能源管理系統在化工企業中的設計與應用

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，是化工企業實現節能降耗的保障。介紹了能源管理網絡控制站的軟件、硬件配置及組態方案。

　　關鍵詞：化工；能源管理；節能降耗；應用

　　0 引言

　　隨著化工企業的發展，能源精細化科學管理工作的重要性日益凸顯。化工企業能源管理 系統能實現對能源(如天然氣、水、電、蒸汽、原料固體等)過程數據的實時采集記錄、報警 分析、監控調配等功能，為降低能耗提供技術支持，減少能源浪費，提高企業競爭力。

　　1 現有能源管理概述

　　節能降耗工作主要從管理、工藝、設備、節能幾方面考慮，而管理節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，優化能源使用結構及方式，從而實現企業能耗的精細化管理。

　　常見的能源管理工作，目前仍然處于*手動的基礎層面，需要操作人員現場抄表、記 錄，輸入并統計數據，人工錄人、分析等，此方法技術陳舊，不能實時對過程數據進行監控與分析，并且數據上報滯后、生產調配滯后，從而導致后續一系列節能降耗工作的滯后。對 于對精細化管理要求較高的企業來說，抄錄的過程數據并不能如實地統計出能源實際使用 的實時情況，這無疑是制約企業生產管理的瓶頸。

　　在化工企業生產中，各車間、各工序所處位置較為分散，各能源現場測量點較為偏遠，需要監控的數據采集及傳輸更是難上加難。基于此現狀，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測和控制的目的，并增加了部分支持工業網絡功能 的測量儀表，還將以太網接口、互聯網、工業 網絡結合，設計并實施了局域網組建的能源管理系統，對能源數據進行實時采集、實時傳輸及監控調配。通過以上方式可為企業提供更為直接的可控數據，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

　　化工企業生產中各分廠、車間、工段數據采集點分散且距離很遠，數據采集及傳輸較困難。新疆天業化工有限責任公司通過構建基礎硬件網絡，實現以類別、地點為單位的現場數據的實時采集計量，其中較為重要的設施與數據采用單點測量模式。采集與監測控制點 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。這是一種分布式、基于實時工業以太網EPA的控制系統，它利用一些既定協議，將分布在現場的若干個小系統、控制設施、監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。此套控制系統充分應用現場總線技術、工業以太網技術、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 全數字化、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控制系統整體結構由現場設備(包括控制器、信號處理系列模塊、各類接口模塊等 )、操作節點(由工程師站、操作員站、服務器站、數據管理站等構成)及通信網絡(網橋鏈接設備、現場設備網、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

　　該系統硬件配置有如下特點。

　　(1) 采用了現場 網絡通訊控制器與數據測量網絡通訊控制器，其中1上行口是標準的 MODBUS TCP/IP協議，另外具有4個下行串口RS485通訊協議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通訊協議，現場主要設備及工藝監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工業控制電腦，與人機接口匹配。

　　圖3為能源網絡控制站組態簡圖。

圖 3 能源管理網絡控制站組態簡圖

　　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自動化組態軟件流程圖SCDrawEx，其是AdvanTrol—Pro(V2．65)軟件包中流程圖制作的重要輔助工具。整個組態過程包括流程圖界面組態、流程圖設備組態、流程圖中命令按鈕組態3個過程。該 流程方便快捷，可以在同一界面顯示不同數據，是本系統采用的主要監控軟件，安裝于上位 機中，與下位機匹配設計，用于與EPA-1O0下位機系統和串口轉以太網協議轉換器進行通訊，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系統是具有基于實時數據庫、關系數據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據查詢管理；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；對數據的運行狀態進行實時監視等；同時也是一個可以開發基于實時數據庫和關系數據庫的綜合應用的擴展框架。

　　(2)AdvanTrol—Pro系統是基于WindowsXP平臺上的功能強大的上位計算機監控和數據 采集系統，主 要功能包括：用流程圖實現24h在線監控展現；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生產需要制作報表。

　　(3)AdvanTrol—Pro系統是具有可擴展權限的管理系統，功能強大且實用。主要用于完 成過程監控、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，其生動形象的動態圖形及操作界面通過用戶和過程數據進行相互連接并實時使用。

　　2.4 能源監控和管理

　　在下位機硬件和上位機軟件系統平臺搭建完成后，可以利用工業組態軟件平臺設計監 測與監控系統，該系統提供能源消耗及使用數據的實時顯示與分析、歷史記錄與趨勢查詢、各種報表與統計等，如系統功能實時顯示現場生產數據與趨勢，各畫面之間可方便地切換 (如圖4為新疆天業化工有限責任公司總畫面監控圖)，可根據生產需要對現場數據進行采集 統計與運算處理，并通過各種形式實時顯示。

圖4 總畫面監控圖

　　3 安科瑞工業能耗管理平臺介紹

　　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（能源監控平臺）三個部分組成。

　　以上三個部分分別貫穿整個系統的全部結構。能源管理系統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、監控、決策和發布平臺。

圖5 工業能耗管理平臺架構組成

　　3.2 平臺功能介紹

圖6 工業能耗管理功能示意圖

　　3.2.1可視化展示

　　展示企業各類能耗總量、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，并三維展示企業重要工藝或工段的能源消耗動態。

　　3.2.2實時監控

　　對企業各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業用戶能夠實時的監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用能統計

　　從能源使用種類、監測區域、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、數字表等方式對企業用能統計、同比、環比分析、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單耗統計

　　與企業MES系統對接，通過產品產量以及系統采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。以便企業能夠根據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，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力。

　　3.2.6能耗預測

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

　　3.2.7運行監測

　　系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視。可直接從動態監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，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、運維情況等進行統計分析，讓用戶了解系統的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從而找出提高點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

　　3.2.9移動端支持

　　APP支持Android、IOS操作系統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、效率分析、同環比分析、能耗折標、用能預測、運行監視、異常報警等。

　　3.3工業能耗平臺設備選型

表1 工業能耗管理設備選型表

　　4 結束語

　　新疆天業化工有限責任公司能源管理系統通過數據采集器實時采集前端智能電表、水 表等監控數據并上傳至管理平臺，通過能源管理系統對天然氣、電、水、蒸汽等消耗進行實 時在線監測和管理。該系統可查詢實時能耗數據，詳細分析能耗數據趨勢，查詢并分析歷史 能耗數據，并能按需生成各類能耗數據報表，實現對耗能設備的管理。同時，系統強大 的存儲記憶功能可以形成歷史數據庫并進行分類查詢，還可根據生產需要打印及生成報表 并實現報警功能。公司管理層、系統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，為節能降耗工作提供依據。

　　新疆天業化工有限責任公司能源管理裝置配套自動化控制系統投入運行后，生產工藝更 加合理且安全穩定，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，還可根據歷史能耗數據分析，深挖節能降耗點，為后續節能改造工作提供真實可 靠的數據依據及指導方向，值得在行業中推廣應用。