安科瑞 鮑靜君

　　摘要：認為能源管理網絡能提高能源利用效率，是化工企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗的保障,。介紹了能源管理網絡控制站的軟件,、硬件配置及組態(tài)方案。

　　關鍵詞：化工,；能源管理,；節(jié)能降耗；應用

　　0 引言

　　隨著化工企業(yè)的發(fā)展，能源精細化科學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)的實時采集記錄,、報警 分析,、監(jiān)控調配等功能，為降低能耗提供技術支持,，減少能源浪費,，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,，優(yōu)化能源使用結構及方式，從而實現(xiàn)企業(yè)能耗的精細化管理,。

　　常見的能源管理工作,，目前仍然處于*手動的基礎層面,，需要操作人員現(xiàn)場抄表,、記 錄，輸入并統(tǒng)計數(shù)據(jù),，人工錄人,、分析等，此方法技術陳舊,，不能實時對過程數(shù)據(jù)進行監(jiān)控與分析,，并且數(shù)據(jù)上報滯后、生產調配滯后,，從而導致后續(xù)一系列節(jié)能降耗工作的滯后,。對 于對精細化管理要求較高的企業(yè)來說，抄錄的過程數(shù)據(jù)并不能如實地統(tǒng)計出能源實際使用 的實時情況,，這無疑是制約企業(yè)生產管理的瓶頸,。

　　在化工企業(yè)生產中，各車間、各工序所處位置較為分散,，各能源現(xiàn)場測量點較為偏遠,，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,，技術人員建立了一套能源管理 信息平臺，可達到對各項能源消耗進行監(jiān)測和控制的目的,，并增加了部分支持工業(yè)網絡功能 的測量儀表,，還將以太網接口、互聯(lián)網,、工業(yè) 網絡結合,，設計并實施了局域網組建的能源管理系統(tǒng),，對能源數(shù)據(jù)進行實時采集、實時傳輸及監(jiān)控調配,。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 能源管理平臺設計

　　2.1 能源管理網絡構建

　　化工企業(yè)生產中各分廠,、車間,、工段數(shù)據(jù)采集點分散且距離很遠，數(shù)據(jù)采集及傳輸較困難,。新疆天業(yè)化工有限責任公司通過構建基礎硬件網絡,，實現(xiàn)以類別、地點為單位的現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集計量,，其中較為重要的設施與數(shù)據(jù)采用單點測量模式,。采集與監(jiān)測控制點 包括：8個天然氣測量點、25個水測量點,、19個蒸汽測量點,、31個電耗測量點和3個固體原料測量點。

　　能源管理網絡構建示意圖見圖1,。

圖1 能源管理網絡構建示意圖

　　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、基于實時工業(yè)以太網EPA的控制系統(tǒng),，它利用一些既定協(xié)議,，將分布在現(xiàn)場的若干個小系統(tǒng)、控制設施,、監(jiān)視與操作設備連接起來,，完成生產操作過程中的測量和控制,，滿足生產與應用的需求。此套控制系統(tǒng)充分應用現(xiàn)場總線技術,、工業(yè)以太網技術,、高速網絡通信與信號處理技術以及可靠的軟件平臺和軟件設計技術，該系統(tǒng) 全數(shù)字化,、結構靈活,、功能完善、界面開放,，更能適應復雜的應用要求 ,。

　　EPA一100控制系統(tǒng)整體結構由現(xiàn)場設備(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(由工程師站、操作員站,、服務器站,、數(shù)據(jù)管理站等構成)及通信網絡(網橋鏈接設備、現(xiàn)場設備網,、過程信息網)等構成,。

　　能源管理網絡構建硬件連接示意圖見圖 2。

圖 2 能源管理網絡構建硬件連接示意圖

　　該系統(tǒng)硬件配置有如下特點,。

　　(1) 采用了現(xiàn)場 網絡通訊控制器與數(shù)據(jù)測量網絡通訊控制器,，其中1上行口是標準的 MODBUS TCP/IP協(xié)議，另外具有4個下行串口RS485通訊協(xié)議MODBUS,，每個通訊口可連接32臺儀表,，在全廠范圍內將分散測量點合理控制在允用范圍

　　(2)在變配電間,、設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)場主要設備及工藝監(jiān)測點分別安裝天然氣,、水,、電、蒸汽等測量儀表,，以便及時校準,。

　　(3)所有儀表可 以分別對流量、溫度,、壓力,、電量等進行測量，均支持HART通訊協(xié)議,，且具有RS485通訊口,，可完成流量計與轉換器之間的實時通訊,。

　　(4)上位機采用DELL3600工業(yè)控制電腦，與人機接口匹配,。

　　圖3為能源網絡控制站組態(tài)簡圖,。

圖 3 能源管理網絡控制站組態(tài)簡圖

　　2.3 軟件配置

　　在軟件配置方面，采用浙大中控技術股份有限公司工業(yè)自動化組態(tài)軟件流程圖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)過程包括流程圖界面組態(tài)、流程圖設備組態(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 機中，與下位機匹配設計,，用于與EPA-1O0下位機系統(tǒng)和串口轉以太網協(xié)議轉換器進行通訊,，在局域網上作為服務器的終端機進行安裝。

　　軟件配置方面有如下特點,。

　　(1)AdvanTrol—Pro系統(tǒng)是具有基于實時數(shù)據(jù)庫,、關系數(shù)據(jù)庫的綜合應用的擴展框架,，其主要功能有：完成用戶對位號的數(shù)據(jù)查詢管理,；通過設計網頁上的插件，使用戶能夠看到 流程圖,、趨勢分析圖,；對數(shù)據(jù)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視等,；同時也是一個可以開發(fā)基于實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫的綜合應用的擴展框架,。

　　(2)AdvanTrol—Pro系統(tǒng)是基于WindowsXP平臺上的功能強大的上位計算機監(jiān)控和數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng),，主 要功能包括：用流程圖實現(xiàn)24h在線監(jiān)控展現(xiàn),；用趨勢圖實時展示各位號,、各時間段趨勢圖信息,；自定義報表程序可以依據(jù)生產需要制作報表,。

　　(3)AdvanTrol—Pro系統(tǒng)是具有可擴展權限的管理系統(tǒng),，功能強大且實用,。主要用于完 成過程監(jiān)控,、與下位機控制站通訊,、標準接口,、編程接口,、變量記錄,、報警存檔、報表設計 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)進行相互連接并實時使用,。

　　2.4 能源監(jiān)控和管理

　　在下位機硬件和上位機軟件系統(tǒng)平臺搭建完成后,，可以利用工業(yè)組態(tài)軟件平臺設計監(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)的實時顯示與分析、歷史記錄與趨勢查詢,、各種報表與統(tǒng)計等,，如系統(tǒng)功能實時顯示現(xiàn)場生產數(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)化工有限責任公司總畫面監(jiān)控圖),，可根據(jù)生產需要對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集 統(tǒng)計與運算處理,，并通過各種形式實時顯示。

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  平臺架構介紹

　　安科瑞能源管控系統(tǒng)采用分層分布式網絡結構,，具有良好的可靠性與實時性,，主要由現(xiàn)場設備層（能源計量終端）、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)的全部結構,。能源管理系統(tǒng)總體設計結構按照能源管理的基本結構設計，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、折標值,、能源成本,、能源消耗趨勢、分項能耗占比,、區(qū)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態(tài),。

　　3.2.2實時監(jiān)控

　　對企業(yè)各點位的能源使用,、報警等情況進行實時的監(jiān)控,。以便企業(yè)用戶能夠實時的監(jiān)測各個點位的運作情況,，同時能更快速的掌握點位的報警,。

　　3.2.3用能統(tǒng)計

　　從能源使用種類,、監(jiān)測區(qū)域,、生產工藝/工段時間,、分項等維度,，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,、同比,、環(huán)比分析,、折標對比，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方,，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費,。

　　3.2.4單耗統(tǒng)計

　　與企業(yè)MES系統(tǒng)對接,，通過產品產量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖,，并進行同比和環(huán)比分析,。以便企業(yè)能夠根據(jù)產品單耗情況來調整生產工藝,，從而降低能耗,。

　　3.2.5績效分析

　　對各類能源使用、消耗,、轉換,，按班組、區(qū)域,、產線,、工段等進行日、周,、月,、年、時段,，結合能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核,，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節(jié)能潛力。

　　3.2.6能耗預測

　　通過對企業(yè)生產工藝,、生產設備等的能耗使用情況進行分析，建立能耗計算模型,，根據(jù)人工智能算法對數(shù)據(jù)和模型進行修正,，對未來企業(yè)能耗趨勢進行預測分析，為節(jié)能提供決策依據(jù),。

　　3.2.7運行監(jiān)測

　　系統(tǒng)對區(qū)域,、工段、設備能源消耗進行數(shù)據(jù)采集,，監(jiān)測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(tǒng)一次運行監(jiān)視,。可直接從動態(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,、設備運行情況、運維情況等進行統(tǒng)計分析,，讓用戶了解系統(tǒng)的運行情況,，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎，方便用戶發(fā)現(xiàn)設備異常,，從而找出提高點,，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(jiān)視,、異常報警等。

　　3.3工業(yè)能耗平臺設備選型

表1 工業(yè)能耗管理設備選型表

　　4 結束語

　　新疆天業(yè)化工有限責任公司能源管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集器實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,、蒸汽等消耗進行實 時在線監(jiān)測和管理。該系統(tǒng)可查詢實時能耗數(shù)據(jù),，詳細分析能耗數(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,，實現(xiàn)對耗能設備的管理,。同時，系統(tǒng)強大 的存儲記憶功能可以形成歷史數(shù)據(jù)庫并進行分類查詢,，還可根據(jù)生產需要打印及生成報表 并實現(xiàn)報警功能,。公司管理層、系統(tǒng)管理人員及授權用戶通過網絡相關IP地址登錄,，可以進行遠程訪問,，隨時隨地查詢相關能源的消耗情況，為節(jié)能降耗工作提供依據(jù)。

　　新疆天業(yè)化工有限責任公司能源管理裝置配套自動化控制系統(tǒng)投入運行后,，生產工藝更 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,，為后續(xù)節(jié)能改造工作提供真實可 靠的數(shù)據(jù)依據(jù)及指導方向,，值得在行業(yè)中推廣應用。