劉細(xì)鳳
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)能降耗的保障。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)時采集記錄、報警 分析、監(jiān)控調(diào)配等功能，為有效降低能耗提供技shu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)能要從自動化控制軟件人手，多角度采集與分析用能工序能耗情況，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)時對過程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控與分析，并且數(shù)據(jù)上報滯后、生產(chǎn)調(diào)配滯后，從而導(dǎo)致后續(xù)系列節(jié)能降耗工作的滯后。對 于對精細(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)采集及傳輸更是難上加難?；诖爽F(xiàn)狀，專業(yè)技術(shù)人員建立了套能源管理 信息平臺，可達(dá)到對各項(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)有機(jī)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)，對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集、實(shí)時傳輸及監(jiān)控調(diào)配。通過以上方式可為企業(yè)提供更為直接的可控數(shù)據(jù)，加大能源管理工作的力度。
2 能源管理平臺設(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個天然氣測量點(diǎn)、25個水測量點(diǎn)、19個蒸汽測量點(diǎn)、31個電耗測量點(diǎn)和3個固體原料測量點(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EPA100控制系 統(tǒng)。這是種分布式、基于實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)EPA的控制系統(tǒng)，它利用些既定協(xié)議，將分布在現(xiàn)場的若干個小系統(tǒng)、控制設(shè)施、監(jiān)視與操作設(shè)備有機(jī)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)通信與信號處理技術(shù)以及可靠的軟件平臺和軟件設(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，更能適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用要求 。
EPA100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個下行串口RS485通訊協(xié)議MODBUS，每個通訊口zui多可連接32臺儀表，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，以便及時校準(zhǔn)。
(3)所有儀表可 以分別對流量、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個過程。該 流程方便快捷，可以在同界面顯示不同數(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：完成用戶對位號的數(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；對數(shù)據(jù)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視等；同時也是個可以開發(fā)基于實(shí)時數(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)時展示各位號、各時間段趨勢圖信息；自定義報表程序可以依據(jù)生產(chǎn)需要制作報表。
(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、報警存檔、報表設(shè)計(jì) 等，其生動形象的動態(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)平臺搭建完成后，可以利用工業(yè)組態(tài)軟件平臺設(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)時顯示與分析、歷史記錄與趨勢查詢、各種報表與統(tǒng)計(jì)等，如系統(tǒng)功能實(shí)時顯示現(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)時顯示。
圖4 總畫面監(jiān)控圖
3 安科瑞工業(yè)能耗管理平臺介紹
3.1 平臺架構(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）三個部分組成。
以上三個部分分別貫穿整個系統(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，增加了部分分析、監(jiān)控、決策和發(fā)布平臺。
圖5 工業(yè)能耗管理平臺架構(gòu)組成
3.2 平臺功能介紹
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態(tài)。
3.2.2實(shí)時監(jiān)控
對企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報警等情況進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r的監(jiān)測各個點(diǎn)位的運(yùn)作情況，同時能更快速的掌握點(diǎn)位的報警。
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)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、折標(biāo)對比，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、指ding時段，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)人工智能算法對數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行修正，對未來企業(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)次運(yùn)行監(jiān)視?？芍苯訌膭討B(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關(guān)能源用量。
3.2.8分析報告
以年、月、日對企業(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)，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。
3.2.9移動端支持
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、異常報警等。
3.3工業(yè)能耗平臺設(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)時采集前端智能電表、水 表等監(jiān)控數(shù)據(jù)并上傳至管理平臺，通過能源管理系統(tǒng)對天然氣、電、水、蒸汽等消耗進(jìn)行實(shí) 時在線監(jiān)測和管理。該系統(tǒng)可查詢實(shí)時能耗數(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)報表，實(shí)現(xiàn)對耗能設(shè)備的管理。同時，系統(tǒng)強(qiáng)大 的存儲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)需要打印及生成報表 并實(shí)現(xiàn)報警功能。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化控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，生產(chǎn)工藝更 加合理且穩(wěn)定，提高了能源管理裝置的總體性能，不僅可以實(shí)時了解各部門、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。
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作者簡介：
劉細(xì)鳳，女，主要研究方向?yàn)槟茉垂芾硐到y(tǒng)在化工企業(yè)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
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