摘要:能源管理系統(tǒng)在鋼鐵行業(yè)中的應用是鋼鐵行業(yè)信息化,、數(shù)據(jù)化,、智能化發(fā)展的重要表現(xiàn),也是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)智能制造與精細化管理的重要舉措。鑒于此,從能源管理系統(tǒng)在鋼鐵行業(yè)中的應用意義出發(fā),就能源管理系統(tǒng)應用現(xiàn)狀進行了簡要分析,并結合鋼鐵行業(yè)特征與智能創(chuàng)造目標,設計一種能源管理系統(tǒng),。通過系統(tǒng)架構與功能分析,確定該系統(tǒng)能夠與智能化配電系統(tǒng),、自動化管理系統(tǒng)、資源計劃系統(tǒng)等互聯(lián)互通,實現(xiàn)對鋼鐵公司能源運營狀況全面化,、精細化,、智能化管控,利于企業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展,。

關鍵詞:智能化配電系統(tǒng);能源管理;鋼鐵;智能化;信息化

0,、引言

鋼鐵工業(yè)是我國工業(yè)體系中的重要組成部分，在促進社會進步,、經(jīng)濟發(fā)展,、技術繁榮等方面發(fā)揮著至關重要的作用?；诮┠赇撹F工業(yè)的高速發(fā)展,，鋼鐵生產(chǎn)制造的自動化水平、數(shù)字化水平,、信息化水平不斷提高,，在一定程度上導致鋼鐵能源供需匹配、鋼鐵制造工藝方法使用,、鋼鐵生產(chǎn)流程銜接,、鋼鐵各種流調(diào)度流通等發(fā)生巨大改變，能源資源智能化配置管控成為鋼鐵工業(yè)新時期建設與發(fā)展的客觀需求與必然趨勢,。智能化配電系統(tǒng)及智能化能源管理系統(tǒng)能夠?qū)Χ喾N能源介質(zhì)進行精細化管控,，能夠?qū)崿F(xiàn)鋼鐵工業(yè)全流程各種流的等科學調(diào)度，切實提高企業(yè)管理水平,，推動企業(yè)高效,、安全,、環(huán)保、穩(wěn)定,、長久發(fā)展,。

1、鋼鐵行業(yè)中能源管理的應用意義分析

(1)智能化配電系統(tǒng)應用意義

基于近些年鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展,，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大,，導致鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)裝置增多，為滿足生產(chǎn)用電需求,，供配電網(wǎng)內(nèi)中低壓變配電所數(shù)量增多,。加之在智能制造進程的不斷推進下，鋼鐵企業(yè)供配電網(wǎng)絡自動化,、信息化水平不斷提高,，對供配電管理提出了更高要求，如何實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)供配電系統(tǒng)管理有效性,、安全性,，促進供配電系統(tǒng)管理智能化、集約化,、透明化,、精細化發(fā)展成為相關人員關注與思考的重要問題。而智能化配電系統(tǒng)的有效設計與科學應用,，能夠滿足鋼鐵企業(yè)供配電系統(tǒng)管理需求,。鋼鐵企業(yè)通過使用智能化配電系統(tǒng)(圖1)可對電力參數(shù)、環(huán)境參數(shù),、運行參數(shù)等進行全面監(jiān)測,，并根據(jù)監(jiān)測結果預測負荷用能，指導企業(yè)節(jié)能減排,；預警電氣設備或系統(tǒng)過載,、過壓、過溫等危險情況,，降低這些危險行為發(fā)生與發(fā)展對企業(yè)安全生產(chǎn)的不利影響,；監(jiān)視設備運行故障與電能質(zhì)量問題，以便運維人員及時發(fā)現(xiàn)和處理故障,，防止事故擴散,，從而將事故影響降至*低。鋼鐵企業(yè)通過使用智能化配電系統(tǒng)可實現(xiàn)對資產(chǎn)管理(如資產(chǎn)存檔快查,、評估等),、運維管理(如流程規(guī)范、運維追蹤、案例存儲等),、能源管理(如能源使用監(jiān)測,、能耗統(tǒng)計、能耗評估等)的集成化,、精細化管控。

(2)能源管理系統(tǒng)應用意義

能源短缺與環(huán)境污染是我國各領域建設與發(fā)展過程中關注的重點問題,。鋼鐵行業(yè)不僅是能耗大戶,，也是污染物排放大戶。從生產(chǎn)工藝角度來看,，多數(shù)鋼鐵企業(yè)采用“燒結——煉鐵——煉鋼——軋制"工藝流程進行生產(chǎn),，涉及原料廠、燒結廠,、焦化廠,、煉鐵廠、煉鋼廠,、軋制廠等諸多生產(chǎn)設施,。據(jù)統(tǒng)計燒結工序能耗可達到48kgce/t左右，焦化工序能耗可達到103kgce/t左右,，煉鐵工序能耗可達到386kgce/t左右,，煉鋼工序能耗可達到54kgce/t左右、噸鋼電耗可達到456~462kWh/t,，噸鋼新水消耗可達到2.45~2.56m3/t等,，綜合能耗約為545~552kgce/t。從生產(chǎn)排放角度來看,，鋼鐵行業(yè)碳排放量僅次于電力行業(yè),，占全國碳總排放量的13%~15%，此外二氧化硫,、氮氧化物,、煙粉塵、廢水等排放量也位居工業(yè),。因此,，在新時期發(fā)展中，如何在保證生產(chǎn)質(zhì)量,，提高生產(chǎn)效率的同時,，降低資源能源消耗，減少環(huán)境生態(tài)負荷,，實現(xiàn)能源精細化管理成為企業(yè)以及相關人員關注與思考的重點問題,。能源管理系統(tǒng)作為鋼鐵企業(yè)信息化系統(tǒng)重要組成部分，其在資源能源數(shù)據(jù)采集,、分析,、整理,、存儲、利用等方面的優(yōu)勢為鋼鐵企業(yè)能源管理智能化,、精細化發(fā)展提供了支持,。目前，鋼鐵企業(yè)應用的能源管理系統(tǒng)能夠?qū)Χ喾N能源介質(zhì)(各種氣,、各種水,、采暖熱網(wǎng)、電力等)信息,，如壓力,、溫度、濃度,、流量,、運行狀態(tài)、開閉信號等進行監(jiān)視管控,，也能夠?qū)ξ廴疚镄畔?，如濃度、流量,、排放總量,、污染指?shù)等進行監(jiān)視管控，從而為能源分配利用,、設備維修養(yǎng)護,、污染預防控制等提供指導。與此同時,，能源管理系統(tǒng)能夠與其他信息化管理系統(tǒng)互聯(lián)互通,，進一步提高企業(yè)管理水平。促進鋼鐵企業(yè)高效化,、環(huán)?；⒐?jié)能化,、專業(yè)化,、科技化、創(chuàng)新化發(fā)展,。

2,、鋼鐵行業(yè)中能源管理系統(tǒng)應用現(xiàn)狀及存在的問題分析

鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)是一種集制造過程監(jiān)控、能源資產(chǎn)管理,、能源資產(chǎn)調(diào)度等功能為一體的管理系統(tǒng),，其有效應用對企業(yè)能源利用率提高、企業(yè)能源管理質(zhì)量提高存在積極影響，是新時期企業(yè)實現(xiàn)綠色化,、信息化,、創(chuàng)新化發(fā)展的重要手段?？v觀鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)應用現(xiàn)狀,，發(fā)現(xiàn)能源管控系統(tǒng)的應用仍存在諸多問題，有待在后續(xù)研究發(fā)展中改進,、完善,、優(yōu)化。例如,，能源數(shù)據(jù)采集缺乏準確性,、全面性,；能源管理系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間融合有限,，易產(chǎn)生信息孤島問題；現(xiàn)場裝備集成度不夠高,，設備監(jiān)管的離散性較高,；系統(tǒng)通訊存在一定滯后性，事后管理現(xiàn)象屢見不鮮等,。

3,、鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)優(yōu)化設計分析

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+"理念以及“加快建設制造強國與網(wǎng)絡強國"任務的提出，鋼鐵企業(yè)應促進鋼鐵制造管理與信息技術的深度融合,，積極優(yōu)化能源管理系統(tǒng),，實現(xiàn)物質(zhì)流、信息流,、能源流一體化智能調(diào)度與管控,，從而有效解決傳統(tǒng)能源管理系統(tǒng)應用問題，促進能源管理系統(tǒng)應用作用*大化發(fā)揮,，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)能源精細化管理,，推動鋼鐵企業(yè)綠色化、自動化,、創(chuàng)新化,、智能化發(fā)展。

(1)智能化能源管理系統(tǒng)主要架構

根據(jù)鋼鐵企業(yè)特征結合“智能制造"對鋼鐵企業(yè)建設與管理的要求,，鋼鐵企業(yè)應以系統(tǒng)安全運行,、制造節(jié)能減排、全流程能源協(xié)同優(yōu)化控制為目標,，以計算機技術,、互聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)技術、云技術,、物聯(lián)網(wǎng)技術,、信

息通訊技術等為支撐，搭建智能化能源管理系統(tǒng),。根據(jù)智能化能源管理系統(tǒng)功能對其架構進行劃分,，可分為數(shù)據(jù)中心層側(cè)重于鋼鐵企業(yè)各種流的調(diào)度管控，包括生產(chǎn)原料,、燃料,、材料等物質(zhì)流調(diào)度管控；電能,、水能,、氣能、熱能,、機械能等能量流調(diào)度管控,；生產(chǎn)制造、運營管理等過程中產(chǎn)生各種信息的信息流調(diào)度管控,。協(xié)同管控層則是根據(jù)各種信息對能源資產(chǎn)進行高效高質(zhì)量匹配,，切實提高企業(yè)生產(chǎn)、管理質(zhì)量和效率,，*大程度提高對各種能源,、資產(chǎn)的利用率。智能管控層進一步提高能源管理系統(tǒng)智能化水平,，實現(xiàn)對企業(yè)全流程的智能化監(jiān)測,、調(diào)度、管控,。

(2)智能化能源管理系統(tǒng)設計要點

1）明確系統(tǒng)之間的關系,，提高系統(tǒng)交互性

提高智能化能源管理系統(tǒng)與其他信息化管理系統(tǒng)的交互能力，對智能化能源管理系統(tǒng)作用充分發(fā)揮存在重要影響,。故在系統(tǒng)設計與建設過程中需要綜合考慮能源管理系統(tǒng)與鋼鐵企業(yè)其他信息化管理系統(tǒng),，如基礎自動化系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng),、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng),、企業(yè)資源計劃系統(tǒng)等關系，從而準確確定能源管理系統(tǒng)在企業(yè)信息化管理系統(tǒng)架構中的位置,。通常情況下,，能源管理系統(tǒng)主要面向企業(yè)及業(yè)務管理層人員服務，對數(shù)據(jù)信息的可控性,、關聯(lián)性具有較高要求,。能源管理系統(tǒng)需要為企業(yè)運營提供準確,、全面信息，以滿足企業(yè)生產(chǎn)計劃,、采購計劃,、資本計劃、能源計劃等需求,，故能源管理系統(tǒng)應具備較強的物質(zhì)流(圖2),、信息流、能源流,、資金流等協(xié)調(diào)控制能力,。基礎自動化系統(tǒng)與過程控制管理系統(tǒng)側(cè)重于設備運行狀態(tài)等基礎數(shù)據(jù)管控,，對數(shù)據(jù)信息準確性,、時效性具有較高要求。生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)側(cè)重于鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理,，包括生產(chǎn)計劃執(zhí)行管控,、生產(chǎn)能源消耗管控等，該系統(tǒng)可將過程控制管理系統(tǒng)與能源管理系統(tǒng)有效銜接,，進一步提高鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運營管控水平,，消除鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中的各種不確定性問題,。故在鋼鐵企業(yè)信息化管理系統(tǒng)中在鋼鐵企業(yè)信息化管理系統(tǒng)中,，基礎自動化系統(tǒng)與過程控制管理系統(tǒng)位于架構底層，生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)位于信息化管理系統(tǒng)架構底層,，能源管理系統(tǒng)位于架構頂層,。

2）根據(jù)鋼鐵企業(yè)特征，給予系統(tǒng)設計綜合考慮

鋼鐵企業(yè)能源介質(zhì)管網(wǎng)分布廣泛,，對能源介質(zhì)輸送具有較高要求,，如何提高能源介質(zhì)輸送連續(xù)性、持久性,、安全性,、快速性、經(jīng)濟性,，成為鋼鐵企業(yè)能源管理思考的重點問題之一,。對此，智能化能源管理系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)中的應用,，需要具備較強的能源動態(tài)調(diào)節(jié)平衡能力,。這就需要從能源介質(zhì)輸送監(jiān)控能力、能源動態(tài)調(diào)節(jié)能力,、能源介質(zhì)信心采集處理能力,、能源介質(zhì)輸送故障分析處理能力,、能源計劃調(diào)整能力、能源平衡預測能力等方面對智能化能源管理系統(tǒng)設計進行綜合考慮,，以保證企業(yè)在系統(tǒng)支持下對能源介質(zhì)輸送管理做出科學決策,。

3）根據(jù)企業(yè)能源管理要求，科學規(guī)劃系統(tǒng)功能

鋼鐵企業(yè)應用能源管理系統(tǒng)的主要目的是提高能源利用率,，保證能源生產(chǎn),、轉(zhuǎn)換、消費平衡,，促進企業(yè)生產(chǎn)健康,、穩(wěn)定、長久發(fā)展,。因此,，鋼鐵企業(yè)的智能化能源管理系統(tǒng)一方面需要對能源使用進行管理，另一方面需要對能源成本進行管理,。其中能源使用管理側(cè)重于物質(zhì)流管控,，能源成本管理側(cè)重于資金流管控。且滿足企業(yè)能源管理需求,，智能化能源管理系統(tǒng)需要具備能源設備監(jiān)管,、能源計劃監(jiān)管、能源平衡監(jiān)管,、能耗實績監(jiān)管,、能源預測監(jiān)管等功能。就能耗實際管理而言,，鋼鐵企業(yè)通過智能化能源管理系統(tǒng)能夠根據(jù)企業(yè)實際情況建立能源消耗預測模型,，并在能耗歷史信息、生產(chǎn)計劃信息,、能源供需計劃信息等支持下,，完成能耗預測，從而為企業(yè)能源管理計劃制定提供依據(jù),，提高能源利用率,。就能源平衡監(jiān)管而言，鋼鐵企業(yè)通過智能化能源管理系統(tǒng)能夠系統(tǒng),、準確,、全面、動態(tài)掌握電能源,、水能源,、氣能源等購入情況、存儲情況,、利用情況,、輸送分配情況,、終端使用情況等，并對其進行監(jiān)視,、調(diào)度,、控制，保證能源介質(zhì)在各環(huán)節(jié)安全,、可用,。與此同時，企業(yè)借助系統(tǒng)能夠?qū)⒛茉磾?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為碳排放數(shù)據(jù),，實現(xiàn)各分廠或各業(yè)務污染排放智能分析,，讓企業(yè)管理人員更加直觀了解各分廠或各業(yè)務污染狀況，便于企業(yè)管理人員發(fā)展污染排放管理問題,，從而針對性制定科學,、合理、有效減排降污方案,。

4）合理選擇系統(tǒng)實現(xiàn)技術,，保證系統(tǒng)功能有效發(fā)揮

系統(tǒng)的實現(xiàn)離不開各類技術支持。對此,，在系統(tǒng)設計開發(fā)過程中應給予系統(tǒng)實現(xiàn)技術高度重視,。由于鋼鐵企業(yè)能管管理范圍為全鋼鐵廠，故將系統(tǒng)設計為多層分布式結構,，確保系統(tǒng)運行安全,、可靠的同時，提高系統(tǒng)維修簡便性,。選擇客戶/服務器網(wǎng)絡通信模式,，并引入以太網(wǎng)通信技術,、現(xiàn)場總線通信技術,、無線傳感技術以及Modbus-RTU、IEC61850,、ModbusTCP/IP等多種通信協(xié)議,，滿足系統(tǒng)內(nèi)部通信需求、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間通信需求,。采用模塊化設計法,，根據(jù)系統(tǒng)主要功能將其劃分為多個子系統(tǒng)，以滿足不同用戶管理需求,。同時子系統(tǒng)設計中,，能源介質(zhì)按類型歸類，工作人員能夠針對某種介質(zhì)查閱歷史信息,。為提高信息利用效率,，系統(tǒng)依托數(shù)據(jù)挖掘技術,、數(shù)據(jù)庫技術、專家知識系統(tǒng)技術等,，能夠自動生產(chǎn)各類報表,，并以多種形式進行可視化顯示，同時系統(tǒng)具備信息追蹤能力,，便于溯源管理,。系統(tǒng)依托云技術不僅能夠通過互聯(lián)網(wǎng)登錄，也可以通過移動終端登錄,，實現(xiàn)對能源的遠程管控,。

4、Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺,，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標準,，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器,，選配網(wǎng)關,，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙,、電氣安全監(jiān)測,、電能質(zhì)量分析、用電管理,、預付費管理,、充電樁管理、智能照明管理,、異常事件報警和記錄,、運維管理等功能，并支持多平臺,、多語言,、多終端數(shù)據(jù)訪問。

（2）應用場所

本平臺適用于公寓出租戶,、連鎖小超市,、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商,、小型物業(yè),、智慧城市、變配電站,、建筑樓宇,、通信基站、工業(yè)能耗,、智能燈塔,、電力運維等領域,。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

• 電力集抄

電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析,、預警及綜合展示,，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測',、遙信,、遙控控制，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理,；在數(shù)據(jù)資源管理方面,，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進行日報,、月報和年報查詢或打印,，提高工作效率，節(jié)約人力資源,。

變壓器監(jiān)控

配電圖

• 能耗分析

能耗分析模塊采用自動化,、信息化技術，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集,、過程監(jiān)控,、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動化,、科學化管理,，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機結合起來,，運用先進的數(shù)據(jù)處理與分析技術,，進行離線生產(chǎn)分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度,，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡,、有效利用能源，提高能源質(zhì)量,、降低能源消耗,，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

• 預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配,，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑,、通訊管理機,、儀表及默認參數(shù)進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶,、銷戶,、遠程分合閘,、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電,、退電,、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水,、退水,、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電,、售水財務報表,、用能報表、報警報表等查詢,，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢,，都支持excel格式導出。

預付費看板

• 充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術,，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓,、欠壓,、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能,，包括城市級大屏,、交易管理、財務管理,、變壓器監(jiān)控,、運營分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能,。

充電樁看板

• 智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明,、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等,，降低路燈設施的維護難度和成本,，提升管理水平，并達到一定節(jié)能減掛的效果,。

監(jiān)控頁面

• 安全用電

安全用電采用第一時間的排查和治理,，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然"的目的,。

• 智慧消防

通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析,、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理,、落實多元責任監(jiān)管等目標,。原先針對“九小場所"和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白,，適應于所有公建和民建,，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化",、“智能化",、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細化"的實際需求,。

（5）系統(tǒng)硬件配置

5、結束語

智能化配電系統(tǒng)與智能化能源管理系統(tǒng)是基于云技術,、大數(shù)據(jù)技術,、物聯(lián)網(wǎng)技術、人工智能技術,、移動通信技術等推廣應用下形成的管理系統(tǒng),。在鋼鐵制造中，智能化配電系統(tǒng)應用的關鍵在于對鋼鐵企業(yè)電力設備進行自動化、智能化管理,，以*大程度保證電力設備運行安全,、穩(wěn)定；智能化能源管理系統(tǒng)應用的關鍵在于整合鋼鐵制造全流程各種能源介質(zhì),，實現(xiàn)能源統(tǒng)籌管理與動態(tài)調(diào)度,，提高企業(yè)能源資源利用率?；谥悄芑潆娤到y(tǒng)及能源管理系統(tǒng)的有效應用,，可促進鋼鐵企業(yè)綠色化、信息化,、智能化,、創(chuàng)新化發(fā)展，保障鋼鐵企業(yè)長期安全,、穩(wěn)定,、健康運行。

安科瑞侯文莉