淺聊智慧能源管理系統在鋼鐵行業中的應用

張繼冬

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著科技的不斷進步，智慧能源管理系統在鋼鐵行業中的應用日益廣泛。本文探討了智慧能源管理系統的概念、特點及其在鋼鐵行業中的重要性，詳細闡述了該系統在鋼鐵生產過程中的能源監測與分析、能源優化調度、節能減排等方面的具體應用，并對其未來發展趨勢進行了展望。

2.2，特點

2.2.1 實時性：能夠實時采集和處理能源數據，及時反饋能源系統的運行狀態。

2.2.2 準確性：采用高精度的傳感器和先進的數據分析算法，確保能源數據的準確性。

2.2.3 智能化：具備自動分析和決策功能，能夠根據能源系統的實際情況進行智能調度和優化控制。

2.2.4 可視化：通過直觀的圖形界面展示能源數據和系統運行狀態，便于用戶理解和管理。

2.3.1 提高能源利用效率：通過對能源系統的實時監測和優化調度，減少能源浪費，提高能源利用效率。

2.3.2 降低能源成本：合理控制能源消耗，降低能源采購成本，提高企業的經濟效益。

2.3.3 促進節能減排：實現能源的精細化管理，減少污染物排放，符合國家的環保政策要求。

2.3.4 提升企業競爭力：提高企業的能源管理水平，增強企業的可持續發展能力，提升企業的市場競爭力。

四、智能化能源管理控制系統的網絡組織架構、功能、軟硬件組成

4.1能源管理控制系統的網絡框架結構

現場通過廠區局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

系統可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

首先第一層為企業能源數據采集層，是利用生產現場計量儀表、AI異構通訊模塊、數據板卡ME等，搜集產品生產的工藝信息、設備運行信息、能源使用信息，完成工業生產

控制系統內的正向數據采集。

而后在工業級交換機、單模光纜等網絡設備支持下，采取環形、星形相結合的網絡結構，建立起不同自動化監控系統之間的網絡連接，進行主站點、子站點等生產單元的數據信息傳輸控制。由EMS能源管理控制系統，向企業內的產品生產、工業制造車間發送指令信號，實時傳輸某一周、某一月的生產能源消耗信息，包括能源設備運行狀態、能源介質總用量等信息，各車間的現場控制中心，負責指令信號響應、

能源消耗數據采集處理、并逆向傳送相關的響應數據。

第二層為數據運算、處理與調度層級。通過通訊管理機進行數據信息處理、運算后，存儲至數據庫服務器之中。

最外層為能源數據決策應用層。這一層級包含中央交換機、客戶端、工程師站等組成結構，其中由中央交換機作為數據流轉換、能源管理功能的控制核心，建立起數據集中處理與分析的數學模型，通過各主站點、子站點生產單元的傳輸數據計算，得出生產設備控制數據、成本優化數據、能源預測與平衡數據、能源負載與綜合利用數據的結果。

這里智能化能源管控子站的數據采集系統，包含CPU控制終端處理器、異構通訊采集設備、生產現場儀表、TCP/IP通訊協議、AI異構通訊模塊、EN2T以太網通訊模塊等的硬件設施，用于主站管理控制系統、各子站系統的網絡連通，以及PLC控制器、網絡交換機之間的設備對接。

　根據以上圖2的EMS智能化管控系統的網絡硬件結構可以得出：智能化能源管控子站的services服務系統，是在能源管控中心的主結構下，設置基礎能源管理服務器、GIS地理服務器、Web發布服務器、ICV網絡管理服務器、I/0服務器、備份服務器、目錄服務器、PI實時數據庫等的任務處理模塊。

在此基礎上，將不同能源子站接入網絡防火墻、220V雙路供電電網，通過以太網通訊模塊、AI異構通訊傳送，形成能源子站UPS運行信號、ICV服務器管理系統的連接，并完成二者之間企業生產運行數據、能源消耗數據的傳輸發送。當UPS運行信號發生故障的情況下，基礎能源管理服務器、ICV網絡管理服務器等模塊，將向智能化能源管理控制總系統，發出過限報警、故障報警信號，以便于專業技術人員及時處理解決問題。

5平臺設計與功能

5．1 系統平臺設計

智慧能源管理平臺采用去中心化的分布式網 絡構架設計如圖 2 所示，采用 B / S 模式，實現云端建模、設計及部署，簡化了客戶端的維護工作，為 以業務模式為基礎的功能模塊擴展提供軟件支撐 基礎。滿足集團海量實時數據地存儲和處理的要 求，存儲在系統中的歷史數據可刪除，系統不 會因為數據量的攀升影響到存儲和訪問速度。遵 循系統應用插件規范進行二次開發，開發的功能 模塊插件可無縫配置到應用界面中使用。

5．2 系統實施

每家工廠實施能碳管理系統建設，首先是制 定出符合管理要求的能碳管理架構，該架構可以 隨著管理需求的變化而靈活調整。能碳管理架構 可按照廠區、車間、生產線進行配置，將能耗數據 與管理架構進行對應關聯，全面的展示出能源管 理的范圍和深度。

功能

AcrelEMS企業微電網能效管理系統提供基于行業特點細分的能效管理解決方案，支持有線/無線方案接入各類智能設備，并提供多種第三方系統接口協議，融合企業微電網電力監控、能耗統計、電能質量分析及治理、智能照明控制、主要用能設備監控、充電樁運營管理、分布式光伏監控、儲能管理等功能，通過一個平臺即可全局、整體的對企業電網進行進行集中監控、統一調度、統一運維，滿足企業用電可靠、安全、節約、有序用電要求。平臺支持中英文切換，現已應用于多個行業和地區用戶側能源管理和電力運維平臺，單個平臺已接入1600多個用戶變電所數據，提供能源分析和運維管理功能。

圖3AcrelEMS能效管理平臺應用

電力監控

對企業高低壓變配電系統的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補償柜及電纜等配電相關設備的電氣參數、運行狀態、接點溫度進行實時監測和控制，監測企業微電網主要回路的電能質量并進行治理，對故障及時處理并發出告警信息，提高企業供電可靠性。

圖4電力監控功能

能耗分析

采集企業電、水、燃氣等能源消耗，進行分類分項能耗統計，計算單位面積或單位產品的能耗數據以及趨勢，對標主要用能設備能效進行能效診斷，計算企業碳排放，為企業制定碳達峰、碳中和路線提供數據支持。

圖5能耗分析功能

照明控制

智能照明控制功能可以根據企業情況實現定時控制、光照感應控制、場景控制、調光控制等，并結合紅外傳感器、超聲波傳感器，實現人來燈亮、人走燈滅，并可以根據系統的控制策略實現集中控制，為企業節約照明用電。

圖6照明控制功能

分布式光伏監控

監測企業分布式光伏電站運行情況，包括逆變器運行數據、光伏發電效率分析、發電量及收益統計以及光伏發電功率控制。

圖7分布式光伏發電監測

儲能管理

監測儲能系統、電池管理系統(BMS)和儲能變流器(PCS)運行，包括運行模式、功率控制模式，功率、電壓、電流、頻率等預定值信息、儲能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度，根據企業峰谷特點和電價波動以及上級平臺指令設置儲能系統的充放電策略，控制儲能系統充放電，實現削峰填谷，降低企業用電成本。  

圖8儲能管理

充電樁運營管理

監測企業充電樁的運行狀態，提供充電樁收費管理和狀態監測功能，并根據企業負荷率變化和虛擬電廠的調度指令調節充電樁的充電功率，使企業微電網穩定安全運行。

圖9充電樁管理

自定義駕駛艙

可根據用戶的關注點自行繪制所需的駕駛艙頁面，包括能源預收費、充電樁運營、電梯、空調、照明等各種設備的能耗統計、收益統計、運維情況等。

圖10能源物聯網駕駛艙定義

數據采集和數據監測

實時監測各配電柜的電壓、電流等電力參數，實現遙測、遙信、遙控。實時監測各配電室溫濕度、煙感、水浸等環境參數。監視變壓器的運行狀態及用能參數，測算損耗，找出經濟運行區間，降低能源損耗。

圖11數據采集和監測

能耗統計分析

主要是對能耗的數據、能耗分項以及區域能耗和能耗指標等進行統計。其中還包含總能耗定比,也就是指實際消耗的能量所占據總能量的百分比,并利用各種圖形的方式進行表示，用于綜合能耗分析。

圖12能耗統計分析

電氣和消防安全管理

接入電氣火災探測器、無線測溫傳感器、智能斷路器等設備，對配電回路的剩余電流、線纜溫度等火災危險參數進行實時監控和管理。在消防水池、消防水箱等地方安裝消防水位表，檢測消防水位的變化；消防水管、噴淋等地方安裝消防水壓表，檢測消防管道的壓力。在家庭、賓館、公寓等存在煙霧、可燃氣體的室內場所，安裝獨立式煙感或可燃氣體探測器，檢測這些場所是否存在煙霧和可燃氣體。

圖13電氣消防安全管理

能源收費管理

適用于物業租賃方對出租物業的能源收費管理，支持水電一體化收費管理，具備租戶開戶、銷戶、退差操作，支持分時電價和階梯電價設置和功率過載閾值設置，可對接支付應用程序實現自助支付。

圖14能耗收費管理

充電樁運營管理

當用戶要管理多個充電站的充電樁時可把充電樁自助接入平臺，實現對充電樁狀態的監測和掃碼、刷卡充電收費管理。在用電高峰期如充電負荷過高超出供電變壓器承受范圍還可以自動設置充電功率限制或新增充電限制，或投入新能源，確保能源供應安全。

圖15充電樁運營管理

照明控制管理

可遠程控制照明設備的開關，并可以根據光照度、經緯度日出日落時間和時間設置策略來自動控制燈光，節約照明能源。

圖16照明控制管理

碳排放分析

統計用戶的碳排放量并追蹤碳排放足跡，提供碳排放清單，進行配額核算和配額考核。

圖17碳排放分析

4.3硬件設備組成

　不同工業及能源企業的智能化能源管理系統，通常為環形網絡連接、星形網絡連接的結構，形成層級式連接的工業環網，其中管控中心主站點負責下屬多個子站的控制，具體能源管理系統的子站環網結構如下圖2所示。

參考文獻

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作者介紹：
張繼冬，男