淺聊智慧能源管理系統(tǒng)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用

張繼冬

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著科技的不斷進(jìn)步，智慧能源管理系統(tǒng)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。本文探討了智慧能源管理系統(tǒng)的概念、特點及其在鋼鐵行業(yè)中的重要性，詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)在鋼鐵生產(chǎn)過程中的能源監(jiān)測與分析、能源優(yōu)化調(diào)度、節(jié)能減排等方面的具體應(yīng)用，并對其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

2.2，特點

2.2.1 實時性：能夠?qū)崟r采集和處理能源數(shù)據(jù)，及時反饋能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2.2 準(zhǔn)確性：采用高精度的傳感器和先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析算法，確保能源數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2.3 智能化：具備自動分析和決策功能，能夠根據(jù)能源系統(tǒng)的實際情況進(jìn)行智能調(diào)度和優(yōu)化控制。

2.2.4 可視化：通過直觀的圖形界面展示能源數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，便于用戶理解和管理。

2.3.1 提高能源利用效率：通過對能源系統(tǒng)的實時監(jiān)測和優(yōu)化調(diào)度，減少能源浪費(fèi)，提高能源利用效率。

2.3.2 降低能源成本：合理控制能源消耗，降低能源采購成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3.3 促進(jìn)節(jié)能減排：實現(xiàn)能源的精細(xì)化管理，減少污染物排放，符合國家的環(huán)保政策要求。

2.3.4 提升企業(yè)競爭力：提高企業(yè)的能源管理水平，增強(qiáng)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力，提升企業(yè)的市場競爭力。

四、智能化能源管理控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)、功能、軟硬件組成

4.1能源管理控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場通過廠區(qū)局域網(wǎng)和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網(wǎng)聯(lián)通的地方，通過有權(quán)限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機(jī)APP查看各處的運(yùn)行情況。

系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)場設(shè)備層：主要是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構(gòu)建該配電、耗水、耗氣系統(tǒng)必要的基本組成元素。肩負(fù)著采集數(shù)據(jù)的重任，這些設(shè)備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡(luò)電力儀表、溫濕度控制器、開關(guān)量監(jiān)測模塊以及合格供應(yīng)商的水表、氣表、冷熱量表等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，一般應(yīng)用服務(wù)器和WEB服務(wù)器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

首先第一層為企業(yè)能源數(shù)據(jù)采集層，是利用生產(chǎn)現(xiàn)場計量儀表、AI異構(gòu)通訊模塊、數(shù)據(jù)板卡ME等，搜集產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝信息、設(shè)備運(yùn)行信息、能源使用信息，完成工業(yè)生產(chǎn)

控制系統(tǒng)內(nèi)的正向數(shù)據(jù)采集。

而后在工業(yè)級交換機(jī)、單模光纜等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持下，采取環(huán)形、星形相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，建立起不同自動化監(jiān)控系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行主站點、子站點等生產(chǎn)單元的數(shù)據(jù)信息傳輸控制。由EMS能源管理控制系統(tǒng)，向企業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品生產(chǎn)、工業(yè)制造車間發(fā)送指令信號，實時傳輸某一周、某一月的生產(chǎn)能源消耗信息，包括能源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、能源介質(zhì)總用量等信息，各車間的現(xiàn)場控制中心，負(fù)責(zé)指令信號響應(yīng)、

能源消耗數(shù)據(jù)采集處理、并逆向傳送相關(guān)的響應(yīng)數(shù)據(jù)。

第二層為數(shù)據(jù)運(yùn)算、處理與調(diào)度層級。通過通訊管理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息處理、運(yùn)算后，存儲至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之中。

最外層為能源數(shù)據(jù)決策應(yīng)用層。這一層級包含中央交換機(jī)、客戶端、工程師站等組成結(jié)構(gòu)，其中由中央交換機(jī)作為數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換、能源管理功能的控制核心，建立起數(shù)據(jù)集中處理與分析的數(shù)學(xué)模型，通過各主站點、子站點生產(chǎn)單元的傳輸數(shù)據(jù)計算，得出生產(chǎn)設(shè)備控制數(shù)據(jù)、成本優(yōu)化數(shù)據(jù)、能源預(yù)測與平衡數(shù)據(jù)、能源負(fù)載與綜合利用數(shù)據(jù)的結(jié)果。

這里智能化能源管控子站的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包含CPU控制終端處理器、異構(gòu)通訊采集設(shè)備、生產(chǎn)現(xiàn)場儀表、TCP/IP通訊協(xié)議、AI異構(gòu)通訊模塊、EN2T以太網(wǎng)通訊模塊等的硬件設(shè)施，用于主站管理控制系統(tǒng)、各子站系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連通，以及PLC控制器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)之間的設(shè)備對接。

　根據(jù)以上圖2的EMS智能化管控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)硬件結(jié)構(gòu)可以得出：智能化能源管控子站的services服務(wù)系統(tǒng)，是在能源管控中心的主結(jié)構(gòu)下，設(shè)置基礎(chǔ)能源管理服務(wù)器、GIS地理服務(wù)器、Web發(fā)布服務(wù)器、ICV網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器、I/0服務(wù)器、備份服務(wù)器、目錄服務(wù)器、PI實時數(shù)據(jù)庫等的任務(wù)處理模塊。

在此基礎(chǔ)上，將不同能源子站接入網(wǎng)絡(luò)防火墻、220V雙路供電電網(wǎng)，通過以太網(wǎng)通訊模塊、AI異構(gòu)通訊傳送，形成能源子站UPS運(yùn)行信號、ICV服務(wù)器管理系統(tǒng)的連接，并完成二者之間企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、能源消耗數(shù)據(jù)的傳輸發(fā)送。當(dāng)UPS運(yùn)行信號發(fā)生故障的情況下，基礎(chǔ)能源管理服務(wù)器、ICV網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器等模塊，將向智能化能源管理控制總系統(tǒng)，發(fā)出過限報警、故障報警信號，以便于專業(yè)技術(shù)人員及時處理解決問題。

5平臺設(shè)計與功能

5．1 系統(tǒng)平臺設(shè)計

智慧能源管理平臺采用去中心化的分布式網(wǎng) 絡(luò)構(gòu)架設(shè)計如圖 2 所示，采用 B / S 模式，實現(xiàn)云端建模、設(shè)計及部署，簡化了客戶端的維護(hù)工作，為 以業(yè)務(wù)模式為基礎(chǔ)的功能模塊擴(kuò)展提供軟件支撐 基礎(chǔ)。滿足集團(tuán)海量實時數(shù)據(jù)地存儲和處理的要 求，存儲在系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)可刪除，系統(tǒng)不 會因為數(shù)據(jù)量的攀升影響到存儲和訪問速度。遵 循系統(tǒng)應(yīng)用插件規(guī)范進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)的功能 模塊插件可無縫配置到應(yīng)用界面中使用。

5．2 系統(tǒng)實施

每家工廠實施能碳管理系統(tǒng)建設(shè)，首先是制 定出符合管理要求的能碳管理架構(gòu)，該架構(gòu)可以 隨著管理需求的變化而靈活調(diào)整。能碳管理架構(gòu) 可按照廠區(qū)、車間、生產(chǎn)線進(jìn)行配置，將能耗數(shù)據(jù) 與管理架構(gòu)進(jìn)行對應(yīng)關(guān)聯(lián)，全面的展示出能源管 理的范圍和深度。

功能

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)提供基于行業(yè)特點細(xì)分的能效管理解決方案，支持有線/無線方案接入各類智能設(shè)備，并提供多種第三方系統(tǒng)接口協(xié)議，融合企業(yè)微電網(wǎng)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、主要用能設(shè)備監(jiān)控、充電樁運(yùn)營管理、分布式光伏監(jiān)控、儲能管理等功能，通過一個平臺即可全局、整體的對企業(yè)電網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運(yùn)維，滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、有序用電要求。平臺支持中英文切換，現(xiàn)已應(yīng)用于多個行業(yè)和地區(qū)用戶側(cè)能源管理和電力運(yùn)維平臺，單個平臺已接入1600多個用戶變電所數(shù)據(jù)，提供能源分析和運(yùn)維管理功能。

圖3AcrelEMS能效管理平臺應(yīng)用

電力監(jiān)控

對企業(yè)高低壓變配電系統(tǒng)的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補(bǔ)償柜及電纜等配電相關(guān)設(shè)備的電氣參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、接點溫度進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，監(jiān)測企業(yè)微電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進(jìn)行治理，對故障及時處理并發(fā)出告警信息，提高企業(yè)供電可靠性。

圖4電力監(jiān)控功能

能耗分析

采集企業(yè)電、水、燃?xì)獾饶茉聪?，進(jìn)行分類分項能耗統(tǒng)計，計算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢，對標(biāo)主要用能設(shè)備能效進(jìn)行能效診斷，計算企業(yè)碳排放，為企業(yè)制定碳達(dá)峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。

圖5能耗分析功能

照明控制

智能照明控制功能可以根據(jù)企業(yè)情況實現(xiàn)定時控制、光照感應(yīng)控制、場景控制、調(diào)光控制等，并結(jié)合紅外傳感器、超聲波傳感器，實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅，并可以根據(jù)系統(tǒng)的控制策略實現(xiàn)集中控制，為企業(yè)節(jié)約照明用電。

圖6照明控制功能

分布式光伏監(jiān)控

監(jiān)測企業(yè)分布式光伏電站運(yùn)行情況，包括逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計以及光伏發(fā)電功率控制。

圖7分布式光伏發(fā)電監(jiān)測

儲能管理

監(jiān)測儲能系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲能變流器(PCS)運(yùn)行，包括運(yùn)行模式、功率控制模式，功率、電壓、電流、頻率等預(yù)定值信息、儲能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度，根據(jù)企業(yè)峰谷特點和電價波動以及上級平臺指令設(shè)置儲能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲能系統(tǒng)充放電，實現(xiàn)削峰填谷，降低企業(yè)用電成本。  

圖8儲能管理

充電樁運(yùn)營管理

監(jiān)測企業(yè)充電樁的運(yùn)行狀態(tài)，提供充電樁收費(fèi)管理和狀態(tài)監(jiān)測功能，并根據(jù)企業(yè)負(fù)荷率變化和虛擬電廠的調(diào)度指令調(diào)節(jié)充電樁的充電功率，使企業(yè)微電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

圖9充電樁管理

自定義駕駛艙

可根據(jù)用戶的關(guān)注點自行繪制所需的駕駛艙頁面，包括能源預(yù)收費(fèi)、充電樁運(yùn)營、電梯、空調(diào)、照明等各種設(shè)備的能耗統(tǒng)計、收益統(tǒng)計、運(yùn)維情況等。

圖10能源物聯(lián)網(wǎng)駕駛艙定義

數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)測

實時監(jiān)測各配電柜的電壓、電流等電力參數(shù)，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控。實時監(jiān)測各配電室溫濕度、煙感、水浸等環(huán)境參數(shù)。監(jiān)視變壓器的運(yùn)行狀態(tài)及用能參數(shù)，測算損耗，找出經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間，降低能源損耗。

圖11數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測

能耗統(tǒng)計分析

主要是對能耗的數(shù)據(jù)、能耗分項以及區(qū)域能耗和能耗指標(biāo)等進(jìn)行統(tǒng)計。其中還包含總能耗定比,也就是指實際消耗的能量所占據(jù)總能量的百分比,并利用各種圖形的方式進(jìn)行表示，用于綜合能耗分析。

圖12能耗統(tǒng)計分析

電氣和消防安全管理

接入電氣火災(zāi)探測器、無線測溫傳感器、智能斷路器等設(shè)備，對配電回路的剩余電流、線纜溫度等火災(zāi)危險參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控和管理。在消防水池、消防水箱等地方安裝消防水位表，檢測消防水位的變化；消防水管、噴淋等地方安裝消防水壓表，檢測消防管道的壓力。在家庭、賓館、公寓等存在煙霧、可燃?xì)怏w的室內(nèi)場所，安裝獨(dú)立式煙感或可燃?xì)怏w探測器，檢測這些場所是否存在煙霧和可燃?xì)怏w。

圖13電氣消防安全管理

能源收費(fèi)管理

適用于物業(yè)租賃方對出租物業(yè)的能源收費(fèi)管理，支持水電一體化收費(fèi)管理，具備租戶開戶、銷戶、退差操作，支持分時電價和階梯電價設(shè)置和功率過載閾值設(shè)置，可對接支付應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)自助支付。

圖14能耗收費(fèi)管理

充電樁運(yùn)營管理

當(dāng)用戶要管理多個充電站的充電樁時可把充電樁自助接入平臺，實現(xiàn)對充電樁狀態(tài)的監(jiān)測和掃碼、刷卡充電收費(fèi)管理。在用電高峰期如充電負(fù)荷過高超出供電變壓器承受范圍還可以自動設(shè)置充電功率限制或新增充電限制，或投入新能源，確保能源供應(yīng)安全。

圖15充電樁運(yùn)營管理

照明控制管理

可遠(yuǎn)程控制照明設(shè)備的開關(guān)，并可以根據(jù)光照度、經(jīng)緯度日出日落時間和時間設(shè)置策略來自動控制燈光，節(jié)約照明能源。

圖16照明控制管理

碳排放分析

統(tǒng)計用戶的碳排放量并追蹤碳排放足跡，提供碳排放清單，進(jìn)行配額核算和配額考核。

圖17碳排放分析

4.3硬件設(shè)備組成

　不同工業(yè)及能源企業(yè)的智能化能源管理系統(tǒng)，通常為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)連接、星形網(wǎng)絡(luò)連接的結(jié)構(gòu)，形成層級式連接的工業(yè)環(huán)網(wǎng)，其中管控中心主站點負(fù)責(zé)下屬多個子站的控制，具體能源管理系統(tǒng)的子站環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

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作者介紹：
張繼冬，男