寶山鋼鐵股份有限公司不銹鋼事業(yè)部 馮文卓

0 能源介質(zhì)計算機管理系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)和設(shè)計范圍

能源介質(zhì)計算機管理系統(tǒng)是根據(jù)BSEE編制的“不銹鋼事業(yè)部冷軋廠能介計量站工程設(shè)計方案”和不銹鋼事業(yè)部冷軋廠編制的“冷軋不銹帶鋼工程能源介質(zhì)計量系統(tǒng)(以下簡稱冷軋廠能介計量站)需求規(guī)格說明書”作為設(shè)計依據(jù)的，它能正確地分析和把握不銹鋼公司冷軋廠對能介管理的真實需求。

能源介質(zhì)計量管理系統(tǒng)主要涉及對冷軋廠范圍內(nèi)的各生產(chǎn)機組的燃氣、熱力、供配電、以及給排水部分各種介質(zhì)用量的測量，測量介質(zhì)包括：電、天然氣、氮氣、氫氣、蒸汽、壓縮空氣、工業(yè)水、預脫鹽水、純水等。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

冷軋廠能介計量系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（L1）和能耗分析子系統(tǒng)（L2）。

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：對冷軋廠工程各機組的能介分類消耗實時監(jiān)測，并對儀表運行狀態(tài)實時顯示和數(shù)據(jù)的短期存檔；

能耗分析子系統(tǒng)主要功能：完成能源計量數(shù)據(jù)的監(jiān)控、統(tǒng)計分析，自動生成能源報表，使管理者能掌控和了解能源生產(chǎn)和消耗的實時狀況。本文著重介紹能耗分析子系統(tǒng)。

本系統(tǒng)采用三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形式，L1主要采用Control Net總線結(jié)構(gòu)。L2系統(tǒng)和L1系統(tǒng)采用的是OPC接口方式。L2和L3的接口為標準的以太網(wǎng)通訊接口。

能耗分析子系統(tǒng)主要包括I/O服務(wù)器，應(yīng)用/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，工程師站，若干管理用計算機，打印機及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

I/O服務(wù)器上裝有Windows 2003 Server中文版操作系統(tǒng),通過OPC方式獲取L1的實時數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后送到相關(guān)數(shù)據(jù)庫。L1系統(tǒng)的通信服務(wù)器負責對數(shù)據(jù)進行初步運算和整理，如對流量的積算、電量的累積等。

應(yīng)用/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器安裝有Windows 2003 Server SP2操作系統(tǒng)、Oracle 10G 標準版數(shù)據(jù)庫和Microsoft Visual.Net中文版等軟件。應(yīng)用服務(wù)器上安裝有管理類的應(yīng)用軟件，負責各類工程文件的配置和發(fā)布；還負責與產(chǎn)銷L3系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，采用XCOM中間件產(chǎn)品，電文方式傳送，通訊協(xié)議為TCP/IP。數(shù)據(jù)庫采用ORACLE 10G數(shù)據(jù)庫用以存儲長時歸檔數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)備份等功能。

管理機上裝有Windows XP Professional中文版和Microsoft Visual.Net中文版，并配備一臺打印機。冷軋能介管理人員可進行數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、報表查詢、報表打印等工作。

2 功能及數(shù)據(jù)流圖示說明

2.1 業(yè)務(wù)/數(shù)據(jù)流程圖（見圖1）

圖1 業(yè)務(wù)/數(shù)據(jù)流程圖

2.2 功能框架圖（見圖2）

圖2 功能框架圖

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要設(shè)計了接口數(shù)據(jù)管理、能源實績管理、能耗分析計算、報表管理以及系統(tǒng)維護等功能，對冷軋廠的能源介質(zhì)進行管理。系統(tǒng)各子功能均提供數(shù)據(jù)查詢功能，可以對任何時間段內(nèi)的機組能介信息進行查詢。設(shè)置機組名、時間段，點擊“查詢”按鈕可以查詢該時間段內(nèi)的機組能介信息；部分還提供項目的維護功能，包含新增、刪除功能等；同時畫面提供存為excel文件功能，方便數(shù)據(jù)的下載使用。

3.1 接口數(shù)據(jù)管理

1）各機組能介信號采集

系統(tǒng)自動通過OPC方式從能介L1系統(tǒng)提取各機組的能介信號，該信號包含流量、壓力、溫度，以及電的有功功率、無功功率、電度量等，能介L2系統(tǒng)只接受各介質(zhì)的流量和電度量。所有信號提取后，根據(jù)機組、介質(zhì)種類、鋼卷生產(chǎn)信息等對數(shù)據(jù)進行處理，保存到數(shù)據(jù)庫中。通過OPC方式提取數(shù)據(jù)的時間頻度為分鐘。

從能介L1系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)時，需要對每一個能介信號編制一個TAG號，以示區(qū)別。

2）冷軋廠管網(wǎng)信號采集

對于冷軋廠管網(wǎng)信號，在工程中如有增加的信號，系統(tǒng)需要完善該部分內(nèi)容，實現(xiàn)方式延續(xù)一期，即自動通過OPC方式從能介L1系統(tǒng)提取冷軋廠管網(wǎng)信號，該信號包含流量、壓力等，能介L2系統(tǒng)只接受各介質(zhì)的流量信息。所有信號提取后，生成歸檔數(shù)據(jù)，保存到數(shù)據(jù)庫中。

3）各鋼卷生產(chǎn)信息采集

系統(tǒng)自動通過電文方式從生產(chǎn)L3系統(tǒng)接受機組各鋼卷的生產(chǎn)信息，包括：鋼卷號、鋼種代號、規(guī)格、生產(chǎn)開始時間、生產(chǎn)結(jié)束時間、卷重量、卷厚度、卷寬度等。系統(tǒng)接受到所需要的信息后，保存到數(shù)據(jù)庫中。電文接受的時間頻度為實時監(jiān)聽、實時接受。

生產(chǎn)L3系統(tǒng)發(fā)送的電文中包含該鋼卷所有的生產(chǎn)實績信息（鋼卷號、卷重量、卷內(nèi)外徑、實際加熱時間、加熱溫度、冷卻時間、出爐溫度、生產(chǎn)班次等），因此，在接受電文數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)有選擇地提取需要的信息，最終將有用的數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。

3.2 能源實績管理

1）實績項目制定

制定每個機組所消耗的能源介質(zhì)種類。對冷軋廠能介信息進行管理時，首先需要根據(jù)實際生產(chǎn)情況確定各個機組所消耗的能源介質(zhì)種類，這是進行能源管理的基礎(chǔ)；只有確定機組與能介的對應(yīng)關(guān)系之后，才能據(jù)此提取各機組所消耗的能介數(shù)據(jù)，進行相關(guān)計算。

2）能源實績數(shù)據(jù)計算

從能介L1系統(tǒng)提取各個機組每分鐘的能介信息后，系統(tǒng)自動對數(shù)據(jù)進行匯總計算，得出每小時、日、月的數(shù)據(jù)，同時保存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中，為編制各類報表提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和依據(jù)。

系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行匯總計算時，需要界定小時、日、月的結(jié)算時間，應(yīng)嚴格按照分公司對各結(jié)算時間的規(guī)定執(zhí)行。本系統(tǒng)可以靈活設(shè)定各結(jié)算時間，以方便系統(tǒng)的維護和使用。

3）機組能耗匯總計算

每月各機組能耗實績數(shù)據(jù)生成后，根據(jù)月和旬的起始時間，匯總計算出各機組上旬、中旬和下旬的能耗匯總數(shù)據(jù)。

3.3 能耗分析計算

1）鋼卷能耗計算

此功能主要用來計算各鋼卷的卷耗和噸耗，前提條件是系統(tǒng)已經(jīng)成功提取各鋼卷的能介信號和相關(guān)生產(chǎn)信息。

進行計算時，首先需要計算卷耗，即單卷消耗量。計算卷耗的關(guān)鍵是確定鋼卷的生產(chǎn)時間，根據(jù)從生產(chǎn)L3系統(tǒng)所接受到的鋼卷生產(chǎn)信息，以該卷號的生產(chǎn)開始時間為起始點，生產(chǎn)結(jié)束時間為結(jié)束點，根據(jù)實時采集數(shù)據(jù)統(tǒng)計該鋼卷下各種能源介質(zhì)在該段時間內(nèi)的消耗量；然后按照每種能介的折算系數(shù)，將各種能介的消耗量分別折算成標煤量；最后進行求和，得到該鋼卷號的卷耗。

計算卷耗后，可以計算該鋼卷的噸耗。同樣根據(jù)生產(chǎn)L3下發(fā)的鋼卷生產(chǎn)信息，獲取該卷號的鋼卷重量，用卷耗/卷重，即得到該鋼卷的噸耗。

2）機組能耗計算

此功能主要將冷軋廠總量消耗和各機組能耗量之和所產(chǎn)生的差異量進行分攤，得出各機組平衡后的能耗信息。

分攤原則按照“機組能耗比例分攤原則”，即按照每個機組能耗占機組總能耗的比例分攤相應(yīng)的差異量.

提取冷軋廠總管信號和各機組的能介信號，根據(jù)折算系數(shù)，計算出機組總能耗，此時，可以得到冷軋廠總量和各機組消耗匯總量之間的差異量，根據(jù)上述分攤方法，對差異量進行分攤，即可得出最終平衡后的機組能耗。

其中：差異量=冷軋廠能耗總量-各機組能耗量之和

各機組能耗=各機組實時能耗量+各機組分攤量

3）冷軋工序能耗分析

此功能主要用于計算冷軋廠每月平均生產(chǎn)1噸產(chǎn)品所消耗的能源量，以便于了解冷軋廠的能源消耗情況。

按照以下公式進行計算：

冷軋工序能耗（千克標煤/噸產(chǎn)品）=冷軋當月總能耗折標煤量（千克）/冷軋當月產(chǎn)量（噸）

其中，冷軋當月總能耗是指各種能源介質(zhì)根據(jù)折算系數(shù)轉(zhuǎn)換為標煤后的總量和，能源介質(zhì)具體指：天然氣、電力、蒸汽、工業(yè)水、過濾水、純水、軟水、預脫鹽水、脫鹽水、氧氣、氮氣、氬氣（液氬）、氫氣、壓縮空氣等，包括分攤部分的內(nèi)容（由于酸堿等化學介質(zhì)暫無換算系數(shù)，故工序能耗中不含此類化學介質(zhì)）。

首先，需要計算冷軋廠當月總能耗折標煤量。在“能源實績計算”畫面，已經(jīng)計算出各機組每種能源介質(zhì)的月消耗信息，根據(jù)每種能源介質(zhì)的折算系數(shù)得到相應(yīng)的折標煤量；將各個機組的所有能源介質(zhì)的折標煤量累加，得到機組月能耗量；再將所有機組能耗量累加，得到冷軋廠當月總能耗折標煤量。

其次，計算出冷軋廠該月產(chǎn)量，該產(chǎn)量需要和產(chǎn)銷L3系統(tǒng)統(tǒng)一。

最后根據(jù)公式計算出冷軋廠的工序能耗。

4）歷史趨勢分析

此功能主要對各機組的能介信號進行一定時期內(nèi)的實績跟蹤，同時以曲線形式顯示跟蹤結(jié)果，以便于了解冷軋廠各種能介的消耗使用情況。

對數(shù)據(jù)進行趨勢分析時，需要設(shè)置時間段（開始日期、結(jié)束日期）、機組名稱、能介名稱，系統(tǒng)自動從相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中提取能介數(shù)據(jù)，并以曲線形式顯示，同時繪制最大值線、最小值線、平均值線等，方便對比分析。

3.4 報表管理

1）班報表管理

主要是用來生成各機組的班報表，同時提供查詢、打印等功能。

在能源實績計算中，已經(jīng)得到各機組每種能源介質(zhì)小時的消耗量信息，這是班報表生成的基礎(chǔ)。根據(jù)分公司對冷軋廠各班工作時間的規(guī)定，系統(tǒng)自動匯總計算出各班在工作時間段之內(nèi)的各種能源介質(zhì)的消耗量，同時按照規(guī)定格式生成報表。

2）統(tǒng)計報表管理

主要是用來生成各機組的日報、周報、月報和年報表，同時提供查詢、打印等功能。

在能源實績計算中，已經(jīng)得到各機組每種能源介質(zhì)每日、每月的消耗量信息。根據(jù)日數(shù)據(jù)，可以計算出各種能源介質(zhì)的周消耗數(shù)據(jù)；根據(jù)月數(shù)據(jù)，可以計算出各種能源介質(zhì)的年消耗數(shù)據(jù)。然后按照規(guī)定格式生成各類日報、周報、月報和年報。

3.5 系統(tǒng)維護

1）機組信息維護

此功能主要是對機組名稱、機組代碼、縮寫、屬性等各條機組的相關(guān)信息進行維護，同時具備新增、修改、刪除等功能，僅供有權(quán)限的人員操作使用。

2）能源介質(zhì)信息維護

此功能主要是對能源介質(zhì)名稱、能源介質(zhì)代碼、屬性等能源介質(zhì)的相關(guān)信息進行維護，同時具備新增、修改、刪除等功能，僅供有權(quán)限的人員操作使用。

3）數(shù)據(jù)歸檔管理

為了提高系統(tǒng)的在線運行效率、節(jié)省磁盤空間，必須將過期的數(shù)據(jù)進行歸檔處理。對于從L1系統(tǒng)獲取的每分鐘能介計量累計信號，系統(tǒng)保存六個月時間；對于匯總數(shù)據(jù)和報表所需要的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)保存2年時間。

對于已經(jīng)歸檔的數(shù)據(jù)，如果需要重新查看或者使用，可以由系統(tǒng)維護人員重新將相關(guān)數(shù)據(jù)導入到系統(tǒng)中。

4）系統(tǒng)通訊管理

系統(tǒng)提供通訊方面的管理功能，包括通訊出錯管理、系統(tǒng)異常管理等。

對于出錯信息，系統(tǒng)提供通信電文的內(nèi)容記錄，同時提供手動發(fā)送功能，以方便對錯誤電文的管理。

當與L3系統(tǒng)通訊發(fā)生故障時，系統(tǒng)保存未發(fā)送的數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)正常運行后將未發(fā)送的電文發(fā)送出去，當與L1系統(tǒng)發(fā)生通訊故障或無信號時，系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)的補全功能。

4 系統(tǒng)接口設(shè)計

4.1 系統(tǒng)接口類型

本系統(tǒng)接口分為內(nèi)部接口和外部接口。這里的內(nèi)部接口是指與L1數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的接口，它通過OPC方式實現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的通訊，接收各機組的能源消耗數(shù)據(jù)；然后對采集的數(shù)據(jù)按需求進行匯總統(tǒng)計和相關(guān)分析，自動保存到數(shù)據(jù)庫。

外部接口是指與L3生產(chǎn)、能源子系統(tǒng)之間的接口，它通過XCOM通信中間件以電文方式與L3系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，從生產(chǎn)L3子系統(tǒng)獲取機組各鋼卷的生產(chǎn)信息，同時向能源L3子系統(tǒng)發(fā)送各機組的能耗信息、單卷消耗信息等，達到了數(shù)據(jù)共享的作用。

1）內(nèi)部接口

L2能耗分析子系統(tǒng)與L1數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間的接口，以L1作為server，L2作為client,L2通過OPC方式與L1進行數(shù)據(jù)傳送，傳送的數(shù)據(jù)為后續(xù)機組各能介計量點的累積值。接收L1傳送的數(shù)據(jù)主要為：（1）水介質(zhì)數(shù)據(jù)：流量、壓力、PH值、電導率、其它水質(zhì)；（2）蒸汽介質(zhì)數(shù)據(jù)：流量、壓力、溫度；（3）電耗數(shù)據(jù)：電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電度量；（4）天然氣、氮氣介質(zhì)數(shù)據(jù)：流量、壓力溫度等。

2）外部接口

1）L2能耗分析子系統(tǒng)與外部接口系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換采用電文方式，通訊協(xié)議為TCP/IP。外部接口包括與L3生產(chǎn)子系統(tǒng)之間的接口以及與L3能源子系統(tǒng)之間的接口。

2）L2能耗分析子系統(tǒng)與L3生產(chǎn)子系統(tǒng)之間的接口：主要是從生產(chǎn)L3系統(tǒng)接受各機組生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)。接收L3下達的數(shù)據(jù)主要有：鋼卷號、計劃號、生產(chǎn)合同號、鋼卷長度、寬度、厚度、重量、生產(chǎn)起始時間、生產(chǎn)結(jié)束時間等生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。

L2能耗分析子系統(tǒng)與L3能源子系統(tǒng)之間的接口：數(shù)據(jù)交換采用電文方式，通訊協(xié)議為TCP/IP。主要是將冷軋各機組的能源消耗數(shù)據(jù)傳送給能源L3系統(tǒng)，然后由能源L3系統(tǒng)根據(jù)一定分攤原則對冷軋總管能介信息與各機組能源月消耗信息的差異進行分攤和平衡。發(fā)送給L3能源子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要有：水、蒸汽、壓縮空氣、天然氣、氮氣、電耗等機組能耗數(shù)據(jù)等。

5 結(jié)束語

CEMS系統(tǒng)在2007年5月正式在不銹鋼事業(yè)部冷軋廠投用，經(jīng)過了長時間的磨合，不斷的改進與測試，逐步趨于穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)的投入運行極大地提高了能介管理工作的效率，使能介的使用成本進一步降低，為冷軋的生產(chǎn)提供有力的支持與服務(wù)。

CEMS系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)歷了需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、編程調(diào)試、測試運行等幾個階段，實現(xiàn)了冷軋單元能介的實時監(jiān)測和管理等模塊的有效集成，滿足能源介質(zhì)管理業(yè)務(wù)的需要，達到了系統(tǒng)的預期目標。