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能源管理系統(tǒng)在化工企業(yè)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

更新時(shí)間:2021-02-05  |  點(diǎn)擊率:790
劉單單
安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801
 
摘要:認(rèn)為能源管理網(wǎng)絡(luò)能提高能源利用效率,是化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的保障。介紹了能源管理網(wǎng)絡(luò)控制站的軟件、硬件配置及組態(tài)方案。
關(guān)鍵詞:化工;能源管理;節(jié)能降耗;應(yīng)用
 
 
0 引言
        隨著化工企業(yè)的發(fā)展,能源精細(xì)化科學(xué)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(shí)現(xiàn)對(duì)能源(如天然氣、水、電、蒸汽、原料固體等)過(guò)程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集記錄、報(bào)警 分析、監(jiān)控調(diào)配等功能,為有效降低能耗提供技術(shù),減少能源浪費(fèi),提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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(shè)備、節(jié)能幾方面考慮,而管理節(jié)能要從自動(dòng)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(jié)構(gòu)及方式,從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)能耗的精細(xì)化管理。
        常見的能源管理工作,目前仍然處于*手動(dòng)的基礎(chǔ)層面,需要操作人員現(xiàn)場(chǎng)抄表、記 錄,輸入并統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),人工錄人、分析等,此方法技術(shù)陳舊,不能實(shí)時(shí)對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控與分析,并且數(shù)據(jù)上報(bào)滯后、生產(chǎn)調(diào)配滯后,從而導(dǎo)致后續(xù)一系列節(jié)能降耗工作的滯后。對(duì) 于對(duì)精細(xì)化管理要求較高的企業(yè)來(lái)說(shuō),抄錄的過(guò)程數(shù)據(jù)并不能如實(shí)地統(tǒng)計(jì)出能源實(shí)際使用 的實(shí)時(shí)情況,這無(wú)疑是制約企業(yè)生產(chǎn)管理的瓶頸。
        在化工企業(yè)生產(chǎn)中,各車間、各工序所處位置較為分散,各能源現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)較為偏遠(yuǎn),需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集及傳輸更是難上加難。基于此現(xiàn)狀,專業(yè)技術(shù)人員建立了一套能源管理 信息平臺(tái),可達(dá)到對(duì)各項(xiàng)能源消耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的目的,并增加了部分支持工業(yè)網(wǎng)絡(luò)功能 的測(cè)量?jī)x表,還將以太網(wǎng)接口、互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè) 網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合,設(shè)計(jì)并實(shí)施了局域網(wǎng)組建的能源管理系統(tǒng),對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)傳輸及監(jiān)控調(diào)配。通過(guò)以上方式可為企業(yè)提供更為直接的可控?cái)?shù)據(jù),加大能源管理工作的力度。 
 
 
2 能源管理平臺(tái)設(shè)計(jì)
2.1 能源管理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 
        化工企業(yè)生產(chǎn)中各分廠、車間、工段數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分散且距離很遠(yuǎn),數(shù)據(jù)采集及傳輸較困難。新疆天業(yè)化工有限責(zé)任公司通過(guò)構(gòu)建基礎(chǔ)硬件網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)以類別、地點(diǎn)為單位的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集計(jì)量,其中較為重要的設(shè)施與數(shù)據(jù)采用單點(diǎn)測(cè)量模式。采集與監(jiān)測(cè)控制點(diǎn) 包括:8個(gè)天然氣測(cè)量點(diǎn)、25個(gè)水測(cè)量點(diǎn)、19個(gè)蒸汽測(cè)量點(diǎn)、31個(gè)電耗測(cè)量點(diǎn)和3個(gè)固體原料測(cè)量點(diǎn)。
2.2 硬件配置 
        現(xiàn)場(chǎng)硬件配置采用浙大中控技術(shù)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(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EPA的控制系統(tǒng),它利用一些既定協(xié)議,將分布在現(xiàn)場(chǎng)的若干個(gè)小系統(tǒng)、控制設(shè)施、監(jiān)視與操作設(shè)備有機(jī)連接起來(lái),完成生產(chǎn)操作過(guò)程中的測(cè)量和控制,滿足生產(chǎn)與應(yīng)用的需求。此套控制系統(tǒng)充分應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信與信號(hào)處理技術(shù)以及可靠的軟件平臺(tái)和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),該系統(tǒng) 全數(shù)字化、結(jié)構(gòu)靈活、功能完善、界面開放,更能適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用要求 。 
        EPA一100控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(包括控制器、信號(hào)處理系列模塊、各類接口模塊等 )、操作節(jié)點(diǎn)(由工程師站、操作員站、服務(wù)器站、數(shù)據(jù)管理站等構(gòu)成)及通信網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)橋鏈接設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)、過(guò)程信息網(wǎng))等構(gòu)成。 
        該系統(tǒng)硬件配置有如下特點(diǎn)。
        (1) 采用了現(xiàn)場(chǎng) 網(wǎng)絡(luò)通訊控制器與數(shù)據(jù)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)通訊控制器,其中1上行口是標(biāo)準(zhǔn)的 MODBUS TCP/IP協(xié)議,另外具有4個(gè)下行串口RS485通訊協(xié)議MODBUS,每個(gè)通訊口多可連接32臺(tái)儀表,在全廠范圍內(nèi)將分散測(cè)量點(diǎn)合理控制在允用范圍 
        (2)在變配電間、設(shè)備控制柜中安裝電量測(cè)量?jī)x表,全部電量測(cè)量?jī)x表均有RS485接口且支持MODBUS—RTU通訊協(xié)議,現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)備及工藝監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別安裝天然氣、水、電、蒸汽等測(cè)量?jī)x表,以便及時(shí)校準(zhǔn)。 
        (3)所有儀表可 以分別對(duì)流量、溫度、壓力、電量等進(jìn)行測(cè)量,均支持HART通訊協(xié)議,且具有RS485通訊口,可完成流量計(jì)與轉(zhuǎn)換器之間的實(shí)時(shí)通訊。
        (4)上位機(jī)采用DELL3600工業(yè)控制電腦,與人機(jī)接口匹配。
2.3 軟件配置
        在軟件配置方面,采用浙大中控技術(shù)股份有限公司工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件流程圖精靈 SCDrawEx,其是軟件包中流程圖制作的重要輔助工具。整個(gè)組態(tài)過(guò)程包括流程圖精靈界面組態(tài)、流程圖精靈設(shè)備組態(tài)、流程圖中命令按鈕組態(tài)3個(gè)過(guò)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(jī)中,與下位機(jī)匹配設(shè)計(jì),用于與EPA-1O0下位機(jī)系統(tǒng)和串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通訊,在局域網(wǎng)上作為服務(wù)器的終端機(jī)進(jìn)行安裝。 
        軟件配置方面有如下特點(diǎn)。
        (1)系統(tǒng)是具有基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的綜合應(yīng)用的擴(kuò)展框架,其主要功能有:完成用戶對(duì)位號(hào)的數(shù)據(jù)查詢管理;通過(guò)設(shè)計(jì)網(wǎng)頁(yè)上的插件,使用戶能夠看到 流程圖、趨勢(shì)分析圖;對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視等;同時(shí)也是一個(gè)可以開發(fā)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的綜合應(yīng)用的擴(kuò)展框架。 
        (2)系統(tǒng)是基于WindowsXP平臺(tái)上的功能強(qiáng)大的上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控和數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng),主 要功能包括:用流程圖實(shí)現(xiàn)24h在線監(jiān)控展現(xiàn);用趨勢(shì)圖實(shí)時(shí)展示各位號(hào)、各時(shí)間段趨勢(shì)圖信息;自定義報(bào)表程序可以依據(jù)生產(chǎn)需要制作報(bào)表。 
        (3)系統(tǒng)是具有可擴(kuò)展權(quán)限的管理系統(tǒng),功能強(qiáng)大且實(shí)用。主要用于完 成過(guò)程監(jiān)控、與下位機(jī)控制站通訊、標(biāo)準(zhǔn)接口、編程接口、變量記錄、報(bào)警存檔、報(bào)表設(shè)計(jì) 等,其生動(dòng)形象的動(dòng)態(tài)圖形及操作界面通過(guò)用戶和過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行相互連接并實(shí)時(shí)使用。 
2.4 能源監(jiān)控和管理
        在下位機(jī)硬件和上位機(jī)軟件系統(tǒng)平臺(tái)搭建完成后,可以利用工業(yè)組態(tài)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)監(jiān) 測(cè)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(shí)時(shí)顯示與分析、歷史記錄與趨勢(shì)查詢、各種報(bào)表與統(tǒng)計(jì)等,如系統(tǒng)功能實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與趨勢(shì),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(zé)任公司總畫面監(jiān)控圖),可根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集 統(tǒng)計(jì)與運(yùn)算處理,并通過(guò)各種形式實(shí)時(shí)顯示。
3 安科瑞工業(yè)能耗管理平臺(tái)介紹
3.1  平臺(tái)架構(gòu)介紹
        安科瑞能源管控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),具有良好的可靠性與實(shí)時(shí)性,主要由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層(能源計(jì)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(tái))三個(gè)部分組成。
        以上三個(gè)部分分別貫穿整個(gè)系統(tǒng)的全部結(jié)構(gòu)。能源管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)按照能源管理的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),滿足以上三部分的同時(shí),增加了部分分析、監(jiān)控、決策和發(fā)布平臺(tái)。
3.2 平臺(tái)功能介紹
3.2.1可視化展示
        展示企業(yè)各類能耗總量、折標(biāo)值、能源成本、能源消耗趨勢(shì)、分項(xiàng)能耗占比、區(qū)域能源消耗對(duì)比,以及當(dāng)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(dòng)態(tài)。
3.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)控
        對(duì)企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報(bào)警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測(cè)各個(gè)點(diǎn)位的運(yùn)作情況,同時(shí)能更快速的掌握點(diǎn)位的報(bào)警。
3.2.3用能統(tǒng)計(jì)
        從能源使用種類、監(jiān)測(cè)區(qū)域、生產(chǎn)工藝/工段時(shí)間、分項(xiàng)等維度,采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對(duì)企業(yè)用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、折標(biāo)對(duì)比,找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方,從而調(diào)整能源分配策略,減少能源使用過(guò)程中的浪費(fèi)。
3.2.4單耗統(tǒng)計(jì)
        與企業(yè)MES系統(tǒng)對(duì)接,通過(guò)產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù),在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢(shì)圖,并進(jìn)行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來(lái)調(diào)整生產(chǎn)工藝,從而降低能耗。
3.2.5績(jī)效分析
        對(duì)各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換,按班組、區(qū)域、產(chǎn)線、工段等進(jìn)行日、周、月、年、時(shí)段,結(jié)合能源計(jì)劃或定額制定的績(jī)效指標(biāo)進(jìn)行KPI比較考核,幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力。
3.2.6能耗預(yù)測(cè)
        通過(guò)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備等的能耗使用情況進(jìn)行分析,建立能耗計(jì)算模型,根據(jù)人工智能算法對(duì)數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行修正,對(duì)未來(lái)企業(yè)能耗趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,為節(jié)能提供有效的決策依據(jù)。
3.2.7運(yùn)行監(jiān)測(cè)
        系統(tǒng)對(duì)區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,監(jiān)測(cè)設(shè)備及工藝運(yùn)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(yùn)行監(jiān)視。可直接從動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(shí)間等維度查詢相關(guān)能源用量。
3.2.8分析報(bào)告
        以年、月、日對(duì)企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運(yùn)行情況、運(yùn)維情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,讓用戶了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況,并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ),方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常,從而找出改善點(diǎn),以及針對(duì)用能情況挖掘節(jié)能潛力。
3.2.9移動(dòng)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(shè)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(biāo)、用能預(yù)測(cè)、運(yùn)行監(jiān)視、異常報(bào)警等。
 
4 結(jié)束語(yǔ)
        新疆天業(yè)化工有限責(zé)任公司能源管理系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集前端智能電表、水 表等監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并上傳至管理平臺(tái),通過(guò)能源管理系統(tǒng)對(duì)天然氣、電、水、蒸汽等消耗進(jìn)行實(shí) 時(shí)在線監(jiān)測(cè)和管理。該系統(tǒng)可查詢實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù),詳細(xì)分析能耗數(shù)據(jù)趨勢(shì),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(bào)表,實(shí)現(xiàn)對(duì)耗能設(shè)備的管理。同時(shí),系統(tǒng)強(qiáng)大 的存儲(chǔ)記憶功能可以形成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行分類查詢,還可根據(jù)生產(chǎn)需要打印及生成報(bào)表 并實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。公司管理層、系統(tǒng)管理人員及用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)IP地址登錄,可以進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問,隨時(shí)隨地查詢相關(guān)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(zé)任公司能源管理裝置配套自動(dòng)化控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后,生產(chǎn)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(shí)時(shí)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(diǎn),為后續(xù)節(jié)能改造工作提供真實(shí)可 靠的數(shù)據(jù)依據(jù)及指導(dǎo)方向,值得在行業(yè)中推廣應(yīng)用。
 
 
【參考文獻(xiàn)】
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