摘要: 水泥企業(yè)是我國高能耗行業(yè)之一，一直是政府推進(jìn)節能減排工作的控制對象。建立企業(yè)能源管理系統，實(shí)現從能源因素采集、過(guò)程監控、能耗管理控制全過(guò)程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理。加大能源的合理化使用，減少能源消耗，對水泥企業(yè)發(fā)展有著(zhù)至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞:能源管理 能源因素 系統設計 系統架構

1 概述

水泥企業(yè)是我罔高能耗行業(yè)之一，一直是政府推進(jìn)節能減排工作的控制對象。水泥生產(chǎn)對能驚的依賴(lài)度很高，其能源消費占生產(chǎn)戚本費用比例達40%-60%，占全同能源消耗總量的7%-8%。建設集中統一的能源管理系統，可以實(shí)現對能源數據進(jìn)行在線(xiàn)采集、計算、分析及處理，從而對能源物料平衡、調度與優(yōu)化、能源設備運行與管理等方面迸行優(yōu)化整合。加大能源的合理化使用，減少能源消耗，達到提高能源使用效率的作用，對實(shí)現水泥企業(yè)節能減排發(fā)揮著(zhù)重要的作用。

對于水泥企業(yè)的發(fā)展，改造和升級現有的工藝水平，節能減排，減少能源的消耗，加大能源的合理化使用，構建一個(gè)較好的能跟管理系統成為絕大多數水泥企業(yè)所共同面對的問(wèn)題。

近幾年，我國發(fā)布了GB/T22336 2008《企業(yè)節能標準體系編制通則》和GB/T23331 -2009《能源管理體系要求》，為水泥行業(yè)建立能源管理體系、發(fā)展低碳經(jīng)濟、實(shí)現綠色生產(chǎn)指明了方向。其主要功能是通過(guò)在企業(yè)范圍內建立能源管理體系，椎動(dòng)企業(yè)資源綜合利用、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實(shí)現企業(yè)清潔生產(chǎn)，并以技術(shù)開(kāi)發(fā)與創(chuàng )新保持企業(yè)持續改進(jìn)，終使企業(yè)達到降低成本、節能減排，打造綠色生產(chǎn)企業(yè)的目標。

2 水泥生產(chǎn)工藝中的能源消耗

水泥生產(chǎn)是一項大型的復雜的生產(chǎn)過(guò)程，其中包含眾多的生產(chǎn)環(huán)節，在水泥生產(chǎn)的各個(gè)主要生產(chǎn)環(huán)節中，綜合能耗由兩部分組成。一個(gè)是水泥的綜合煤耗，另一個(gè)是水泥的綜合電耗。能源消耗的起始環(huán)節是原料入廠(chǎng)，過(guò)程為整個(gè)水泥的生產(chǎn)環(huán)節。水泥生產(chǎn)綜合能耗的構成，分別包括了原料破碎及均化、制備生料、對生料進(jìn)行均化、預熱分解、燒制熟料、水泥粉磨、水泥的包裝的能耗以及其他能耗。水泥綜合能耗的構成如圖1。

3 能源因素識別

  能源管理系統應用是以降低能源、悄耗、提高能源利用效率為目的，能源因素的識別、分析和控制是能源管理系統的基礎核心。能源管理系統運行的主線(xiàn)是能源控制（運行過(guò)程控制），而基礎是能源因素的識別和分析。 能源因素與企業(yè)生產(chǎn)工藝密切相關(guān)。依據生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，識別各生產(chǎn)環(huán)節中影響能耗的能源因素，分析能源因素的影響程度，識別可控因素，對可控能源因素實(shí)施運行控制。影響水泥生產(chǎn)能耗的能源因素主要存在以下生產(chǎn)環(huán)節中：

(1）生料磨機生料制備過(guò)程中的能源因素：包括原料的易磨性、入磨原料粒度、入磨原料的水分，生料／燃料細度等；

(2）煤磨煤粉制備過(guò)程中的能源因素：包括燃煤的易磨性、人磨燃料粒度、入磨燃料的水分；

(3）回轉窯熟料燒成過(guò)程的能源因素：生料的易燒性、生料率值、人窯生料成分、入窯生料水分、燃料種類(lèi)、燃料熱值、生產(chǎn)線(xiàn)規模；

(4）水泥粉磨過(guò)程中的能源因素：熟料性能、混合材的品種和摻加量、原料水分、磨機型式（球磨機系統、輥壓機預粉磨系統、輥磨終粉磨系統）、水泥成品的細度等；

(5）工藝設備及操作有關(guān)的能源因素：窯頭和窯尾燃燒器、窯尾預熱器分解爐系統、窯頭冷卻機運行操作水平，余熱回收、系統漏風(fēng)、裝備水平及設備戰障等。

另外，電力無(wú)功損耗、能源種類(lèi)、質(zhì)量和配比及能源調度的合理性也是影響水泥生產(chǎn)能耗的主要能源因素。

4 能源管理系統功能

能源管理系統EMS(Energy management system）是企業(yè)信息化系統的重要組成部分，企業(yè)希望能夠采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)建立能源管理系統，對可控能源因素進(jìn)行分析、采集、加工、處理，實(shí)現從能源因素采集、過(guò)程監控、能源消耗分析、能耗管理控制等全過(guò)程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理。從而使能源設備、能源計劃、能源平衡、能源實(shí)績(jì)、能源預測有機結合起來(lái)，使之能修運用數據處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析與管理。有效利用能源、降低能源消耗、提高環(huán)境質(zhì)量，達到節能降耗、提升企業(yè)整體能源管理水平的目的。實(shí)現能源協(xié)調控制管理、能源、實(shí)績(jì)分析管理、能源指標計劃管理、能量平衡運行管理、在線(xiàn)預測分析等功能。能源管理系統主要功能見(jiàn)圖2。

5 能源管理系統方案設計

目前，能源管理系統的設計和應用研發(fā)，已由專(zhuān)家系統轉型為結合基于模型的控制方向發(fā)展。在實(shí)現自動(dòng)化操作的同時(shí)，完成對操作的優(yōu)化。通過(guò)完善能源管理系統的應用程序和數據庫端，實(shí)現系統對能源信息數據的分析、管理和控制。

5.1設計原則

（1）規范能源管理系統的自動(dòng)化系統設計：

（2）實(shí)現對能源系統采用分散控制和集中管理；

（3）完善能源信息的采集、儲存、管理和利用；

（4）優(yōu)化能源管理流程．建立能源管理評價(jià)體系；

（5）建立能源、調度和平衡指揮系統．節約能源和降低生產(chǎn)消耗；

（6）加快能源系統的故障和異常處理，提高對全廠(chǎng)性能源事故的反應能力。

5.2 設計內容

能源管理系統的基礎功能是對數據的采集、分類(lèi)、匯總，對大量的能源信息數據進(jìn)行處理，通過(guò)能源管理系統加以規劃、預測、分析，能源數據（包括統計數據和預測數據）被實(shí)時(shí)集中和報告，給出能源消耗的統計結果、預測結果及能源消耗的發(fā)展趨勢。

以數據查詢(xún)表、數據比例圖、歷史曲線(xiàn)圖及預測趨勢圖等直觀(guān)的方式，快速的反應到顯示屏上。顯示能源量在各個(gè)工位的分布情況，據此提供給企業(yè)*或管理部門(mén)進(jìn)行協(xié)調計劃、管理控制。促進(jìn)企業(yè)節能降耗，能源、管理科學(xué)化。實(shí)現能源協(xié)調控制管理、能源、實(shí)績(jì)分析管理、能源指標計劃管理、能量平衡運行管理、在線(xiàn)預測分析等。能源管理系統設計內容涵蓋以下子系統：

(1）能源管理網(wǎng)絡(luò )系統及軟硬件平臺系統；

(2）能源系統各站點(diǎn)數據采集系統；

(3）設備冗余、安全檢測系統；

(4）數據存儲及分析系統；

(5）人機界面及大屏幕顯示系統。

6 能源管理系統實(shí)施

6.1 系統架構

典型能源管理系統架構包括用戶(hù)層、表現層、應用層、數據層、網(wǎng)絡(luò )通訊層、遠程數據采集層六級物理結構（如圖3所示）。

基于基礎自動(dòng)化向信息化建設發(fā)展的原則，結合網(wǎng)絡(luò )通訊、實(shí)時(shí)數據庫和Client/Server技術(shù)及SCADA綜合管理平臺軟件，建立一套符合水泥企業(yè)管理應用功能的、以SCADA系統為核心的能源管理系統，實(shí)現在線(xiàn)的數據監視、工藝操作和實(shí)時(shí)的能源管理功能并對外提供接口。采用SCADA軟件建立I/O Server實(shí)時(shí)數據服務(wù)器功能，并與關(guān)系數據庫建立通訊，通過(guò)在線(xiàn)數據采集實(shí)現動(dòng)態(tài)流程圖、參數表、趨勢曲線(xiàn)等監控功能。

作為一種體系結構,具特點(diǎn)是通過(guò)能夠發(fā)揮雙邊非軟件環(huán)境的長(cháng)處．把工作有序安排到客戶(hù)端和服務(wù)器端來(lái)完成，減輕了整個(gè)系統信息傳遞的負擔。

在客戶(hù)機端，用戶(hù)根據自己的定義與需求，使用客戶(hù)端的應用程序，完成自己的操作。然后由客戶(hù)端應用程序向服務(wù)器端發(fā)送請求。通過(guò)服務(wù)器端的應用程序對來(lái)自不同客戶(hù)端的所提交的請求進(jìn)行響應。此時(shí)根據服務(wù)器配置的不同和服務(wù)器端應用程序設計的不同，可以進(jìn)行不同的處理模式。 允許同時(shí)處理多個(gè)客戶(hù)端方向所發(fā)送來(lái)的請求。大大地提高客戶(hù)端與服務(wù)器端之間的響應速度，對于數據與命令傳邊更加快速與及時(shí)。

6.2 數據采集

構建企業(yè)能源管理系統，先要考慮能源信息的采集工作，將水泥生產(chǎn)過(guò)程中大量繁雜的能源信 息數據，加以歸納和分類(lèi)。將其對應于不同的生產(chǎn)環(huán)節，方便于我們的采集。然后，根據能耗分組表中所規劃的能源消耗點(diǎn)，將分布在各個(gè)車(chē)間和重要環(huán)節的現場(chǎng)數據實(shí)時(shí)采集并處理，通過(guò)相關(guān)接口將這些數據保存到DCS控制系統中，供能源管理系統的使用。

信息采集是異構數據庫的數據集成過(guò)程，異構數據集成過(guò)程實(shí)施分為兩步：先進(jìn)行生產(chǎn)能耗裝置實(shí)時(shí)能源數據采集，即設計分布式控制系統（DCS）、FCS、可編程控制器（PLC）等自動(dòng)化系統到實(shí)時(shí)數據庫的接口程序,將實(shí)時(shí)采集到的能源數據整合到實(shí)時(shí)數據庫中。這些數據主要包含了生產(chǎn)線(xiàn)上反映能源的消耗 、能源的交換和能源的損耗信息，以及主要設備的電耗等。這些信息大部分通過(guò)OPC(OLE for Process Control）、DDE (Dynamic Data Exchange）等接口從DCS、FCS、PLC等自動(dòng)化系統中直接獲得。是異構數據集成，實(shí)現了自動(dòng)數據的連接與共享，保持了數據的實(shí)時(shí)性。

其后，將收集的能源、消耗數據傳輸到能源管理系統中進(jìn)行處理，使用戶(hù)可以直接通過(guò)界面對數據庫進(jìn)行相應的操作。能源管理系統具備生產(chǎn)工藝流程能耗數據顯示、趨勢預測和能源信息分析等功能?？呻S時(shí)按類(lèi)別和時(shí)間對數據庫中的能源數據進(jìn)行查詢(xún)和調用。

6.3 通訊網(wǎng)絡(luò )

采用工業(yè)級以太網(wǎng)交換機．建立分區域的冗余環(huán)網(wǎng)。實(shí)時(shí)環(huán)工業(yè)以太網(wǎng)交換機專(zhuān)有Real- time RingTM技術(shù)，實(shí)現快速容錯環(huán)網(wǎng)冗余，具有端口配置、端口鏡像、優(yōu)先級劃分等高等級網(wǎng)管功能，保證信息交換的實(shí)時(shí)性和準確性。環(huán)與環(huán)之間采用耦合拓撲結構進(jìn)行連接，從而建立高可靠專(zhuān)有的能源數據采集通訊網(wǎng)絡(luò )。

6.4 能源管控

能服管控是一個(gè)集數據歸納分析、過(guò)程監控、能源管理、調度平衡及分析優(yōu)化為一體的計算機信息管理系統。系統將采集的數據進(jìn)行歸納、分析和整理，結合生產(chǎn)計劃數據，進(jìn)行能源管理工作。包括能源實(shí)統分析管理、能源質(zhì)量管理、能源平衡管理、能源預測分析、能源系統運行支持管理（包括任務(wù)單管理和潮流分析）等。

系統由I/O數據服務(wù)器、Oracle關(guān)系數據庫服務(wù)器、Web服務(wù)器和工作站組成。I/O數據服務(wù)器負責原始計量數據的實(shí)時(shí)采集、歷史壓縮存儲、二次計算和為監控困面提供實(shí)時(shí)數據；Oracle數據庫服務(wù)器負責計量統計數據的收集和存儲，作為能源計量統計管理數據庫；Web服務(wù)器將的實(shí)時(shí)數據檢測畫(huà)面和動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)以網(wǎng)頁(yè)的形式在企業(yè)網(wǎng)上發(fā)布，供相關(guān)部門(mén)網(wǎng)上在線(xiàn)查閱，并提供系統與用戶(hù)的各種人機界而。工作站上運行計量數據監控與管理系統軟件，對計量數據進(jìn)行分析處理、設備管理、權限分配等。

7 安科瑞企業(yè)能源管理系統介紹

安科瑞企業(yè)能源管理系統采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理，監測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設備的能源利用情況等進(jìn)行能耗統計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

7.1 系統結構

7.2 應用場(chǎng)所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學(xué)原料以及機電設備、電器產(chǎn)品、工器具制造等。

7.3 系統功能

7.3.1 可視化展示

展示企業(yè)各類(lèi)能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區域能源消耗對比,以及當前天氣情況、污染情況，并三維展示企業(yè)重要工藝或工段的能源消耗動(dòng)態(tài)。

7.3.2 實(shí)時(shí)監控

對企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控。以便企業(yè)用戶(hù)能夠實(shí)時(shí)的監測各個(gè)點(diǎn)位的運作情況，同時(shí)能更快速有效的掌握點(diǎn)位的報警。

7.3.3 變壓器監控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進(jìn)行科學(xué)合理的規劃。通過(guò)各種運行參數狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出較佳運行模式。根據較佳運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

7.3.4 用能統計

從能源使用種類(lèi)、監測區域、生產(chǎn)工藝/工段時(shí)間、分項等維度，采用曲線(xiàn)、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(yè)用能統計、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jì)分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統計，找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過(guò)程中的浪費。

7.3.5 產(chǎn)品/產(chǎn)值單耗

與企業(yè)MES系統對接，通過(guò)產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統采集的能耗數據，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

7.3.6 績(jì)效分析

對各類(lèi)能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、產(chǎn)線(xiàn)、工段等進(jìn)行日、周、月、年、時(shí)段績(jì)效統計按照能源計劃或定額制定的績(jì)效指標進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節能潛力。

7.3.7 能耗預測

通過(guò)對企業(yè)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設備等的能耗使用情況進(jìn)行分析，建立能耗計算模型，根據人工智能算法對數據和模型進(jìn)行修正，對未來(lái)企業(yè)能耗趨勢進(jìn)行預測分析，為節能提供有效的決策依據。

7.3.8 運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進(jìn)行數據采集，監測重點(diǎn)設備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視?？芍苯訌膭?dòng)態(tài)監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類(lèi)、車(chē)間、工段、時(shí)間等維度查詢(xún)相關(guān)能源用量。

7.3.9 分析報告

以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線(xiàn)路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進(jìn)行多方面的統計分析，讓用戶(hù)多方面了解系統的運行情況，并為用戶(hù)提供數據基礎，方便用戶(hù)發(fā)現設備異常，從而找出改善點(diǎn)，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

7.3.10 事件報警

持續監測設備和系統運行，對通訊失敗、數據異常、定額超限、工藝參數異常越限、設備異?；蚬收线M(jìn)行報警，提醒企業(yè)注意和查找問(wèn)題，并形成報警日志。

7.3.11 移動(dòng)端支持

APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶(hù)按能源分類(lèi)、區域、車(chē)間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、用能預測、運行監視、異常報警等。

7.4 現場(chǎng)設備選型

 8 結語(yǔ)

能源管理系統以降低能源消耗、提高能源利用效率為目的。信息管理和網(wǎng)絡(luò )通訊平臺是能源管理系統的核心，而基礎是能源因素的識別、數據采集和評價(jià)。能源管理系統通過(guò)對能耗數據分析、配以合理的節能策略及能耗監控系統，可以有效地降低企業(yè)的生產(chǎn)能耗。能源管理系統應用于水泥企業(yè)生產(chǎn)，可有效提高水泥生產(chǎn)企業(yè)能源利用效率，減少水泥的生產(chǎn)成本，提高水泥企業(yè)競爭力。水泥生產(chǎn)企業(yè)不但增加了經(jīng)濟效益，同時(shí)促進(jìn)了循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。企業(yè)實(shí)施應用能源管理系統，實(shí)現企業(yè)效益與社會(huì )效益的和諧統一，既是企業(yè)社會(huì )責任，更是企業(yè)自身發(fā)展的內在需求。 

參考文獻

[1]孫景楊，孫國洪.水泥生產(chǎn)企業(yè)能源管理系統的設計與實(shí)現[J].

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