能源管理系統(tǒng)在化工企業(yè)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

時(shí)間：2021-03-25作者：安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司瀏覽：45

朱鹍
安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801
 
摘要：認(rèn)為能源管理網(wǎng)絡(luò)能提高能源利用效率，是化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的**。介紹了能源管理網(wǎng)絡(luò)控制站的軟件、硬件配置及組態(tài)方案。
關(guān)鍵詞：化工；能源管理；節(jié)能降耗；應(yīng)用
 
 
0 引言
        隨著化工企業(yè)的發(fā)展，能源精細(xì)化科學(xué)管理工作的重要性日益凸顯?；て髽I(yè)能源管理 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)能源(如天然氣、水、電、蒸汽、原料固體等)過程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集記錄、報(bào)警 分析、監(jiān)控調(diào)配等功能，為有效降低能耗提供技術(shù)支持，減少能源浪費(fèi)，提高企業(yè)競爭力。 
 
 
1 現(xiàn)有能源管理概述
        節(jié)能降耗工作主要從管理、工藝、設(shè)備、節(jié)能幾方面考慮，而管理節(jié)能要從自動(dòng)化控制軟件人手，多角度采集與分析用能工序能耗情況，優(yōu)化能源使用結(jié)構(gòu)及方式，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)能耗的精細(xì)化管理。
        常見的能源管理工作，目前仍然處于手動(dòng)的基礎(chǔ)層面，需要操作人員現(xiàn)場抄表、記 錄，輸入并統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，人工錄人、分析等，此方法技術(shù)陳舊，不能實(shí)時(shí)對(duì)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控與分析，并且數(shù)據(jù)上報(bào)滯后、生產(chǎn)調(diào)配滯后，從而導(dǎo)致后續(xù)一系列節(jié)能降耗工作的滯后。對(duì) 于對(duì)精細(xì)化管理要求較高的企業(yè)來說，抄錄的過程數(shù)據(jù)并不能如實(shí)地統(tǒng)計(jì)出能源實(shí)際使用 的實(shí)時(shí)情況，這無疑是制約企業(yè)生產(chǎn)管理的瓶頸。
        在化工企業(yè)生產(chǎn)中，各車間、各工序所處位置較為分散，各能源現(xiàn)場測量點(diǎn)較為偏遠(yuǎn)，需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集及傳輸是難上加難?；诖爽F(xiàn)狀，技術(shù)人員建立了一套能源管理 信息平臺(tái)，可達(dá)到對(duì)各項(xiàng)能源消耗進(jìn)行監(jiān)測和控制的目的，并增加了部分支持工業(yè)網(wǎng)絡(luò)功能 的測量儀表，還將以太網(wǎng)接口、互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè) 網(wǎng)絡(luò)**結(jié)合，設(shè)計(jì)并實(shí)施了局域網(wǎng)組建的能源管理系統(tǒng)，對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)傳輸及監(jiān)控調(diào)配。通過以上方式可為企業(yè)提供為直接的可控?cái)?shù)據(jù)，加大能源管理工作的力度。 
 
 
2 能源管理平臺(tái)設(shè)計(jì)
2.1 能源管理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 
        化工企業(yè)生產(chǎn)中各分廠、車間、工段數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分散且距離很遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)采集及傳輸較困難。新疆天業(yè)化工有限責(zé)任公司通過構(gòu)建基礎(chǔ)硬件網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)以類別、地點(diǎn)為單位的現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集計(jì)量，其中較為重要的設(shè)施與數(shù)據(jù)采用單點(diǎn)測量模式。采集與監(jiān)測控制點(diǎn) 包括：8個(gè)天然氣測量點(diǎn)、25個(gè)水測量點(diǎn)、19個(gè)蒸汽測量點(diǎn)、31個(gè)電耗測量點(diǎn)和3個(gè)固體原料測量點(diǎn)。 
        能源管理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建示意圖見圖1。
 
圖1 能源管理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建示意圖
 
2.2 硬件配置 
        現(xiàn)場硬件配置采用浙大中控技術(shù)股份有限公司SUPCON WebField系列EPA一100控制系 統(tǒng)。這是一種分布式、基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EPA的控制系統(tǒng)，它利用一些既定協(xié)議，將分布在現(xiàn)場的若干個(gè)小系統(tǒng)、控制設(shè)施、監(jiān)視與操作設(shè)備**連接起來，完成生產(chǎn)操作過程中的測量和控制，滿足生產(chǎn)與應(yīng)用的需求。此套控制系統(tǒng)充分應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信與信號(hào)處理技術(shù)以及可靠的軟件平臺(tái)和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，該系統(tǒng) 全數(shù)字化、結(jié)構(gòu)靈活、功能完善、界面開放，能適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用要求 。 
        EPA一100控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)由現(xiàn)場設(shè)備(包括控制器、信號(hào)處理系列模塊、各類接口模塊等 )、操作節(jié)點(diǎn)(由工程師站、操作員站、服務(wù)器站、數(shù)據(jù)管理站等構(gòu)成)及通信網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)橋鏈接設(shè)備、現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)、過程信息網(wǎng))等構(gòu)成。 
        能源管理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建硬件連接示意圖見圖 2。
 
圖 2 能源管理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建硬件連接示意圖
        該系統(tǒng)硬件配置有如下特點(diǎn)。
        (1) 采用了現(xiàn)場 網(wǎng)絡(luò)通訊控制器與數(shù)據(jù)測量網(wǎng)絡(luò)通訊控制器，其中1上行口是標(biāo)準(zhǔn)的 MODBUS TCP/IP協(xié)議，另外具有4個(gè)下行串口RS485通訊協(xié)議MODBUS，每個(gè)通訊口多可連接32臺(tái)儀表，在全廠范圍內(nèi)將分散測量點(diǎn)合理控制在允用范圍 
        (2)在變配電間、設(shè)備控制柜中安裝電量測量儀表，全部電量測量儀表均有RS485接口且支持MODBUS—RTU通訊協(xié)議，現(xiàn)場主要設(shè)備及工藝監(jiān)測點(diǎn)分別安裝天然氣、水、電、蒸汽等測量儀表，以便及時(shí)校準(zhǔn)。 
        (3)所有儀表可 以分別對(duì)流量、溫度、壓力、電量等進(jìn)行測量，均支持HART通訊協(xié)議，且具有RS485通訊口，可完成流量計(jì)與轉(zhuǎn)換器之間的實(shí)時(shí)通訊。
        (4)上位機(jī)采用DELL3600工業(yè)控制電腦，與人機(jī)接口匹配。 
        圖3為能源網(wǎng)絡(luò)控制站組態(tài)簡圖。
 圖 3 能源管理網(wǎng)絡(luò)控制站組態(tài)簡圖
 
2.3 軟件配置
        在軟件配置方面，采用浙大中控技術(shù)股份有限公司工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件流程圖精靈 SCDrawEx，其是AdvanTrol—Pro(V2．65)軟件包中流程圖制作的重要輔助工具。整個(gè)組態(tài)過程包括流程圖精靈界面組態(tài)、流程圖精靈設(shè)備組態(tài)、流程圖中命令按鈕組態(tài)3個(gè)過程。該 流程方便快捷，可以在同一界面顯示不同數(shù)據(jù)，是本系統(tǒng)采用的主要監(jiān)控軟件，安裝于上位 機(jī)中，與下位機(jī)匹配設(shè)計(jì)，用于與EPA-1O0下位機(jī)系統(tǒng)和串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通訊，在局域網(wǎng)上作為服務(wù)器的終端機(jī)進(jìn)行安裝。 
        軟件配置方面有如下特點(diǎn)。
        (1)AdvanTrol—Pro系統(tǒng)是具有基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫的綜合應(yīng)用的擴(kuò)展框架，其主要功能有：完成用戶對(duì)位號(hào)的數(shù)據(jù)查詢管理；通過設(shè)計(jì)網(wǎng)頁上的插件，使用戶能夠看到 流程圖、趨勢分析圖；對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視等；同時(shí)也是一個(gè)可以開發(fā)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的綜合應(yīng)用的擴(kuò)展框架。 
        (2)AdvanTrol—Pro系統(tǒng)是基于WindowsXP平臺(tái)上的功能強(qiáng)大的上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控和數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)，主 要功能包括：用流程圖實(shí)現(xiàn)24h在線監(jiān)控展現(xiàn)；用趨勢圖實(shí)時(shí)展示各位號(hào)、各時(shí)間段趨勢圖信息；自定義報(bào)表程序可以依據(jù)生產(chǎn)需要制作報(bào)表。 
        (3)AdvanTrol—Pro系統(tǒng)是具有可擴(kuò)展權(quán)限的管理系統(tǒng)，功能強(qiáng)大且實(shí)用。主要用于完 成過程監(jiān)控、與下位機(jī)控制站通訊、標(biāo)準(zhǔn)接口、編程接口、變量記錄、報(bào)警存檔、報(bào)表設(shè)計(jì) 等，其生動(dòng)形象的動(dòng)態(tài)圖形及操作界面通過用戶和過程數(shù)據(jù)進(jìn)行相互連接并實(shí)時(shí)使用。 
2.4 能源監(jiān)控和管理
        在下位機(jī)硬件和上位機(jī)軟件系統(tǒng)平臺(tái)搭建完成后，可以利用工業(yè)組態(tài)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)監(jiān) 測與監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供能源消耗及使用數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與分析、歷史記錄與趨勢查詢、各種報(bào)表與統(tǒng)計(jì)等，如系統(tǒng)功能實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)與趨勢，各畫面之間可方便地切換 (如圖4為新疆天業(yè)化工有限責(zé)任公司總畫面監(jiān)控圖)，可根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集 統(tǒng)計(jì)與運(yùn)算處理，并通過各種形式實(shí)時(shí)顯示。 
 
圖4 總畫面監(jiān)控圖
 


3 安科瑞工業(yè)能耗管理平臺(tái)介紹
3.1  平臺(tái)架構(gòu)介紹
        安科瑞能源管控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的可靠性與實(shí)時(shí)性，主要由現(xiàn)場設(shè)備層（能源計(jì)量終端）、通訊管理層（通訊管理終端）和主站層（能源監(jiān)控平臺(tái)）三個(gè)部分組成。
        以上三個(gè)部分分別貫穿整個(gè)系統(tǒng)的全部結(jié)構(gòu)。能源管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)按照能源管理的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足以上三部分的同時(shí)，增加了部分分析、監(jiān)控、決策和發(fā)布平臺(tái)。
 
圖5 工業(yè)能耗管理平臺(tái)架構(gòu)組成
3.2 平臺(tái)功能介紹
 
圖6 工業(yè)能耗管理功能示意圖
3.2.1可視化展示
        展示企業(yè)各類能耗總量、折標(biāo)值、能源成本、能源消耗趨勢、分項(xiàng)能耗占比、區(qū)域能源消耗對(duì)比,以及當(dāng)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)。
3.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)控
        對(duì)企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報(bào)警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測各個(gè)點(diǎn)位的運(yùn)作情況，同時(shí)能的掌握點(diǎn)位的報(bào)警。
3.2.3用能統(tǒng)計(jì)
        從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、生產(chǎn)工藝/工段時(shí)間、分項(xiàng)等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對(duì)企業(yè)用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、折標(biāo)對(duì)比，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費(fèi)。
3.2.4單耗統(tǒng)計(jì)
        與企業(yè)MES系統(tǒng)對(duì)接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，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(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。
3.2.5績效分析
        對(duì)各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、產(chǎn)線、工段等進(jìn)行日、周、月、年、*時(shí)段，結(jié)合能源計(jì)劃或定額制定的績效指標(biāo)進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力。
3.2.6能耗預(yù)測
        通過對(duì)企業(yè)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備等的能耗使用情況進(jìn)行分析，建立能耗計(jì)算模型，根據(jù)人工智能算法對(duì)數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行修正，對(duì)未來企業(yè)能耗趨勢進(jìn)行預(yù)測分析，為節(jié)能提供有效的決策依據(jù)。
3.2.7運(yùn)行監(jiān)測
        系統(tǒng)對(duì)區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測設(shè)備及工藝運(yùn)行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運(yùn)行監(jiān)視?？芍苯訌膭?dòng)態(tài)監(jiān)測平面圖瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時(shí)間等維度查詢相關(guān)能源用量。
3.2.8分析報(bào)告
        以年、月、日對(duì)企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運(yùn)行情況、運(yùn)維情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，讓用戶了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改善點(diǎn)，以及針對(duì)用能情況挖掘節(jié)能潛力。
3.2.9移動(dòng)端支持
        APP支持Android、IOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設(shè)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(biāo)、用能預(yù)測、運(yùn)行監(jiān)視、異常報(bào)警等。
3.3工業(yè)能耗平臺(tái)設(shè)備選型
表1 工業(yè)能耗管理設(shè)備選型表
 
 
4 結(jié)束語
        新疆天業(yè)化工有限責(zé)任公司能源管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集**智能電表、水 表等監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并上傳至管理平臺(tái)，通過能源管理系統(tǒng)對(duì)天然氣、電、水、蒸汽等消耗進(jìn)行實(shí) 時(shí)在線監(jiān)測和管理。該系統(tǒng)可查詢實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析能耗數(shù)據(jù)趨勢，查詢并分析歷史 能耗數(shù)據(jù)，并能按需生成各類能耗數(shù)據(jù)報(bào)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)耗能設(shè)備的管理。同時(shí)，系統(tǒng)強(qiáng)大 的存儲(chǔ)記憶功能可以形成歷史數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行分類查詢，還可根據(jù)生產(chǎn)需要打印及生成報(bào)表 并實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。公司管理層、系統(tǒng)管理人員及授權(quán)用戶通過網(wǎng)絡(luò)相關(guān)IP地址登錄，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，隨時(shí)隨地查詢相關(guān)能源的消耗情況，為節(jié)能降耗工作提供依據(jù)。
新疆天業(yè)化工有限責(zé)任公司能源管理裝置配套自動(dòng)化控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，生產(chǎn)工藝 加合理且安全穩(wěn)定，提高了能源管理裝置的總體性能，不僅可以實(shí)時(shí)了解各部門、各工序的能耗情況，還可根據(jù)歷史能耗數(shù)據(jù)分析，深挖節(jié)能降耗點(diǎn)，為后續(xù)節(jié)能改造工作提供真實(shí)可 靠的數(shù)據(jù)依據(jù)及指導(dǎo)方向，值得在行業(yè)中推廣應(yīng)用。
 
 
【參考文獻(xiàn)】
[1] 李德華，段春霞，張怡軍．能源管理系統(tǒng)在鍛造企業(yè)節(jié)能降耗中的應(yīng)用[J]．辦公自動(dòng)化，2014(24):45—46．
[2] 張俊平，路麗娟，邵芳，周紅燕.能源管理系統(tǒng)在化工企業(yè)節(jié)能降耗中的應(yīng)用[J].儀表與自動(dòng)化.2016.10.
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.
 
作者簡介：
朱鹍，女，就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)槠髽I(yè)能源管控


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