EMS系统在钢铁厂能源中心的应用

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 自动化与仪器仪 年第 期 总第 期 文章编号 一 一 一 汉 系统在钢铁厂 能源 中心 的应 用 冯 晶 , 田小果 中冶赛迪技术股份有限公司 重庆 , 旧 摘 要 介绍了钢铁厂能源中心采用计算机网络构成的集中管理和远程遥控遥测 的能源管理系统 简称 系统 , 了系统的软硬件结构 、 数据的采集和监控理念 , 并对该系统主要功能的实现进 行了描述 。 关键词 能源中心 系统 应用 卿 , , 卿 中图分类号 文献标识码 能源中心的任务 现代化的钢铁企业必需有一个庞大的能源系统为 钢铁生产的持续 、顺利运行提供保证 。 能源消耗接近 生产成本的 , 因此以节能降耗为 目标的管理就显 得非常重要 , 而且钢铁厂污染环境的直接来源主要是 耗能工段 , 合理使用能源是能源管理的任务之一 。 总 而言之 , 能源 中心的任务就是保质保量用好能源为钢 铁生产服务 。 钢铁厂 的能源介质有煤 动力煤 和炼焦 的洗精 煤 、电 、重油 、水 、蒸汽 、氧气 、氢气及氮气等 , 一般动力 煤和洗精煤是由物资部门管理 , 其余的能源介质均由 能源部门统一归口管理 。 全厂性的能耗统计分析一般 由总厂生产部门归口 。 钢铁厂 内的各种能源介质系统 如图 所示 。 其特点之一 每一个工艺流程都需要消 耗大量能源 , 又有大量能源可 回收 。 可 回收能源几乎 达到总量的 , 是一笔很可观的财富 。 充分利用 回 收能源是降低成本的重要手段 特点之二 各种介质相 互关联 , 煤气可转换成蒸汽 , 废热也可转换成蒸汽 , 煤 、 重油也都可转换成蒸汽 , 蒸汽可转换成电力 , 煤气也可 直接转换成电力 , 这给予能源调度人员 以种种手段 回 收能量 , 不作任何无效的放散 。 而且这种放散还经常 造成环境污染 。 能源中心设施的具体任务是对全厂需要的各种能 源进行调配 , 首先从回收能源的角度出发 , 调度工作是 当回收的能源有富裕时怎么灵活地想办法 回收 , 使其 不流失 , 如果 回收的能源不够时用什么最经济的介质 来顶替 , 如重油 、动力煤等等 。 集中各种介质的调度管理于能源 中心 , 使各种介 质之间灵活的调度成为可能 , 要更好地实现这个 目的 , 能源中心还需对全厂各变电所 、全厂水处理系统 、动力 系统的加压站 、混合站等可 以无人值班的场所实现远 方监控 。 这种直接的监控不仅节省人力 , 提高工作效 率 , 避免人为的故障 。 除了对数量上的管理 , 对全厂能源介质的质量管 理也是一个重要任务 , 具体内容如各种介质的总管压 力控制 , 像对煤气加压站 、煤气燃烧放散塔进行闭环控 制 对保持主干水管压力稳定的逻辑控制 对蒸汽系统 的平衡控制 。 又如保证混合煤气热值稳定的调节控 制 , 以及主电网电压的稳定管理等等 。 因为实现质量 控制的现场一般无人值班 , 能源中心也就成为唯一监 控介质质量的合适地点 。 综上所述 , 完成这些任务 , 能源中心的能源管理系 统 简称 就必须采集全厂各能源介质主干管网的 信息 、各能源站点的设备运转信息 、生产车间的能耗信 息 、能源介质系统的统计信息 、安全的信息等等 。 才具 备监控条件 , 才有条件对需求进行预测计算 、平衡计 算 、统计计算 , 以实现对能源数量和质量的全面管理 。 此外 , 能源中心还承担了全厂环境状况的监测和 管理 。 收稿 日期 一 一 系统功能 能源中心的能源管理系统的功能分为二级 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 水谏引人 回回回回回回回 收收收收收收 干干干干干熄焦焦焦焦 锅锅锅锅锅锅炉炉炉炉 圈圈圈圈圈圈圈圈圈 钾钾钾钾钾钾钾钾钾钾钾钾钾钾 烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧烧结废热热热 长长 人人人人人人人人人 回收锅炉炉炉 以以 ’’’’’’’’’’’’’’’’ 锅锅锅锅锅 炉炉炉炉炉炉炉炉炉炉炉炉炉炉炉炉炉炉 燕 ····· 一一一一一一一一一一一一一一尸尸尸尸尸 全全全全厂低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低 压压压压锅炉炉炉炉炉炉炉炉炉炉炉 一一一一一一一一一一一一一一一一一 【【【【【【【 习习习习习习习习习习习习习 脚脚脚脚脚 】】】】】】】】】】 丫丫丫丫 耳耳耳耳 沸 下气 ,,, 以以以以明明明明 〔〔二二 一一一 仁二二 一一一一 【【二二二二二 巨二二二二二 仁仁二二 〔二二 盆盆盆盆 扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣扣 合合成转炉煤气气气 材材材材材材材材材材材材材材材 匕匕匕匕匕匕匕匕匕 叫叫叫叫 氧氧氧氧 ’’’’’’ 气气气气 厂厂厂厂 图 钢铁联合企业能源介质系统 计算功能 煤气供需平衡 排水计算 煤气柜位上 下 限和短时煤气供需计算 预预预预预预预预预预预酗功 能能能 设备管理功能能能能源实绩管理理理 电力预侧侧侧 动力设备备件管理理 各种生产报表表表 合成煤气柜位预测测测 动力设备检修计划划 、 定期报表表表 未来 小时能源分配的修正正正正 故障顺序报表表表 能源 中心运行指导和通告告告告 ,,,,,,,,,,, 报报警功能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能 上下 限报警警警警警警警警警警警警警 数据采集系统统事件报警警警 监视功能能能 环保 、氧 、氮 、缸 、高炉煤气 、焦炉煤气 、、 转转转转转转转转转转转转转转炉煤气 、各种水 、电力 、重油 、燕汽等等 数数数数数数数数数数据据 各种能 源设备运行状态态 控控制功能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能 变电所 、煤气站 、水站等遥控控 重油 自动送 油油 煤气混合站站 转炉煤气最佳分配配 煤气柜最佳运转转 管理级 监控级 图 系统主要功能 管理级和监控级 。 管理功能主要包括正常和短时计 划 前者为应对 日生产计划制定 日能源计划 , 后者为应 对实时情况进行各种能源的平衡计算 各种能源 的预 测计算 各种能源和各种能源之间置换的最佳化计算 选定节能措施 。 生产车间或能源设备出现故障等不正 常情况时准备应急 此外还有设备点检 、维护 、保 养和检修计划的安排 各种实绩数据定时归档 对各种 实绩数据进行统计分析和成本分析等等 。 系统的 主要功能概要见图 。 监控功能主要有数据采集 即对各生产车间的能 源消耗 、各能源设备的产能数据 , 各种能源系统的正常 运行和异常情况的数据以及各种能源设备的状态信息 和环保点的数据等的采集 运行情况的监视 , 即对 无人值班的站 、所和有人值班的场所中设备的运行情 况进行监视和对环保数据的监视以及安全监视等等 。 远方操作 , 是指起 、停 、正转 、反转以及给定设定值等指 令性的操作 。 系统还有煤气质量监控功能 , 由智能仪表实 现对各种 闭环调节的设定值给定和实时控制 。 总之 , 设置能源管理系统主要 目的就是通过管理 , © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 使能源的利用最佳化 、动力设备使用合理化 、提高劳动 效率 , 保证全厂 生产计划 的完成 、 降低产品的生产成 本 。 的硬件组成 为能源管理系统 , 是一个分布式结构的计算 机网络控制系统 。 本文描述的 采用德国西门子公 司生产的计算机网络系统 。 的硬件系统由数据采 集站 、服务工作站 、过程工作站构成 。 如图 所示 。 第一层是数据源 图 中未表示 , 作为管理系统 的基础数据 , 数据源来 自各供配电变电所 、水站 、煤气 混合加压站和其它动力设备的站 、房以及各环保检测 点 , 各工艺生产车间能耗检测点 。 这些数据均已通过 变送器转换为 一 信号 。 输人 输出的状态为开 关信号 。 它们均以信号电缆接人数据采集站 。 巨巨二二二二二二二 仁二二二 巨口口口 巨口口 过过程 过程工 万站站站 过程丁作站站站 过程 工作站站站站站站站站站作作站分析析析 动力系与与与与 煤气系统统统 电力系统统统 过程工作站站 历历历历历历历历历历历 史数据据 服服务工作站站站 服务工作站站站 服务 作站站 见 热热热热热热热号变电所所 号变电风风风 号变电所所所 号变电所所所所所 热热 号变电所所所 ,巍巍号变电所所所 受电电电电 图 系统硬件系统示意图 第二层是数据采集站 简称 子站 , 我们以西门子 的 竹 为数据采集站 , 它们分别设置在各供配 电变电所 、水站 、煤气混合加压站等部位 , 零星的数据 就近接人数据采集站 。 第三层是服务工作站 , 该站 内对输人现场数据进 行处理和管理 , 成为过程映像服务器 。 第四层是过程工作站 , 过程工作站又分为监控工 作站 、计算管理工作站 、分析工作站 、历史数据工作站 、 开发工作站等 。 所有数据采集站 、服务工作站和过程 工作站以光纤构成两级 “ 以太 ” 网 , 各站之间所产生和 处理的信息通过该网络进行通讯 , 以实现各种数据资 源的共享 。 来 自各数据源的原始数据经采集站初步处理后通 过“ 以太网 ”传送给服务工作站 , 它也接受过程工作站 传来的指令 , 对现场相应设备进行控制 。 按数据源分 布情况在信息集中点设子站 。 服务工作站是上接过程工作站 , 下联子站的重要 设备 。 服务工作站完成主要的数据处理任务 , 如数据 的短时归档 、过程映象的存放 、更新 , 控制信号的传输 等基本任务 , 同时还必须完成特殊工艺技术计算 。 服 务工作站一般设置在能源 中心机房内 。 服务工作站是 大容量 、高速度的计算机 。 过程工作站显示过程对象的信息 , 为操作人员对 对象系统进行监控提供人机接 口 。 它们的设置按操作 人员分工 , 系统开发 , 维护设于计算机值班室 , 能源监 控过程工作站设于调度室 , 并按专业调度的专业设置 。 过程工作站也是大容量 、高速度的计算机 。 “ 以太网 ” 由光纤组成 。 它是一个具有高性能的通 讯系统 , 其主要功能是各节点间的通讯 。 我们采用的 系统物理上是星型 , 逻辑上是总线型 。 能源中心 系统的信号总量在 《 旧 点左右 , 其中模拟量占 。 随着监控对象响应度不同 , 信号 的采样周期也各不相同 。 由于 系统处理的信息太多 , 因此闭环调节系 统应另建子系统进行监控 。 子系统与主系统保持通信 联络 , 传递监视信息 。 能源中心大屏幕也是一个独立的子系统 。 系统软件的特点 本文所述能源管理系统的软件是模块化的结构 , 核心是过程信息处理模块 , 其它 的输入 输 出信息 、 监 控信息 、数据归档等处理模块连接成系统 。 通过结构 化程序设计和化程序块的使用 , 使程序比较简单 通过使用智能 模块 , 减轻中央处理器和程序编制 的负载 通过使用内部通讯处理器和总线系统 , 可以非 下转第 页 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 发热量 运行结果 生料 变化曲线如图 所示 。 产量增加 。 图 生料 变化曲线 要求熟料率值 二 , 二 要求生料 、 百分含量 工艺员给定 一 参考文献 孙增析 智能控制理论及其应用 〔 〕北京 清华大学出版 社 , 卿 一 周力等一种带折衷因子的 控制的研究〔 安徽工 程科技学院学报 , 以 一 冯青冬等 模糊智能控制【 〕北京 化学工业出版社 , 一 刘春生 , 邹新生 , 吴庆宪一种新颖的模糊控制算法研究〔 南京航空航天大学学报 , , 一 上接第 页 常方便地与其它可编程序控制器或计算机通讯 , 也就 是说系统具有 良好的开放性 。 系统的改造 、扩建等简 单易行 , 为以后工厂的技术改造或扩容打下 了 良好的 基础 。 这些特点现在已是众多软件商的常规产品 , 但 系统还是有些特殊要求的 。 能源中心 与一般工程最大的不同是管理的对 象是整个联合企业的生产车间的能源 , 因此在 停 机时不能影响现场工艺生产的运行 。 二二 计划管理理 系系统开发发 月月月月月月月月月月月月月月 数数据库归档档档 短短短短短短短短短短短短短短短时 ,长时归档档 画画面 、曲线 、信息息息息息息息息息息息 过程映象服务器器显显示 、操作 ·· ‘‘‘ ,, ,, 过过程数据据据据据据据据据据据据据据据据据据据据据据据据 过过过过过过过过程数据据 ⋯ 大 · ⋯⋯处处理理理 行 。 系统的对象设备有几千个 , 每台设备的警报 有几种 , 如此庞大的信号种类 , 因此利用多媒体功能来 进行各种报警成为必要 , 使工作人员很容易区分事态 , 让他心态平稳地进行处理 。 管理系统对数据的安全性要求很高 , 进人系 统的数据不许改写 , 不能丢失 , 一般在各级站内存储时 间是几天 、几月 , 档案可能要求 年 以上 。 为了精简 数据库的规模 , 不同介质的数据采集周期应不同 , 数据 归档也一样 。 大屏幕显示屏 图 软件功能示意图 的监控对象是全厂介质的主干管网 , 监控功 能设计中要突出主干管网这个主题 。 具体动力设备的 运转状态由大屏幕显示 , 监控只短时在工作站终端进 结 语 上面介绍的系统已投人使用 年 , 该厂的能耗已 达到吨钢综合能耗 标煤的水平 , 接近 国际先进 水平 小于 , 节能效果显著 。 节能的效益不是 的独家成绩 , 节能降耗是个系统工程 , 各种能源介 质之间的转换装置 , 介质置换过程的实现手段等等均 需具备经济合理的本质方能凑效 。 仅是系统工程 中的一个环节 , 不过它是指挥环节 , 起关键作用 。 当然 系统由人操作 , 操作者必须有节能意识 , 的作用是 勤勤恳恳地尽责地强有力地支持人的工作 。 我国现阶段国民经济中的能耗比国际的平均水平 要高很多 , 节能是我国经济持续发展的重要政策之一 。 节能不仅是钢铁行业的任务 , 因此本文对各行各业可 能都有些参考意义 。