王治宇，姜中曄

（1.礦冶科技集團有限公司；2.金屬礦山智能開采技術(shù)北京市重點實驗室；3.北礦智能科技有限公司，北京 100160）

冶煉企業(yè)作為能源消耗大戶，節(jié)能降耗一直是企業(yè)著力進行的一項重要工作，特別是國家要在2030年實現(xiàn)碳達峰目標，更進一步提升了企業(yè)節(jié)能降耗工作的迫切性和重要性。由于生產(chǎn)方式的特殊性，冶煉企業(yè)在能源使用方面具有用能種類多、能源消耗量大、用能點位分散且眾多等特點，傳統(tǒng)節(jié)能降耗管理面臨用能點位消耗無法連續(xù)監(jiān)控、用能情況無法實時掌握、用能統(tǒng)計不全面、用能折標計算復(fù)雜等問題，使得企業(yè)節(jié)能降耗更多地依賴企業(yè)人員的主觀能動性和管理制度的約束力，嚴重制約企業(yè)節(jié)能降耗管理的準確性和有效性，企業(yè)無法通過節(jié)能降耗進行降本增效，影響經(jīng)濟效益。因此，冶煉企業(yè)需要一套具有內(nèi)部用能情況實時監(jiān)測、能耗數(shù)據(jù)動態(tài)發(fā)布、用能結(jié)果自動統(tǒng)計、能耗折標自動計算、異常情況自動報警等功能的信息化管控系統(tǒng)來落實節(jié)能降耗管理，以降本增效。本文以某銅冶煉企業(yè)為例，介紹一種基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的能源管控系統(tǒng)。

1 企業(yè)能源管理現(xiàn)狀

某銅冶煉企業(yè)采用火法冶煉技術(shù)，原料銅精粉利用高爐熔煉后形成粗銅，粗銅通過電解工藝形成陰極銅成品。企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)用能單位有化工廠、動力廠、熔煉車間和電解車間等，用能單位內(nèi)部根據(jù)工序細分為31 個用能點位。除生產(chǎn)用能外，辦公區(qū)和生活區(qū)合并作為一個用能單位，根據(jù)功能區(qū)域劃分為6 個用能點位。

企業(yè)能源消耗涵蓋一次能源、二次能源和消耗工質(zhì)[1]，包括煤、柴油、電力、蒸汽、水、壓縮空氣、氧氣、氮氣和純水。各種能源通過對應(yīng)的儀表和專用設(shè)備進行計量。企業(yè)內(nèi)部能耗管理采用公司級、車間級、工段級的三級管理制度。企業(yè)每年根據(jù)上年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)情況，制定下年度能源計劃，計劃按照三級管理體系下達到各個層級，各層級用能情況按照周、月、季度和年的方式統(tǒng)計匯總，匯總結(jié)果和計劃進行比對，然后根據(jù)比對情況進行考核和整改。

2 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

根據(jù)企業(yè)信息化現(xiàn)狀，能源管控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)[2]，將采集站、儀表、各個自動化系統(tǒng)連接，網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的區(qū)域采用無線覆蓋的方式進行數(shù)據(jù)通信，如圖1所示。

圖1 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

3 數(shù)據(jù)采集設(shè)計

數(shù)據(jù)采集采用分布式物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)能源計量數(shù)據(jù)的自動化采集、實時監(jiān)控、斷點續(xù)傳等功能。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[3]通常采用分布式數(shù)據(jù)采集架構(gòu)，各個數(shù)據(jù)采集終端通過458 總線或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，利用Modbus 協(xié)議或OPC 協(xié)議[4]，從各用能單位采集能耗數(shù)據(jù)，并且進行存儲，在與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接正常時，實時與服務(wù)器進行通信，上傳采集數(shù)據(jù)。每條采集的能源數(shù)據(jù)都有上傳標記，服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接不正常時，采集終端對本地數(shù)據(jù)進行存儲，同時會不停嘗試連接服務(wù)器，一旦服務(wù)器連接成功，則從最后一個上傳數(shù)據(jù)記錄開始，將全部數(shù)據(jù)上傳到采集中心服務(wù)器，服務(wù)器再將其存儲到采集數(shù)據(jù)庫，最后由能源管理軟件進行取數(shù)、分析和報表展示等。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

4 管理功能設(shè)計

能源管控系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集（用能量、能源價格、用能形式等）、數(shù)據(jù)分析、能源監(jiān)控和數(shù)據(jù)發(fā)布（利用圖表、趨勢圖等形式，將分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為各種報表和預(yù)測報告等，供管理層決策）等能力，以實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)化、能源數(shù)據(jù)透明化和格網(wǎng)化。建立能源三級管控，可以輔助企業(yè)降本增效。

4.1 基礎(chǔ)功能設(shè)計

4.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置

按照公司級、車間級、工段級配置能源錄入表單，崗位人員按照管理要求填報數(shù)據(jù)（或系統(tǒng)自動采集）。可按照時間粒度查詢和管理相關(guān)數(shù)據(jù)，按權(quán)限提供增刪改查功能。

4.1.2 能源折標系數(shù)

折標系數(shù)可以對傳統(tǒng)度量單位與國際標準計量單位進行準確換算，為計算能源消費總量提供簡便快捷的方法。企業(yè)計算煤炭消耗時，實際采用的折標系數(shù)與參考折標系數(shù)存在差異，差異較大時，對綜合能源消耗的影響明顯。系統(tǒng)可以錄入和管理各種能源的折標系數(shù)，也可以通過系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)計算得出各種能源實時的折標系數(shù)，實時反映能源的使用和節(jié)省量。

4.1.3 報警設(shè)置

系統(tǒng)支持對指定指標設(shè)置報警閾值，超限后，系統(tǒng)可以發(fā)出警報，提醒管理人員注意。

4.2 能源計劃管理

能源計劃是企業(yè)對生產(chǎn)能源消耗做出統(tǒng)籌安排，具體擬定能源消耗種類、消耗量的計劃，是企業(yè)經(jīng)營計劃的重要組成部分，是企業(yè)進行能源管理的重要依據(jù)。能源計劃分三級進行制定，即公司能源計劃、車間能源計劃和工段能源計劃。

4.2.1 公司能源計劃

公司依據(jù)政府文件以及歷年企業(yè)能源實績、耗能設(shè)備和工藝流程等情況制定下一年度能源計劃。生產(chǎn)技術(shù)部統(tǒng)計員制定初步能源計劃方案，提交公司能源主管，公司能源主管通過審查后，將下一年度能源計劃分發(fā)到各分廠（車間）。本能源管控系統(tǒng)中，公司能源計劃模塊主要包括能源計劃相關(guān)文件管理、能源計劃制定、能源計劃審批、能源計劃下發(fā)和能耗對標。

4.2.2 車間能源計劃

各車間收到公司能源計劃后，根據(jù)本車間歷年實績能源消耗、設(shè)備耗能情況，優(yōu)化并制定本車間下一年度能源計劃表。本能源管控系統(tǒng)中，車間能源計劃模塊包括能源計劃接收、歷年能源計劃查詢、能源實績查詢、能源計劃制定、能源計劃上報、能源計劃審批、能源計劃下發(fā)和能耗對標。

4.2.3 工段能源計劃

各工段收到本車間能源計劃后，根據(jù)本工段歷年實績能源消耗、設(shè)備耗能情況，優(yōu)化并制定本工段下一年度能源計劃表。本能源管控系統(tǒng)中，工段能源計劃模塊包括能源計劃接收、設(shè)備耗能實績查詢、能源計劃制定、能源計劃上報、能源計劃查詢和能耗對標。

4.3 重點用能設(shè)備管理

重點用能設(shè)備必須強化信息管理，做好用能信息維護和用能情況分析。主要耗能設(shè)備要重視臺賬管理，強化監(jiān)控。

4.4 統(tǒng)計功能

統(tǒng)計分析各類能源能效和排污指數(shù)，以圖表、趨勢圖等形式將分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為各種報表和預(yù)測報告，供管理層決策并制定計劃。一是能源消耗年度統(tǒng)計。通過年度消耗的匯總，形成能耗匯總報表，對不同的能源介質(zhì)（電總量、水消耗、焦炭消耗等）進行匯總和羅列，并以餅狀圖或柱狀圖的形式進行展示，直觀分析能耗占比。二是能源消耗對比。根據(jù)不同的能源介質(zhì)，對比分析不同工段、不同能源介質(zhì)的實時使用量與同期使用量。三是能源消耗趨勢。通過查詢計劃用量、同期用量和實時用量，實現(xiàn)三因素趨勢分析，為用電計劃調(diào)整與執(zhí)行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.5 能源報表

按照公司整體管理需求，實現(xiàn)各種能源管理報表的自動匯總和合并，各報表可按權(quán)限增刪改查。

5 結(jié)論

能源管控系統(tǒng)建成后投入使用，經(jīng)過一年左右的運行，給企業(yè)能源管理帶來全新的改變。系統(tǒng)實現(xiàn)企業(yè)用能數(shù)據(jù)的實時采集和動態(tài)展示，管理人員通過系統(tǒng)頁面可以總覽企業(yè)內(nèi)部各用能點位的實時用能情況，及時處理異常用能情況，提高節(jié)能降耗管理的時效性；系統(tǒng)實現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部用能實績跟蹤和動態(tài)比對，可以直觀獲取企業(yè)用能點位的能耗波動情況，從而根據(jù)實際情況進行整改和優(yōu)化，做到用能動態(tài)管理；系統(tǒng)自動采集各個系統(tǒng)和儀表的數(shù)據(jù)，杜絕人工錄入可能產(chǎn)生的疏漏，提高了節(jié)能降耗管理的準確性。