燃氣系統(tǒng)生產調度、系統(tǒng)安全、設備維護、效益評價等業(yè)務實現(xiàn)綜合管理，解決鋼鐵企業(yè)燃氣系統(tǒng)中普遍存在的信息孤島、數(shù)據(jù)沉睡的問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、聯(lián)動控制、智慧調度，為燃氣系統(tǒng)的調配和設備維護提供科學的決策，最大限度地實現(xiàn)經濟效益。

2 智慧燃氣系統(tǒng)的構架設計

智慧燃氣系統(tǒng)的總體結構如圖1所示：包括了軟硬件設施、數(shù)據(jù)分析中心、智慧應用和管理訪問四個大的方面。

圖1 智慧燃氣系統(tǒng)的總體結構

（1）軟硬件設施：以智慧化需求為出發(fā)點，建立一個可擴充的體系結構，滿足信息化、智慧化的發(fā)展需求，包括服務器、操作系統(tǒng)、存儲設備、分析算法、數(shù)據(jù)管理以及各個分項功能應用的子系統(tǒng)，并對系統(tǒng)的運行實時監(jiān)測，確保基礎設施的安全可靠、擴充需求即安全穩(wěn)定。

（2）數(shù)據(jù)分析中心：是實現(xiàn)所有采集數(shù)據(jù)儲存、分析的數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)，通過對產供用各個階段的生產數(shù)據(jù)、設備運行數(shù)據(jù)進行存儲、分析，利用數(shù)學算法將數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)性以及未來發(fā)展趨勢進行分析計算。

（3）智慧應用：通過數(shù)據(jù)中心完成對相關數(shù)據(jù)的分析計算、趨勢預測，能夠動態(tài)的平衡燃氣系統(tǒng)的產供用平衡，能夠有效的分析設備所處的狀態(tài)，實現(xiàn)聯(lián)動控制、優(yōu)化調度、智能調配。

（4）管理分級訪問：向不同級別、不同分工的管理、操作人員提供燃氣系統(tǒng)的基本狀況，包括操作的最優(yōu)化控制、設備控制的管理建議、限制調配的問題點以及流程管理等方面的建議，增強不同管理人員和系統(tǒng)之間的互動和思考。

3 主要功能設計

通過數(shù)據(jù)采集、管壓、管網(wǎng)調度等在線監(jiān)測設備、網(wǎng)絡，實時燃氣系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并采用可視化的方式有機整合燃氣管理部門與燃氣設施，將海量信息進行及時分析與處理，并做出相應的處理結果與輔助決策建議，以更加精細和動態(tài)的方式管理燃氣系統(tǒng)的整個生產、輸配等流程，從而達到“智慧”狀態(tài)。

（1）集中監(jiān)控系統(tǒng)

整合單套設備及設施的監(jiān)控設施，單套設施及系統(tǒng)畫面分散，不利于集中監(jiān)控和操作，根據(jù)現(xiàn)場需求監(jiān)控系統(tǒng)集中控制，結合介質相關性和系統(tǒng)關聯(lián)控制方面，整合控制畫面，要求畫面內容簡潔，同時能夠表述出介質之間的關聯(lián)性，監(jiān)控設施之間具有互換性和替代性，其目的是減少監(jiān)機監(jiān)盤人員的操作量，減員增效，提高勞動效率。

（2）燃氣管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)

燃氣管網(wǎng)及設備設施的地理信息系統(tǒng)作為燃氣管網(wǎng)的直觀展示與查詢統(tǒng)計的工具，為燃氣管網(wǎng)從煤氣發(fā)生、煤氣輸配到用戶使用上全流程掌握燃氣管網(wǎng)的分布、使用、安全等情況，為燃氣管網(wǎng)的設計規(guī)劃、使用維護提供數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)燃氣管網(wǎng)的全覆蓋，對各種介質的煤氣管道的溫度、介質、壓力、流量等屬性特征進行數(shù)據(jù)分析、空間定位，直接了解管道走向、間距、動態(tài)模擬出管道的運行參數(shù)，提供燃氣管道突發(fā)事故應急救援處理的決策方案，系統(tǒng)構成見圖2。

圖2 燃氣管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)

（3）設備狀態(tài)維修

目前的設備定修、預防性維修轉向設備狀態(tài)維修，通過設備的監(jiān)測、歷史維修數(shù)據(jù)，著眼于追蹤每臺設備具體運行技術狀態(tài)的發(fā)展、變化規(guī)律，并結合歷史趨勢、同期故障、類似事例等，掌握預判設備運行狀態(tài)演變形勢和劣化程度，對運行設備的維修做到預判和提示，防止出現(xiàn)事后維修和預防維修的降低維修次數(shù)，延長運行時間，即有效杜絕設備故障的發(fā)生，又避免過度維修的浪費。

（4）管理用戶分級分權系統(tǒng)

系統(tǒng)可實現(xiàn)手機APP登錄，對登錄用戶采取分級機制，權限從低到高分為三級，依次為：訪問級（管理人員）、監(jiān)視級（專業(yè)人員）、系統(tǒng)級（操作人員）、對用戶登錄顯示的內容有所區(qū)別：訪問級——僅顯示煤氣是否放散、指標是否完成等，監(jiān)視級——能夠顯示調整的過程；系統(tǒng)級——能夠顯示具體參數(shù)。

（5）調度數(shù)據(jù)分析輔助

燃氣調度主要采用以電話調度的方式進行，通過監(jiān)測用戶煤氣量實時的數(shù)據(jù)并以人工下達指令的方式實現(xiàn)，在此模式下，信息量少且滯后，不能有效調配，時而使用量不足表現(xiàn)為壓力升高，放散增加；時而使用量突然增加表現(xiàn)為管網(wǎng)壓力下降。煤氣調度單元只負責按計劃生產調度，不能對用戶消耗變化做出實時的調整，導致煤氣的生產使用過程有一定的盲目性。

分析大用戶用氣特點，總結用氣變化規(guī)律，及時調整煤氣用量，控制管網(wǎng)壓力波動，實現(xiàn)超前控制。例如：冷軋作業(yè)部焦爐煤氣用量，統(tǒng)計前期鋼種、加熱溫度、煤氣量的數(shù)據(jù)，分析總結用氣量變化情況，根據(jù)用氣量變化情況，用戶調整更換軋制鋼種時調度系統(tǒng)及時作出調整準備。

（6）用戶效益評價系統(tǒng)

燃氣系統(tǒng)的特點是以熱軋混合站為4種燃氣介質的調配中心，在一定程度上可以實現(xiàn)4種燃氣介質的交互、替用和調配，實現(xiàn)燃料的二次最優(yōu)分配。

通過燃氣介質的混配比例，調整混合煤氣的燃料結構，導入用戶成本構成，建立效益最大化、外購燃料成本最低的智能化調配系統(tǒng)。

4 展望

雖然目前的智慧燃氣系統(tǒng)只是停留在構思、想法的層面，但是隨著工業(yè)自動化、信息化、智能化水平的不斷提高，智慧燃氣系統(tǒng)必將提上企業(yè)的建設日程。智慧燃氣系統(tǒng)的構建符合國家工業(yè)強國夢的戰(zhàn)略要求，立足于減員增效、運行安全穩(wěn)定、效益最大化的高度，能夠為企業(yè)帶來實實在在的經濟效益。

[參考文獻]

[1]陳素君，吳禮云，王濤，李金.建設鋼鐵企業(yè)智慧能源體系的構想[J]. 山西冶金，2016，39（1）：40-42.

收稿日期：2017-11-30