張勇利

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

0 引言

節(jié)能降碳是當前我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的主題，是國家經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基本要求。軋鋼生產(chǎn)線成本中的能源成本占了很大比例，降低生產(chǎn)過程中的能源消耗既滿足國家對鋼鐵生產(chǎn)低碳的要求，又可降低生產(chǎn)成本，提高效益，有效提升企業(yè)競爭力。新型棒線材生產(chǎn)線全線自動化程度較高，采用PLC 控制，可對全線能源使用情況實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、記錄及存儲，建立智能化能源成本分析系統(tǒng)，利用現(xiàn)代化的管理手段對能源介質(zhì)進行科學管控，有效降低企業(yè)能源成本，實現(xiàn)企業(yè)效益最大化。

1 技術(shù)方案的研究及應(yīng)用

智能化能源成本分析管理系統(tǒng)主要的服務(wù)對象為生產(chǎn)過程中所涉及到的水、電、氣等各種能源介質(zhì)，由數(shù)據(jù)監(jiān)控管理層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)采集傳輸層三部分組成。

1.1 數(shù)據(jù)采集傳輸層

數(shù)據(jù)采集傳輸層的主要功能是與底層子站點進行通信，獲取并存儲這些子站點所采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，采用遠程服務(wù)集中采集模式。程序啟動后，從Oracle 數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)配置數(shù)據(jù)，包括采集方式、IP 地址和寄存器地址等相關(guān)信息[1]。數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后，與相應(yīng)IP 地址的PLC 進行Socket 通訊。

現(xiàn)場計量儀表為數(shù)據(jù)采集最底層的感知層，現(xiàn)場使用的傳感設(shè)備主要包括智能電表、流量傳感器、溫度傳感器和流量計等。數(shù)據(jù)采集串口轉(zhuǎn)換器和通訊協(xié)議組成了傳輸層，依托網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，對收集到的數(shù)據(jù)信息進行安全、可靠的傳輸。

1.2 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層是能源管理方法的核心，其架構(gòu)從下到上分別為運行環(huán)境層、實時平臺支撐層和基礎(chǔ)能源管理應(yīng)用層。運行環(huán)境層為上層軟件的運行提供了底層運行環(huán)境，實時平臺為上層基礎(chǔ)能源管理的應(yīng)用提供了通用、一體化的平臺支撐。管理應(yīng)用層按需求收集能源數(shù)據(jù)，并通過科學的計算方法得到準確的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫與各單體設(shè)備的通訊是以服務(wù)器發(fā)送請求和設(shè)備自主發(fā)送兩種方式進行數(shù)據(jù)采集。

1）服務(wù)器發(fā)送請求：每天交接班時刻，服務(wù)器發(fā)送類型代碼為“1”的請求電文至PLC1（電能計量PLC）和PLC3（主軋線PLC），PLC1 和主軋線PLC3 分別將電、水、煤氣和氮氣等計量數(shù)據(jù)及請求代碼發(fā)送至服務(wù)器，信息交互方式如圖1-1 所示。

圖1 能耗請求示意圖

2）單體設(shè)備自主發(fā)送請求：固熔爐、1 號電退火爐、1 號臺車爐和2 號臺車爐等離線單體設(shè)備，在其啟、停時刻分別發(fā)送觸發(fā)信號至PLC1，PLC1 根據(jù)信號來源賦予相應(yīng)代碼，并將計量數(shù)據(jù)及代碼發(fā)送至能源服務(wù)器，信息交互方式如圖1-2 所示。

數(shù)據(jù)處理層將所有收集到的計量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲在R1E 表中后，根據(jù)各請求代碼做相應(yīng)處理，可得到班組、鋼種、批次號和停車等不同情況下的能源消耗實際情況數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)監(jiān)控管理層

數(shù)據(jù)監(jiān)控管理層的功能總體上分為兩大部分：監(jiān)控功能和管理功能。監(jiān)控功能主要對能源消耗過程數(shù)據(jù)監(jiān)控，管理者能夠?qū)崟r監(jiān)控生產(chǎn)線各種能源瞬時及累積消耗情況。管理功能為核心功能，主要包括實績管理和計劃管理兩個模塊。

1.3.1 實績管理

實績管理模塊對來自數(shù)據(jù)處理層所存儲的各種能源數(shù)據(jù)進行分類、匯總和計算，基于Visual studio 開發(fā)的交互界面能夠提供能源數(shù)據(jù)的綜合查詢、展示和維護管理等功能，并以Excel 報表形式導出。

1.3.1.1 區(qū)間累積能耗統(tǒng)計

區(qū)間積累能耗用于對任意時間段內(nèi)的總能耗進行統(tǒng)計，輸入時間區(qū)間就可以統(tǒng)計出全部能源消耗數(shù)據(jù)，從而掌握全生產(chǎn)線總體能源消耗情況。此外，選擇不同班組、時間段，可以掌握該時間段內(nèi)各班組能源累計消耗總體情況。

1.3.1.2 分類能耗統(tǒng)計

分類能耗統(tǒng)計可以按照班組、鋼種、規(guī)格和軋批號分別顯示，并導出數(shù)據(jù)，內(nèi)容涉及軋制時長、計劃質(zhì)量、軋制質(zhì)量、MES 稱重質(zhì)量及各類能源消耗。

1）類型選擇班組時，界面顯示時間段內(nèi)班組的當班噸鋼能耗。

2）類型選擇軋批號時，界面顯示時間段內(nèi)以軋批號為大類的各產(chǎn)品噸鋼能耗。同時，可以在鋼種和規(guī)格文本框內(nèi)錄入需要查詢的具體信息，界面將以軋批號為大類顯示所查詢鋼種、規(guī)格的各類產(chǎn)品噸鋼能耗。這些數(shù)據(jù)也作為標準消耗的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3）類型選擇鋼種時，在鋼種和規(guī)格文本框內(nèi)錄入需要查詢的具體信息，界面將顯示時間段內(nèi)以鋼種、規(guī)格為大類的產(chǎn)品噸鋼能耗，該功能適合于軋制量小的產(chǎn)品能源統(tǒng)計。

1.3.1.3 產(chǎn)品標準能耗計算

標準能耗是產(chǎn)品能源成本分析的基本依據(jù)。產(chǎn)品標準能耗計算功能依托能源消耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對不同軋批號、鋼種和規(guī)格產(chǎn)品的總能源消耗歷史數(shù)據(jù)，按照總平均值、歷史最好值和月平均值等類別進行計算，得到產(chǎn)品的標準能耗，并作為能源成本的對標指標及管理依據(jù)。界面設(shè)有刪除、插入和保存功能，可實時對數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整、動態(tài)優(yōu)化[2]。

1.3.1.4 班組批次對標績效

班組批次對標績效界面用于對當班生產(chǎn)的各批次產(chǎn)品能耗情況進行統(tǒng)計和對標。通過設(shè)置查詢時間、班組和班次，搜索出符合條件的相關(guān)產(chǎn)品及對應(yīng)的實際能源消耗數(shù)據(jù)，通過與對應(yīng)產(chǎn)品的標準能耗對比，可快速找出班組生產(chǎn)能源成本的偏差，為成本計算、能源消耗管理及生產(chǎn)計劃的安排提供了數(shù)據(jù)支撐。

1.3.1.5 退火能耗統(tǒng)計

退火爐能耗統(tǒng)計能夠自動統(tǒng)計計算電退火爐、煤氣退火爐的每爐能源消耗，自動記錄啟停爐時間、班組、班次、退火時長及退火能耗。崗位人員在界面錄入退火數(shù)量、盤卷代碼后，可自動計算出噸鋼能耗。

1.3.2 計劃管理

能源計劃執(zhí)行跟蹤是計劃管理的重要組成部分。計劃管理從公司MES 系統(tǒng)收到生產(chǎn)計劃，結(jié)合歷史能源單耗和相關(guān)計算模型對工序的能源需求進行預測。軋制完成后，將計劃值與實際完成情況進行對比分析，確定二者的偏差，進而修正下一次的生產(chǎn)計劃設(shè)定值，為后續(xù)計劃編排提供指導，充分發(fā)揮能源成本預測在生產(chǎn)計劃中的指導作用。同時，通過二者間的偏差可以查詢不同工序各種能源介質(zhì)的偏差量，進而查找出造成能耗偏差的異常因素，并采取對應(yīng)措施消除偏差。

2 應(yīng)用效果

智能化能源成本分析管理系統(tǒng)依托軋線自動化系統(tǒng)及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，對生產(chǎn)過程中各工序、各機組分散的能源數(shù)據(jù)進行科學采樣、自動準確讀取、可靠網(wǎng)絡(luò)傳輸、集中存儲、監(jiān)控和智能統(tǒng)計分析。應(yīng)用智能化能源成本分析管理系統(tǒng)后，有效降低了企業(yè)能源成本，能源管理水平顯著提高。

1）提高能源分析效率：運用智能化能源成本分析管理系統(tǒng)取代人工抄表和手動計算報表的工作模式，能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更準確、更及時和更全面，能夠滿足現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)對能源數(shù)據(jù)實時快速性采集、大數(shù)據(jù)量統(tǒng)計分析的要求。報表配置工具自動處理后，可以按時、按設(shè)定格式記錄在指定表格中，各專業(yè)可按需查詢和導出，免去時效影響，提高了各專業(yè)協(xié)調(diào)配合的效率。

2）滿足能源成本分析需求：基于數(shù)據(jù)處理層，可以對全部產(chǎn)品按規(guī)格、鋼種、批次和工藝等進行統(tǒng)計，確保能源統(tǒng)計分析更具體、更準確，能夠滿足全部產(chǎn)品的成本統(tǒng)計需求。

3）指導節(jié)能：將行業(yè)先進水平和歷史最優(yōu)水平的能源數(shù)據(jù)與實際能源消耗數(shù)據(jù)對標，可以發(fā)現(xiàn)不合理的用能設(shè)備或工藝，明確節(jié)能方向，有針對性地采取相應(yīng)措施，使能源成本管理更加精準、細化。

4）智能化能源成本分析管理系統(tǒng)能夠?qū)δ茉丛O(shè)備、能源實績和能源預測等進行全方位監(jiān)控、管理，可為生產(chǎn)全過程實現(xiàn)節(jié)能、降碳和環(huán)保目標提供科學手段，促進企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降碳目標，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。