能源数据采集系统是整个乐钢能源管理系统的基石,只有将现场的能源计量数据实时、准确地采集下来,才能进一步利用这些数据来指挥、调度生产,进而调配能源生产,提高能源使用水平。
如图3所示,目前计量仪表接口多种多样:模拟量、专用通讯协议,通用通讯协议,有些仪表信号已接入到生产设备系统中。所以,针对不同的仪表,采集数据的方法也不同,归纳起来可用以下两种方式:
(1)现场总线通讯。仪表具备通讯能力(专用通讯议、通用通讯协议)的,数据采集器通过现场总线采集仪表中的各类数据,包括瞬时值、累计值、采集时间、事件与报警、配置值等,形成通讯数据包更新到实时数据库中。
(2)HMI数据通讯。由于部分能源数据已经被采集到生产系统中,数据采集器可以通过组态软件将这部分能源计量数据从对应的生产监控PLC中取出并更新到实时数据库中。需要注意的是,数据的累计和转换原则上在监控计算机上完成,采集的数据包括瞬时值、累计值、采集时间、事件与报警、配置值等。
为实现底层仪表数据的稳定以及快速传输,现场设置的是MOXA数据采集器,将现场的仪表信号统一以OPCUA协议传输至能源计量信号专网。
3.2数据库系统
数据库主要用于设备运行信息的记录、生产过程数据的管理,将现场设备实时运行状况展现给用户,还要实时保存和处理所有设备传送过来的数据,同时要满足客户端用户对历史数据的查询要求,由于所需要处理的数据是连续性的,因此数据的存取量巨大,实时性很高。
3.2.1实时数据库
采用GE公司的Ihistory实时数据库,收集各个数据采集器上传的信息,按照设定的精度和周期存储于实时数据库,并且满足不同的应用程序和授权用户的为实现不同目的而进行的读写调用。
3.3能源预测
系统具备能源预测模型,可根据制造部下达的生产计划及外围单位的能源需求,综合能源消耗的历史曲线,自动生成年、月、日能源计划。可帮助公司实现以下管理功能:
(1)以生产成果为要求,以能源计划为指标,对各级用户进行考核;(2)根据能源实绩和能源计划的偏差值大小,能够及时发现问题,分析问题,解决问题,以免因设备故障或生产管理上的失误造成能源浪费;(3)根据能源消耗计划,设定能源生产计划,及时制定和修改设备检修计划,以免因能源不足耽误公司生产。
4安科瑞公司能源管理平台
4.1 平台概述
安科瑞公司能源管理平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对公司的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测公司电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助公司针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产物能源单耗、各工序能耗、重大能耗设备的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、用能预测、碳排分析，为公司加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。
4.2应用场所
钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、物流、铁路、航空工业、木材、化学原料以及机电设备、电器产物、工器具制造等。
4.3平台结构
图4 平台结构
4.4平台主要功能
4.4.1首页
首页通过展示公司各类能耗总量、折标值、能源成本、能源消耗趋势、分项能耗占比、区域能源消耗对比,并三维展示公司重要工艺或设备的能源消耗动态，可直观了解公司当前用能。
4.4.2运行监控
能源管理系统的动态显示对公司使用的各种能源（电、水、蒸汽）进行实时监控，并提供从概貌到具体的动态图形显示，并提供区域数据监控，在工厂平面图或者某个车间的平面图快速浏览到所管理的能耗数据。系统提供对能源管理系统运行状态的实时监视功能，实现对能源系统运行过程中关键的用能状态参数的变化趋势、耗能设备的运行状态以及系统运行报警事件进行实时监视，确保整个能源供给、转换和消耗过程的安全、可靠和稳定。系统提供图形化工具，不仅可以组态出数字化的监控界面，还具有实时趋势显示。
（1）变配电系统的电气主接线图展示，实现对全电量参数以及开关断路器状态的实时监视，如电压、电流、频率、功率、功率因数、三相不平衡度、谐波等参数。
（2） 水、燃气、压缩空气等系统各分支管道分布示意图以及流量、压力、温度等参数状态的实时监视；
（3）重点用能设备系统（如压机等)的运行状态以及用能参数的实时监视；
（4）过压、过流、欠压等保护信号报警、系统通信中断、电量、非电量参数越限、能耗超标预警等实时事件报警监视。
4.4.3变压器监控
展示各变压器负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比，测算变压器损耗，找出变压器经济运行区间。根据变压器经济运行区间，调整负载，从而降低变压器损耗，节约电量。
4.4.4用能统计
系统支持为公司不同的计量监测对象，提供快速查询显示日、周、月、季、年的公司用能情况同比环比、产物单耗、产物折标对比、能耗排名等。数据通过棒图，饼图，直方图等形式，实现对系统中耗电量、耗水量、耗气量等能耗数据的统计分析。大到整个公司，小到单个设备或车间，通过对这些区域的计量节点能耗数据查询分析，实现整个公司能耗数据的统计分析，满足用户实现对任意时段内区域、车间、工艺和设备类型等的能耗数据查询要求。通过对比不同区域等的能耗数据情况，了解不同对象区域等的能耗规律，自动对这些对象进行能耗排名，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。
4.4.5分项用能
系统提供对公司分项用能的分项统计。根据分项，用柱状图以及饼图，展示各分项用能情况，直观，清晰。通过用能趋势，及时掌握公司分项用能趋势情况。对于分项用能异常，能即时发现，调整策略，改善用能，节约能源。
4.4.6产物/产值单耗
系统可以与公司MES系统对接，导入产物产量。对不能导入的数据提供人工录入功能。通过系统采集的能耗数据，结合产物产量，计算产物单耗，生成产物单耗趋势图，并进行同比和环比分析。以便公司能够根据产物单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。
4.4.7用能成本分析
系统支持为公司整体以及车间等各个需要单独进行能耗考核的对象提供各种能源消耗的总费用成本的统计对比功能。可提供电、水、气等各种能源类型在统计周期中的消耗量以及对应的费用数据，并且可以将各种能源的费用进行百分比占比统计和对比，以了解整个公司能源费用成本的详细分布情况。同时支持对单位成本费用进行分析。用户可选择多个考核区域进行耗能成本的对比分析，为用户建立有效的绩效奖惩机制和日常管理提供真实、可靠的数据依据。
4.4.8用能成本预测分析
系统支持为公司以及需要单独考核计量的区域提供能源成本预算管理功能，允许用户录入能源成本的详细预算计划，通过对比能源实际费用和预算费用进行预算执行管理，可以直观的了解到每月或者每年能源成本是否超出预算，方便用户及时的进行预算的调整和干预。此外，系统还支持按照预测算法进行能源成本的成本预测，根据历史的预算执行情况和实际耗能的数据预测后续的几个月的能源成本费用，帮助用户进行有效的成本计划管理。
4.4.9绩效分析
对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、车间，产线、工段、设备等进行日、周、月、年、时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助公司了解内部能效水平和节能潜力。
4.4.10能耗预测
通过对公司车间、生产工艺、生产设备等的能耗使用情况进行分析，建立能耗计算模型，根据人工智能算法对数据和模型进行修正，对未来公司能耗趋势进行预测分析，为节能提供有效的决策依据。
4.4.11运行监测
系统的设备运行监测功能专门针对重点耗能设备提供管理，主要包括设备运行状态及关键参数监视、设备台账管理、设备能耗统计分析以及设备维护管理。通过对设备工作状态参数以及工况参数的实时采集和监视可及时判断设备的运行工况是否正常；设备能耗统计分析可提供针对设备对象的实时耗能量以及历史耗能趋势的分析和对比；设备台账管理以及维护管理可建立设备基本信息档案，可快速实现对于设备各种特性参数的查询和统计分类，对设备及其主要零配件的检修、更换历史记录进行信息化管理，并可提供设备计划检修到期提醒以及逾期检修告警等功能，便于为每一个重要设备建立经济运行档案，确保设备的安全、稳定、经济运行。
4.4.12能源平衡及损耗分析
能源平衡及损耗统计分析主要为公司的电、水、气等能源在转换、运输、使用过程中的各个环节提供能量平衡分析，及时的发现能量在使用过程中的跑冒滴漏和异常用能等浪费的问题，提醒用户及时进行干预。通过分别统计重要用能环节的能源供给量和能源消耗量并计算两者之间的差值损耗量，来评估个各环节的用能损耗程度。比如对用水系统的干管计量和各个车间支管的计量消耗量之和进行损耗分析，有利于及时发现是否存在水管漏水或者违规用水的情况；对用电系统的低压进线计量和各馈线回路的计量消耗量之和进行损耗分析，来评估判断是否存在违规用电、窃电等异常用电现场，帮助用户发现并纠正能源使用过程中的能源浪费问题，降低能源综合运行成本。
4.4.13节能分析
节能分析主要是为公司在实施节能措施后，具体节能效果的分析，通过录入节能措施，对比分析实施节能措施前与实施节能措施后的用能情况，以此来评判节能措施的实施效果，为公司节能提供帮助，提高经济效益。
4.4.14分析报告
系统提供的用户分析报告主要是为公司的中、高层管理人员提供有关公司的能耗数据统计结果汇总和分析结论展示，注重整体能耗状况和变化趋势的说明。一般包括公司的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况，用能趋势排名，重点能耗排名，综合能耗排名等。通过丰富多样的图形化组件组态成为一份用户分析报告，让用户了解系统的运行情况，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。
4.4.15事件记录
事件报警分析主要是为系统的异常运行状态或故障原因诊断分析提供依据和分析手段。系统运行过程中所产生的各种报警时间均会被自动记录和存储，通过对事件的发生时间、范围对象、事件的类型、事件的等级以及事件描述关键字搜索查询，即可快速的实现对目标事件的查询和分类。
4.4.16运行环境
(1)浏览器运行设备
(2)台式电脑，手机、平板等移动端设备
(3)浏览器运行环境
(4)支持谷歌、火狐、搜狗、360等主流浏览器访问
(5)客户端运行设备
(6)安卓系统移动设备，苹果ios系统
4.5推荐现场设备选型（根据实际需求选配）
5结语
积极推动互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术与钢铁制造的深度融合是钢铁公司下一步研发重点[9]。能源管理系统基于自动化技术、网络通信技术、实时数据库技术、数据分析及预测技术,对钢铁公司提供数据定制化管理服务,优化能源管理。该系统建成后,将为钢铁公司的管理、生产计划、调度决策及OA提供准确、实时的生产工艺计量数据,对于构筑信息化工程、实施精细化生产和精细化管理是十分重要的。可以根据系统所采集的数据进行公司级、厂际级能源核算,实现计量系统分级化管理,提高计量信息化管理水平,使计量管理更精细、更准确、更高效。是钢铁公司通往节能降耗,减员增效路径上的重要“桥梁"。
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