在鋼鐵企業(yè)智慧能源管控系統(tǒng)建立過程中，其平臺主要通過采集并整合煤氣、氧氮氬氣、水電、蒸氣以及天然氣等能源流數據，來實現(xiàn)能源流、物質流以及信息流相統(tǒng)一，為鋼鐵企業(yè)能源管控提供遠程控制、規(guī)律分析以及決策優(yōu)化等一站式能源管控服務。同時，平臺充分利用了大數據技術的手段，提供了能源消耗評價、平衡預測以及多能源介質耦合優(yōu)化等分析服務，使鋼鐵企業(yè)能夠多方面了解到當前能源生命周期的管理與應用情況，診斷能源使用期間所出現(xiàn)的各種異常問題，從而提高能源介質的轉化效率，降低鋼鐵企業(yè)生產成本，帶來較大的能源價值。
鋼鐵企業(yè)能源管控系統(tǒng)的基本架構
通常情況下，鋼鐵企業(yè)能源管控系統(tǒng)主要是由現(xiàn)場控制層、數據采集層以及應用服務層所構成。底層與上層數據指令分別通過上行與下行通信來完成信息傳遞和遠程控制。首先，現(xiàn)場控制層主要由PLC、RTU和DCS等信息采集設備組合而成。在經過監(jiān)控點采集之后，數據參數可以經過PLC，利用網絡傳入到能源管控系統(tǒng)中，還可以經過現(xiàn)場子站采集之后通過網絡傳入到能源管控系統(tǒng)當中。隨后遠程終端設備可以將測得的各類狀態(tài)轉化為可發(fā)送的數據格式，利用以太網傳輸到能源管控中心，并將中央計算機所傳輸過來的數據轉化為命令，從而對鋼鐵企業(yè)生產設備進行遠程操控。其次，數據采集處理層主要是將實時數據庫作為核心，利用相關工具來完成數據處理與歸檔。數據采集系統(tǒng)通常都包括數據采集與處理、人工錄入以及數據儲存等步驟，其中作為自動采集的補充手段，人工錄入發(fā)揮著至關重要的作用。應用服務層主要包括監(jiān)控系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)兩大部分。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設置主要包括工藝單元與電力需求測系統(tǒng)等模塊，可以對循環(huán)水系統(tǒng)、煤氣柜以及能介管網等單元進行實時監(jiān)控和故障處理。鋼鐵企業(yè)智慧能源管控系統(tǒng)如圖一所示。
圖一 鋼鐵企業(yè)智慧能源管控系統(tǒng)
鋼鐵企業(yè)智慧能源管控系統(tǒng)構建原則
能源單元與管控工藝是基本
將動態(tài)與精細化管理相結合的智慧能源管理系統(tǒng)，可以將各個能源單元核心層進行多方面分析，從而確保能源管控可以在能源專業(yè)方面實現(xiàn)精細化與實用性。同時，結合相關的之智能優(yōu)化系統(tǒng)，可以完成能源動力系統(tǒng)操控、管理以及因素分析智能化發(fā)展。除此之外，動態(tài)精細化管控信息系統(tǒng)，能夠將各個工序作為目標，在計量與信息化系統(tǒng)的支持下，利用全程能源跟蹤實現(xiàn)更加完整且時效較短的成本分析，從而多方面支持鋼鐵企業(yè)與各工序能源結構的完善與調節(jié)，*終使智慧能源管控變得更加客觀與科學。
完善能源基礎管理，構建精益化能源運行管控模式
鋼鐵企業(yè)智慧能源經濟運行目標應當按月設計，多方面實施能源經濟運行日通報、月總結以及周點評。對能源管理專業(yè)考核方法進行完善并嚴格執(zhí)行，貫徹落實責任制與激勵制度，從而將能耗目標的完成情況整合到各個鋼鐵企業(yè)年度考核當中，加強企業(yè)能源動力監(jiān)察的執(zhí)行能力，較大限度地減少資源浪費。另外，整個平臺都要建立于鋼鐵企業(yè)數據中心與私有云端上，以大數據技術為基礎來出臺解決方案，從而利用前臺框架來支持鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)多方位運作。
優(yōu)化能源管控統(tǒng)計、對標與評價方式
在動態(tài)與精細化智慧能源管理信息系統(tǒng)應用期間，可以在智慧層面上，從普通****或縱向對標比較策略向互相結合的狀態(tài)發(fā)生轉變。其中目標與狀態(tài)相結合就是將目標作為根本出發(fā)點，用當前的狀態(tài)來調整目標動態(tài)模式。而且，幾乎左右的管控標準與能效因子都是隨著狀態(tài)變化而改變的，這種分析模式將呈現(xiàn)出更加客觀的特點，并且還可以完成在線運行，保證生命周期內的能源可以實現(xiàn)精細化管理，從而更好地支持鋼鐵企業(yè)能源生產與管理，提高智慧能源管控系統(tǒng)運行的整體效率。
技術方案
遠程集控平臺
在智慧能源管控平臺中，遠程集控系統(tǒng)是十分重要的組成部分，也是平臺順利運行的基礎保障，它主要承擔著三項重要任務：一是確保鋼鐵生產現(xiàn)場操控的穩(wěn)定性，二是利用集控中心對現(xiàn)場站所進行遠程控制，三是為基礎管理系統(tǒng)與智能專家系統(tǒng)提供所有的能源生產與計算數據。
同時，遠程集控系統(tǒng)主要是由趨勢查詢、能源調度、故障排查以及遠程控制等模塊組成，在本地設備優(yōu)化升級與自動化改造基礎上，將生產現(xiàn)場不同型號的控制系統(tǒng)結合在一起，連接控制系統(tǒng)和智能網關設備。集控中心端配置了高新更服務器群，利用1：N互為冗余的分布式結構，從而確保系統(tǒng)可以更加穩(wěn)定、可靠的運行。在遠程控制系統(tǒng)的幫助下，不同區(qū)域與不同介質的站所，可以結合工藝相關性進行重組優(yōu)化，實現(xiàn)站所室集中操控與故障實時掌握，并對其中的故障原因進行分析，從而大幅度提高工作人員的效率。
基礎能源管理系統(tǒng)
基礎能源管理系統(tǒng)可以在采集并整合鋼鐵企業(yè)分公司MES和ERP系統(tǒng)數據的基礎上，對年月日計劃數據進行詳細制定與管理，結合實時計量數據，劃分出不同時期的輸出報表，提供生產運行支持管理與能源事故管理。同時還可以對鋼鐵企業(yè)核心能源設備的原始設計參數與維修信息進行管理。通過對比五種主要功能介質的消耗與成本，可以從不同層次進行對比、環(huán)比和分析。此外，在基礎能源管理系統(tǒng)應用基礎上，可以實現(xiàn)數據不落地式的管理，也就是數據統(tǒng)計、財務結算、應用分析全部都由系統(tǒng)完成，實現(xiàn)能源管理分析自動化與準確化?；A能源管理主要包括以下八大模塊，如圖一所示。
能源計劃管理
鋼鐵企業(yè)、產線以及機組中的煤氣、水電、氧氣、氮氣以及氬氣等動力能源介質供應都需要歷史計劃數據的查詢與管理。
報表與實際績效管理
鋼鐵企業(yè)、產線、工序以及機組各能源介質報表的生成與打印。
能源質量管理
定期維護、事故管理以及檔案管理、
能源設備管理
預防性維修管理、事故管理、缺陷管理以及檔案管理。
運營支持管理
關鍵能源的作業(yè)計劃設定、審批以及履歷管理，應急預案檢索實現(xiàn)能源作業(yè)、辦公管理信息化，實現(xiàn)信息共享與信息傳遞網絡化，為鋼鐵企業(yè)**辦公提供可靠的信息支持。
移動點巡檢管理
為巡檢人員提供便捷且**的輔助性工具，使點檢人員通過掃二維碼就可以完成設備點檢，從而實現(xiàn)對鋼鐵生產設備進行實時管理。作為遠程集控過程中的關鍵輔助手段，移動點巡檢發(fā)揮著至關重要的作用。輔助點巡檢人員通過日常的點檢、巡檢等工作。能夠開創(chuàng)集控時代下的全新點檢模式。
人員交接管理
接收移動點巡檢軟件上所上傳的巡檢人員位置信息，并將其上傳到接班日志查詢功能上。
綜合分析功能
此功能主要包括鋼鐵企業(yè)生產成本分析、績效分析、對比分析以及能源指標分析等基礎分析功能。
圖二 基礎能源管理模塊
智能化專家系統(tǒng)
智能專家系統(tǒng)充分利用了大數據與機理相結合的措施，提供了能源消耗分析、能效影響分析以及平衡預測分析等相關服務，從而使鋼鐵企業(yè)可以實時且多方面地掌控能源整個生命周期管理與具體應用現(xiàn)狀，診斷能源在各使用環(huán)節(jié)出現(xiàn)的各種異常問題，預制能源流的消耗發(fā)展趨勢，提供能源綜合優(yōu)化方案，從而減少能源介質的放散損失，提高能源介質轉化效率，降低企業(yè)的能源成本，使有限的能源可以發(fā)揮出更高的價值。從整體劃分情況來看，智能化專家系統(tǒng)主要分為以下幾個模塊：
一是能效專家系統(tǒng)。它可以針對加熱爐、熱風爐以及燒結機等能效評價優(yōu)化模型，開展實時診斷與評價，在線提供專家優(yōu)化方案，指導其在現(xiàn)場的操作，例如在加熱爐煤氣燃燒模型應用中，實現(xiàn)加熱爐全自動智能燃燒控制，可提高物料加熱質量，有利于全線穩(wěn)定生產，提高產品質量，同時降低煤氣消耗，減少氧化燒損，節(jié)約工序成本，確保煙氣達標排放。同時對海量的歷史現(xiàn)場操作與工藝數據等能耗數據進行操作，在整合能源流數據和物質流數據的基礎上，建立起物質流中生產組織和能耗影響分析模型，從而通過模型訓練與優(yōu)化來確定能耗影響因素與影響這一因素的權重。
二是煤氣專家系統(tǒng)。它可以建立起不同場景、時段的煤氣發(fā)生量與消耗量預測模型，對煤氣管網平衡性進行調度。在煤氣專家應用過程中，大數據技術應用的核心都集中在構建煤氣發(fā)生量、消耗量預測模型方面。建立起能源平衡數據模型，模型可以根據當班的鐵水產量、鋼水產量和焦炭產量，以及各用戶產量，超前計算出每小時和每班高爐煤氣、轉爐煤氣和焦爐煤氣的發(fā)生量、消耗量，提前預告發(fā)電機調控煤氣使用量，減少煤氣放散。
三是發(fā)電專家系統(tǒng)。構建完整的發(fā)電機組與鍋爐機組效率模型，提高鋼鐵企業(yè)發(fā)電機組的運行效率，同時還可以對發(fā)電機組的各運行參數進行裂化分析與故障預測。同時，熱效率模型主要是挖掘歷史發(fā)電機組運行效率和鍋爐操作工藝參數數據，構建影響分析與預測模型，了解其對發(fā)電機組運行效率的影響，利用這些影響因子來預測發(fā)電機組的實際運行效率，從而確保在發(fā)電機組出現(xiàn)異常問題時，系統(tǒng)中包含的專家知識庫可以及時給出優(yōu)化方案，指導操作人員完成系統(tǒng)優(yōu)化，提高發(fā)動機組的綜合效率。
四是多介質耦合優(yōu)化。構建起集煤氣、蒸汽以及電等多能源耦合優(yōu)化模型，進而完成多能流協(xié)同分配，帶來很大價值。同時，根據煤氣富余量、蒸汽需求量以及電需求量預測模型，結合峰谷平電價的差異，來完成動態(tài)規(guī)劃，從而對發(fā)電機組煤氣消耗量與蒸汽量進行合理分配。
五是碳排放專家。建立起關于碳排放計算與分析模型，對影響企業(yè)碳排放的因素進行綜合分析，在完善工藝與生產組織的基礎上，降低鋼鐵企業(yè)碳排放量，從而實現(xiàn)綠色制造。
六是氧氣專家。可以構建多個場景時段的氧氣消耗量預測模型，對氧氣管網平衡調度進行完善，堅強制氧機的運作負荷。在氧氣專家當中，大數據技術一般都會應用在制氧機負荷調整以及專家知識庫建設期間。從而實現(xiàn)知識庫的結構化發(fā)展。
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