浅谈能源管理系统(EMS)助企业节能降耗

[摘要]目前，钢铁冶金企业存在着能源消耗量大、能源运输供给不足、环境压力日趋增大等一系列问题，这些问题制约了企业的快速稳定健康发展。为达到钢铁企业节能降耗，对企业氧气、氮气、氩气、煤气、水、电等能源进行计量管理，将柔性控制系统理念、现场总线控制技术应用到企业实时监控中。

[关键词]能源管理；数据采集；能源调度；节能降耗

[中图分类号]P413 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0418-02

1、引言

能源管理涉及的范围很广，它包含了从能源生产到消耗各个环节的管理技术，冶金企业能源管理主要涉及对企业二次能源的平衡管理和能源消耗的分析。

河北钢铁集团宣钢公司在2011年开始建设能源管理系统，其针对现场的水、电、气体等能源仪表，通过组网对其进行远端的数据采集与控制，集有线和无线测控与计算机局域网于一体，形成一个网络系统，实时监测现场能源介质的运行状态。

能源管理系统（简称EMS系统），通过能源计划，能源实绩，计量认证，能耗计算，设备管理，报表管理等多种手段，使企业管理者对企业的能源成本比重，发展趋势有准确的掌握。其基本管理职能包括：

能源系统主设备运行状态的监视

能源系统主设备的集中控制、操作、调整和参数的设定

实现能源系统的综合平衡、合理分配、优化调度。

异常、故障和事故处理。

基础能源管理。

能源运行潮流数据的实时短时归档、数据库归档和即时查询。

2、EMS系统的特点

实时性：为了及时获取各种能源介质的能耗信息，该系统充分考虑了宣钢当前设备通信协议的状况，采用了丰富多样的接口技术，使所有的数据采集时间控制在1s-5s之间，并与产销系统和ERP系统进行数据传输；

先进性：先进的网络管理方式、网络设备以及一致的开放式数据库接口，无论从系统性能、可靠性及网络的拓扑结构等方面都为企业提供了高技术的管理模式；

可靠性：可靠性是能源数据采集的先决条件。简单的网络拓扑结构及各个功能模块冗余的设计使得系统运行更加安全可靠；

安全性：系统对于不同的管理职能提供了不同的管理权限；还包括网络的安全性，整个网络安装了防火墙，还使用了网络隔离技术，有效阻止了外界非法病毒的入侵，从而保证了网络的安全；

可操作性：硬件设备设置简单、直观；系统软件提供人机界面便于操作。

3、网络结构

EMS网络拓扑结构分为三层：

一层为仪表到数据采集分站的通讯，采用RS-485通讯和模拟信号两种方式；二层为数采分站到总站的通讯，采用无线方式和有线方式；三层为管理网，由服务器到管理分站，组成局域网，连接方式根据现场的实际『青况布置：对于楼内或距离小于100m的计算机，使用超五类双绞线组成百兆局域网；距离较远但布线方便可以使用光纤；距离较远、布线不方便采用无线网桥的方式。

服务器（采集器）的作用：一方面收集分站送来的数据进行汇总处理，同时也能对远程仪表进行参数设置；另一方面服务器可对工作站（客户机）进行数据共享。客户机可以预览或打印统计报表、实时监控和供维修人员监视系统运行状态。

4、EMS系统的主要功能

4.1 监视和远程控制

（1）能源介质数据监视。通过I/O服务器的接口功能，接收来自厂区PLC、DCS和采集站网关的各类信息，完成数据采集合并归档到实时数据库中。系统采集各种介质的发生量，各存储柜的柜位、柜容，以及各能源计量仪表流量、压力、温度和表底数据等。

（2）能源设备及主要工序运转状态监视。通过I/O服务器的接口功能，实时采集能源设备的重要参数，判断设备运行状态及工序生产状况，故障及时报警。

（3）能源设备的远程控制。能源中心调度人员通过专用操作站向厂区能源PLC系统下达控制指令，控制能源设备的运行。

4.2 基础能源管理

（1）能源设备管理。能源设备管理主要用于能源计划的编辑和设备维护。能源设备管理主要对关键的大型能源设备实行集中管理，包括建立检修和使用档案，辅助制定设备检修计划；对设备检修记录进行跟踪、查询和统计。

（2）能源计划管理。能源计划管理根据能源设备管理模块提供的接口，可以查阅与能源计划有关的能源设备的检修计划，同时在制定能源计划是，根据生产与消耗平衡的特点，在制定能源计划的过程中动态显示全局能源平衡情况，方便业务人员微调。

（3）能源报表管理。对于能源系统的计量与管理统计数据，EMS对原始采集数据经必要的计算处理后，按指定格式、时间自动进行系统报表输出。能源报表管理提供对整个能源管理系统中所以模块报表需求的支持，提供各种自动报表、手动报表及能耗报表。报表包括小时报表、日报、月报和年报等。

5、关键技术

5.1 能源预测模型

本系统中综合考虑了生产信息、设备检修计划信息、非计划停工信息、工艺变更信息以及能源实际采集数据，对某一能源介质未来几个小时或几天内的生产状况及各用户单元消耗状况进行追踪预测，并根据相应时段内的预测结果进行预测平衡展示，涉及的能源介质包括高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、电、水等。预测结果以趋势图等形式输出，为能源平衡调度提供指导。其中包括的曲线有：

实时曲线：用曲线的方式显示测点的瞬时量；用来直观显示实时的数据变化和累积计量的阶段性变化。

历史曲线：画出测点的某时间段的曲线；

钢铁企业能源介质的波动在自身波动规律的基础上受静态因素、动态因素的影响。静态因素指物料、产品、工艺条件等，通过静态因素推算出能源理论发生量的过程称为静态模型。动态因素指工况条件发生变化，如高炉修风、换炉、计划检修及非计划停机等。

5.2 跨平台、异构应用数据交换技术

能源管理系统、产销系统和ERP系统是同时实施的。ERP负责四级财务核算，能源生产和能源消耗的数据需要上传ERP；同理ERP对电的采购计划，需要下传至能源管理系统中完成电的平衡计划。产销系统负责管理生产，而能源管理系统需要来自产销系统的生产计划和实绩，来完成能源计划和能耗计算。因此三个系统是相互集成，才能完成各自的管理业务。

5.3 无人值守技术

能源管控系统对动力设施进行远程控制，主要包括煤气柜，放散塔等。设置远程控制专用操作站，操作站配有专用监控软件。

5.4 网络隔离技术

在能源网络实施过程中，为了不影响生产，在一些关键网接入能源环网技术中选择了最新的网络隔离技术——隔离网关。隔离网关通过内部的双独立主机系统，一端接人站控系统网络，通过采集接口完成各子系统数据的采集；另一端接入能源环网，完成数据到能源管理系统的传输。

6、结论

EMS投入运行后，系统运行稳定可靠，能源的分配情况、消耗情况可以及时反馈给有关部门，为生产决策提供了数据，使能源调度更加及时，合理，减少了煤气的放散，又有原来的事后统计，变为现在的计划管理与动态调控，减少了能源消耗，降低了能源成本，经济效益极为可观。

参考文献

[1]李向军，孙彦广，冶金能源管理系统EMS[J]科技资讯，2008（3）：95

[2]李桂红，能源管理系统（EMs）的生命力[J]，上海节能，2004（5）：38-40

[3]冯晶，田小果，EMS系统在钢铁厂能源中心的应用，自动化与仪器仪表2005（3）

[4]冯晓春，加强能源计量管理促进企业节能减排[J]，上海节能，2008（7）：38-59，46