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1系統(tǒng)主要功能

1.1總體功能框架萊鋼能源管理系統(tǒng)在系統(tǒng)功能方面采用了四層結(jié)構(gòu)，總體框架如圖2所示。1）數(shù)據(jù)采集層。通過(guò)數(shù)據(jù)采集站和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量數(shù)據(jù)采集與集成，包括與電力系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)、生產(chǎn)指揮系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)的接口。2）支撐層。由一系列系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、運(yùn)行平臺(tái)和中間件構(gòu)成，是整個(gè)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，用以實(shí)現(xiàn)組態(tài)化的開(kāi)發(fā)。3）應(yīng)用層。包含項(xiàng)目所涉及的所有應(yīng)用功能和管理功能。4）層。能源管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)畫(huà)面、管理表單、平衡報(bào)告等，同時(shí)提供系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、政策、制度等信息的查詢服務(wù)。

1.2數(shù)據(jù)和事件處理1）數(shù)據(jù)基本處理。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行流量的溫壓補(bǔ)償、累計(jì)、合計(jì)、差值等處理。2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)歸檔。對(duì)能源計(jì)量信號(hào)和報(bào)警信號(hào)進(jìn)行歸檔，周期為5s～5min，提供趨勢(shì)曲線顯示以及報(bào)警信息查詢等功能，以便有效進(jìn)行故障分析和能源消耗分析。3）歷史數(shù)據(jù)歸檔。根據(jù)工藝特點(diǎn)和信號(hào)源，選取必要數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔，通過(guò)磁盤(pán)陣列可以保存3a的歷史數(shù)據(jù)。4）報(bào)警處理。采用分級(jí)報(bào)警方式對(duì)重要現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障信號(hào)、能解系統(tǒng)報(bào)警參數(shù)超限、與能源生產(chǎn)相關(guān)的重要生產(chǎn)單元運(yùn)行狀態(tài)變化等進(jìn)行報(bào)警。

1.3實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)度1）系統(tǒng)管網(wǎng)監(jiān)視。集中展示單一能源介質(zhì)的整體產(chǎn)、供、用情況。2）區(qū)域管網(wǎng)監(jiān)視。對(duì)單一區(qū)域、分廠的介質(zhì)管網(wǎng)和生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)做細(xì)節(jié)展現(xiàn)。3）站所遠(yuǎn)程操控。對(duì)水源井、煤氣柜、放散塔等能源站所的設(shè)備狀態(tài)展示，并提供遠(yuǎn)程控制功能。4）煤氣柜位預(yù)測(cè)。對(duì)煤氣柜未來(lái)一段時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)做預(yù)測(cè)，并對(duì)可能的超限報(bào)警時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)。5）管網(wǎng)平衡預(yù)測(cè)。對(duì)能源介質(zhì)的生產(chǎn)、消耗以及能源轉(zhuǎn)換進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而提供對(duì)能源介質(zhì)管網(wǎng)平衡狀態(tài)的預(yù)測(cè)及調(diào)度建議功能。6）多介質(zhì)平衡。通過(guò)高爐煤氣—蒸汽—冷風(fēng)單元能源介質(zhì)的轉(zhuǎn)換模型，為調(diào)度人員提供能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整功能，從而實(shí)現(xiàn)多介質(zhì)的綜合平衡。

1.4基礎(chǔ)能源管理1）計(jì)劃實(shí)績(jī)管理。依據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備檢修計(jì)劃、單耗預(yù)測(cè)等編制能源的供應(yīng)和需求計(jì)劃，以及能源指標(biāo)計(jì)劃。2）運(yùn)行支持管理。提供調(diào)度人員交接班、停復(fù)役以及運(yùn)方單管理功能。3）能源質(zhì)量管理。通過(guò)分析能源介質(zhì)的質(zhì)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)和報(bào)警，以保證能源介質(zhì)的高質(zhì)量供應(yīng)。4）能源分析支持。對(duì)企業(yè)的能源供需、實(shí)績(jī)、指標(biāo)、對(duì)標(biāo)、成本、能源監(jiān)測(cè)與平衡等進(jìn)行分析。5）能源報(bào)表系統(tǒng)。提供工序能耗、工序單耗、工序能源平衡、介質(zhì)能源平衡、分廠能源平衡等報(bào)表。6）KPI績(jī)效管理。提供KPI績(jī)效系統(tǒng)，幫助企業(yè)將自己的產(chǎn)品、服務(wù)及管理實(shí)踐活動(dòng)與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、行業(yè)龍頭企業(yè)的產(chǎn)品、服務(wù)及管理實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行對(duì)比分析。

1.5知識(shí)管理和信息1）能源信息門(mén)戶。運(yùn)用IIS7技術(shù)構(gòu)建信息資源門(mén)戶系統(tǒng)，為用戶提供統(tǒng)一入口，方便用戶訪問(wèn)能源管理系統(tǒng)的各個(gè)不同子系統(tǒng)。2）知識(shí)管理功能。構(gòu)建文檔及知識(shí)信息系統(tǒng)，提供對(duì)能源管理標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家政策法規(guī)、企業(yè)制度流程等文檔及下載管理功能。3）監(jiān)控畫(huà)面。建設(shè)監(jiān)控畫(huà)面的Web系統(tǒng)，根據(jù)用戶權(quán)限為其相關(guān)監(jiān)控畫(huà)面。

2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1能源預(yù)測(cè)技術(shù)由于不同預(yù)測(cè)對(duì)象與能源介質(zhì)的相互關(guān)系各不相同，使用單一的建模方法不可行。針對(duì)鋼鐵生產(chǎn)工藝以及過(guò)程歷史數(shù)據(jù)，建立了以機(jī)理分析與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)相結(jié)合的一系列預(yù)測(cè)模型，提高了模型精度與運(yùn)算效率。預(yù)測(cè)模型所用到的預(yù)測(cè)方法有：1）相關(guān)因素模型。結(jié)合生產(chǎn)工藝及相關(guān)性分析技術(shù)，獲取影響預(yù)測(cè)對(duì)象能源情況的多項(xiàng)生產(chǎn)工藝因素，作為預(yù)測(cè)模型的輸入，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立模型輸入與輸出之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)度單元的預(yù)測(cè)。此類模型適用于產(chǎn)能/耗能數(shù)量受多種工藝參數(shù)以及操作變化影響的調(diào)度單元，如焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐、熱風(fēng)爐等。2）自回歸模型。預(yù)測(cè)對(duì)象能源情況不僅受工藝參數(shù)等變量影響，還與自身序列有較強(qiáng)的相關(guān)性，采用自回歸建模，此類模型適用于產(chǎn)能/耗能數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定或者自身序列存在一定規(guī)律性的預(yù)測(cè)對(duì)象，如高爐等。該系統(tǒng)中，大量運(yùn)用了時(shí)間序列的自回歸模型（AR）和自回歸滑動(dòng)平均模型（ARMA）建模，對(duì)相關(guān)工序的煤氣產(chǎn)耗量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.2調(diào)度優(yōu)化技術(shù)萊鋼能源管理系統(tǒng)采用調(diào)度優(yōu)化模型技術(shù)，通過(guò)對(duì)能源平衡狀態(tài)的分析，按照一定的目標(biāo)確定調(diào)度規(guī)則和調(diào)度策略，以協(xié)助調(diào)度人員優(yōu)化能源平衡，實(shí)現(xiàn)能源的中長(zhǎng)期平衡和多介質(zhì)動(dòng)態(tài)平衡。能源的中長(zhǎng)期平衡是根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和檢修計(jì)劃預(yù)測(cè)一段時(shí)間內(nèi)的能源供應(yīng)需求量，并制定相應(yīng)的能源生產(chǎn)供應(yīng)計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)（月、年）的能源供需平衡；多介質(zhì)動(dòng)態(tài)平衡是建立高爐煤氣—蒸汽—冷風(fēng)的轉(zhuǎn)換模型，利用能源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為調(diào)度人員提供調(diào)度方案，并在調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)干預(yù)下，對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)多介質(zhì)的動(dòng)態(tài)綜合平衡。系統(tǒng)采用模型與規(guī)則相結(jié)合的方法建模，結(jié)合企業(yè)多年實(shí)際調(diào)度經(jīng)驗(yàn)建立知識(shí)庫(kù)，將得到的調(diào)度規(guī)則集成到模型算法中使其快速收斂，綜合考慮可調(diào)單元的調(diào)度優(yōu)先級(jí)等因素，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度，能源調(diào)度優(yōu)化流程見(jiàn)圖3。調(diào)度方案綜合能源預(yù)測(cè)結(jié)果、專家系統(tǒng)以及全局優(yōu)化算法，既可發(fā)揮常規(guī)線性規(guī)劃優(yōu)化算法的優(yōu)勢(shì)，又可結(jié)合專家先驗(yàn)知識(shí)以及各種約束條件，對(duì)緊急情況進(jìn)行快速反應(yīng)，提高調(diào)度的適用性。

2.3無(wú)人值守技術(shù)無(wú)人值守是能源中心扁平化管理的最直接體現(xiàn)，調(diào)度人員可以直接操作這類站所中的設(shè)備，在減少人員占用的同時(shí)，賦予了調(diào)度員掌控全局的權(quán)力和事故快速響應(yīng)的手段。無(wú)人值守監(jiān)控技術(shù)要求現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)必須滿足無(wú)人值守（或遠(yuǎn)程監(jiān)控）的要求，重要?jiǎng)恿υO(shè)施（如變電站開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)閥門(mén)、電控設(shè)備等）、通信設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定可靠，或經(jīng)必要技術(shù)改造達(dá)到基本的安全條件及自動(dòng)化水平。無(wú)人值守站所應(yīng)具備視頻監(jiān)控和門(mén)禁系統(tǒng)，并建立定期巡檢機(jī)制。煤氣柜、混合站、加壓站、放散塔、空壓站、變電站、水泵站適合采用無(wú)人值守方式運(yùn)行和管理。

2.4基于GIS的綜合集成萊鋼能源管理系統(tǒng)采用基于GIS的綜合集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了以GIS為中心的生產(chǎn)、能源、環(huán)境綜合視，實(shí)現(xiàn)從宏觀到微觀的信息縮放；能夠結(jié)合萊鋼實(shí)際地圖進(jìn)行各區(qū)域、各工序的實(shí)時(shí)生產(chǎn)監(jiān)控；直觀地展示能源流方向，以及各工序的能源產(chǎn)出、消耗、轉(zhuǎn)換情況。

2.5數(shù)據(jù)融合技術(shù)數(shù)據(jù)融合技術(shù)在多信息源、多平臺(tái)和多用戶系統(tǒng)內(nèi)起著重要的處理和協(xié)調(diào)作用，保證了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)各單元與匯集中心間的連通性與及時(shí)通信，并且使人工完成的許多功能均由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確、有效地自動(dòng)完成。萊鋼能源管理系統(tǒng)與多個(gè)信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)與應(yīng)用之間具有復(fù)雜的網(wǎng)狀關(guān)系（見(jiàn)圖4）。采用數(shù)據(jù)標(biāo)簽化技術(shù)將異構(gòu)數(shù)據(jù)分解，再通過(guò)能量流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重新組織（見(jiàn)圖5），從而完成數(shù)據(jù)的融合。

2.6能量流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能量流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用能介單元、能源介質(zhì)、能量流等概念描述鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)，對(duì)能介單元進(jìn)行層次劃分，依據(jù)各種介質(zhì)管網(wǎng)圖進(jìn)行能源系統(tǒng)建模，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成、能量流狀態(tài)監(jiān)視、能耗指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)等功能。該技術(shù)從能源管理系統(tǒng)可行性研究階段開(kāi)始就扮演重要角色，用于統(tǒng)計(jì)基表配置率及計(jì)量平衡水平。隨著數(shù)據(jù)的不斷采集，能量流網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑸锨в?jì)量有機(jī)地組織起來(lái)，使能源管理系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同企業(yè)的差異和相同企業(yè)同時(shí)期的差異，為實(shí)現(xiàn)通用的高級(jí)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2.7工作流驅(qū)動(dòng)技術(shù)工作流是使業(yè)務(wù)過(guò)程的部分或整體在計(jì)算機(jī)工作環(huán)境下的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)某個(gè)預(yù)期的業(yè)務(wù)目標(biāo)，或者促使此目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。萊鋼能源管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程采用了工作流驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架，基于工作流引擎進(jìn)行頁(yè)面流量控制、數(shù)據(jù)流控制和業(yè)務(wù)邏輯處理的分離。萊鋼能源管理系統(tǒng)對(duì)40多個(gè)業(yè)務(wù)流程逐一進(jìn)行了工作流建模，形成標(biāo)準(zhǔn)工作流，通過(guò)工作流使各種崗位的人員同心協(xié)力，提高效率。

3結(jié)語(yǔ)

萊鋼能源管理系統(tǒng)已經(jīng)上線運(yùn)行1a多時(shí)間，企業(yè)各生產(chǎn)區(qū)域自控系統(tǒng)和計(jì)控儀表運(yùn)行穩(wěn)定，能源數(shù)據(jù)采集正確，各能源應(yīng)用功能達(dá)到了預(yù)定效果，為生產(chǎn)與能源調(diào)度提供了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)和能源計(jì)量數(shù)據(jù)，提高了能源管理水平，增強(qiáng)了能源系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。通過(guò)能源管理系統(tǒng)的能源產(chǎn)耗分析、能源實(shí)績(jī)管理以及能源指標(biāo)分析等。建立了客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評(píng)價(jià)體系；能源管理系統(tǒng)采用煤氣、氧氮?dú)鍤?、蒸汽和電力的在線動(dòng)態(tài)調(diào)度，提高了煤氣回收率和自發(fā)電量，減少了自發(fā)電并網(wǎng)，2013年高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣放散率比2012年分別下降0.236%、0.185%，轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收量增加6.17m3，年節(jié)約標(biāo)煤約2.6萬(wàn)t，全年自發(fā)電量增加約0.5億kW•h，可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約3700萬(wàn)元。

作者：王文為單位：山東鋼鐵集團(tuán)萊蕪分公司自動(dòng)化部