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能源管理系統(tǒng)在化工企業(yè)中的設計與應用

更新時間:2021-02-05  |  點擊率:786
劉單單
安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801
 
摘要:認為能源管理網(wǎng)絡能提高能源利用效率,是化工企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗的保障。介紹了能源管理網(wǎng)絡控制站的軟件、硬件配置及組態(tài)方案。
關鍵詞:化工;能源管理;節(jié)能降耗;應用
 
 
0 引言
        隨著化工企業(yè)的發(fā)展,能源精細化科學管理工作的重要性日益凸顯。化工企業(yè)能源管理 系統(tǒng)能實現(xiàn)對能源(如天然氣、水、電、蒸汽、原料固體等)過程數(shù)據(jù)的實時采集記錄、報警 分析、監(jiān)控調(diào)配等功能,為有效降低能耗提供技術,減少能源浪費,提高企業(yè)競爭力。 
 
 
1 現(xiàn)有能源管理概述
        節(jié)能降耗工作主要從管理、工藝、設備、節(jié)能幾方面考慮,而管理節(jié)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(yōu)化能源使用結(jié)構及方式,從而實現(xiàn)企業(yè)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(xiàn)場抄表、記 錄,輸入并統(tǒng)計數(shù)據(jù),人工錄人、分析等,此方法技術陳舊,不能實時對過程數(shù)據(jù)進行監(jiān)控與分析,并且數(shù)據(jù)上報滯后、生產(chǎn)調(diào)配滯后,從而導致后續(xù)一系列節(jié)能降耗工作的滯后。對 于對精細化管理要求較高的企業(yè)來說,抄錄的過程數(shù)據(jù)并不能如實地統(tǒng)計出能源實際使用 的實時情況,這無疑是制約企業(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)場測量點較為偏遠,需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集及傳輸更是難上加難?;诖爽F(xiàn)狀,專業(yè)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(jiān)測和控制的目的,并增加了部分支持工業(yè)網(wǎng)絡功能 的測量儀表,還將以太網(wǎng)接口、互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè) 網(wǎng)絡有機結(jié)合,設計并實施了局域網(wǎng)組建的能源管理系統(tǒng),對能源數(shù)據(jù)進行實時采集、實時傳輸及監(jiān)控調(diào)配。通過以上方式可為企業(yè)提供更為直接的可控數(shù)據(jù),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(wǎng)絡構建 
        化工企業(yè)生產(chǎn)中各分廠、車間、工段數(shù)據(jù)采集點分散且距離很遠,數(shù)據(jù)采集及傳輸較困難。新疆天業(yè)化工有限責任公司通過構建基礎硬件網(wǎng)絡,實現(xiàn)以類別、地點為單位的現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集計量,其中較為重要的設施與數(shù)據(jù)采用單點測量模式。采集與監(jiān)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。
2.2 硬件配置 
        現(xiàn)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(tǒng)。這是一種分布式、基于實時工業(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)場的若干個小系統(tǒng)、控制設施、監(jiān)視與操作設備有機連接起來,完成生產(chǎn)操作過程中的測量和控制,滿足生產(chǎn)與應用的需求。此套控制系統(tǒng)充分應用現(xiàn)場總線技術、工業(yè)以太網(wǎng)技術、高速網(wǎng)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(tǒng) 全數(shù)字化、結(jié)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(tǒng)整體結(jié)構由現(xiàn)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(jié)點(由工程師站、操作員站、服務器站、數(shù)據(jù)管理站等構成)及通信網(wǎng)絡(網(wǎng)橋鏈接設備、現(xiàn)場設備網(wǎng)、過程信息網(wǎng))等構成。 
        該系統(tǒng)硬件配置有如下特點。
        (1) 采用了現(xiàn)場 網(wǎng)絡通訊控制器與數(shù)據(jù)測量網(wǎng)絡通訊控制器,其中1上行口是標準的 MODBUS TCP/IP協(xié)議,另外具有4個下行串口RS485通訊協(xié)議MODBUS,每個通訊口多可連接32臺儀表,在全廠范圍內(nèi)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(xié)議,現(xiàn)場主要設備及工藝監(jiān)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(xié)議,且具有RS485通訊口,可完成流量計與轉(zhuǎn)換器之間的實時通訊。
        (4)上位機采用DELL3600工業(yè)控制電腦,與人機接口匹配。
2.3 軟件配置
        在軟件配置方面,采用浙大中控技術股份有限公司工業(yè)自動化組態(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。整個組態(tài)過程包括流程圖精靈界面組態(tài)、流程圖精靈設備組態(tài)、流程圖中命令按鈕組態(tài)3個過程。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 機中,與下位機匹配設計,用于與EPA-1O0下位機系統(tǒng)和串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器進行通訊,在局域網(wǎng)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)系統(tǒng)是具有基于實時數(shù)據(jù)庫、關系數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)查詢管理;通過設計網(wǎng)頁上的插件,使用戶能夠看到 流程圖、趨勢分析圖;對數(shù)據(jù)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視等;同時也是一個可以開發(fā)基于實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫的綜合應用的擴展框架。 
        (2)系統(tǒng)是基于WindowsXP平臺上的功能強大的上位計算機監(jiān)控和數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng),主 要功能包括:用流程圖實現(xiàn)24h在線監(jiān)控展現(xiàn);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(jù)生產(chǎn)需要制作報表。 
        (3)系統(tǒng)是具有可擴展權限的管理系統(tǒng),功能強大且實用。主要用于完 成過程監(jiān)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(tài)圖形及操作界面通過用戶和過程數(shù)據(jù)進行相互連接并實時使用。 
2.4 能源監(jiān)控和管理
        在下位機硬件和上位機軟件系統(tǒng)平臺搭建完成后,可以利用工業(yè)組態(tài)軟件平臺設計監(jiān) 測與監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)提供能源消耗及使用數(shù)據(jù)的實時顯示與分析、歷史記錄與趨勢查詢、各種報表與統(tǒng)計等,如系統(tǒng)功能實時顯示現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)與趨勢,各畫面之間可方便地切換 (如圖4為新疆天業(yè)化工有限責任公司總畫面監(jiān)控圖),可根據(jù)生產(chǎn)需要對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集 統(tǒng)計與運算處理,并通過各種形式實時顯示。
3 安科瑞工業(yè)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(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡結(jié)構,具有良好的可靠性與實時性,主要由現(xiàn)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(jiān)控平臺)三個部分組成。
        以上三個部分分別貫穿整個系統(tǒng)的全部結(jié)構。能源管理系統(tǒng)總體設計結(jié)構按照能源管理的基本結(jié)構設計,滿足以上三部分的同時,增加了部分分析、監(jiān)控、決策和發(fā)布平臺。
3.2 平臺功能介紹
3.2.1可視化展示
        展示企業(yè)各類能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區(qū)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(yè)重要工藝或工段的能源消耗動態(tài)。
3.2.2實時監(jiān)控
        對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r的監(jiān)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(tǒng)計
        從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、生產(chǎn)工藝/工段時間、分項等維度,采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)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(diào)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(tǒng)計
        與企業(yè)MES系統(tǒng)對接,通過產(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)品單耗趨勢圖,并進行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)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(zhuǎn)換,按班組、區(qū)域、產(chǎn)線、工段等進行日、周、月、年、時段,結(jié)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(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力。
3.2.6能耗預測
        通過對企業(yè)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設備等的能耗使用情況進行分析,建立能耗計算模型,根據(jù)人工智能算法對數(shù)據(jù)和模型進行修正,對未來企業(yè)能耗趨勢進行預測分析,為節(jié)能提供有效的決策依據(jù)。
3.2.7運行監(jiān)測
        系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設備能源消耗進行數(shù)據(jù)采集,監(jiān)測設備及工藝運行狀態(tài),如溫度、濕度、流量、壓力、速度等,并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視。可直接從動態(tài)監(jiān)測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(yè)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(tǒng)計分析,讓用戶了解系統(tǒng)的運行情況,并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎,方便用戶發(fā)現(xiàn)設備異常,從而找出改善點,以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。
3.2.9移動端支持
        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、用能預測、運行監(jiān)視、異常報警等。
 
4 結(jié)束語
        新疆天業(yè)化工有限責任公司能源管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集器實時采集前端智能電表、水 表等監(jiān)控數(shù)據(jù)并上傳至管理平臺,通過能源管理系統(tǒng)對天然氣、電、水、蒸汽等消耗進行實 時在線監(jiān)測和管理。該系統(tǒng)可查詢實時能耗數(shù)據(jù),詳細分析能耗數(shù)據(jù)趨勢,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)報表,實現(xiàn)對耗能設備的管理。同時,系統(tǒng)強大 的存儲記憶功能可以形成歷史數(shù)據(jù)庫并進行分類查詢,還可根據(jù)生產(chǎn)需要打印及生成報表 并實現(xiàn)報警功能。公司管理層、系統(tǒng)管理人員及用戶通過網(wǎng)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(jié)能降耗工作提供依據(jù)。
新疆天業(yè)化工有限責任公司能源管理裝置配套自動化控制系統(tǒng)投入運行后,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,不僅可以實時了解各部門、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,為后續(xù)節(jié)能改造工作提供真實可 靠的數(shù)據(jù)依據(jù)及指導方向,值得在行業(yè)中推廣應用。
 
 
【參考文獻】
[1] 李德華,段春霞,張怡軍.能源管理系統(tǒng)在鍛造企業(yè)節(jié)能降耗中的應用[J].辦公自動化,2014(24):45—46.
[2] 張俊平,路麗娟,邵芳,周紅燕.能源管理系統(tǒng)在化工企業(yè)節(jié)能降耗中的應用[J].儀表與自動化.2016.10.
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.