水泥厂能源管理系统的设计与实现

黄贤飞

（湖南省建筑材料研究设计院有限公司，长沙  41011）

 文章已被水泥技术杂志社录用，水泥技术杂志投稿网址链接：http://www.zazhi114.cn/shuinijishu

摘 要：水泥行业一直以来是以高消耗、高污染和低效益的经营模式著称，近些年，社会对节能环保的呼声愈发高昂，水泥行业发展一条以节能环保标准化工作体系为支撑，以低消耗、低排放、高效率的新型清洁生产道路已迫在眉睫^[1]，而水泥能源管理系统也正是因节能要求应运而生的，本文是笔者在水泥行业实施能源管理系统的技术分享，旨在为水泥能源管理系统的程序编写人员提供开发指导思路。

关键词：水泥厂 ：能源管理 ：节能： 信息化

0 前言

本文选用的案例为我院总承包的西藏藏中建材股份有限公司4000t/d熟料水泥生产线，该水泥厂与2017年4月建成投入试生产，笔者参与该水泥厂的能源管理系统开发工作，在供电系统方面，该厂采用 110KV/10KV 供电，总装机容量44216.1KW，计算有功、无功和视在功率分别为35752KW、9961看KVar、37113.7KVA，电费是生产成本的主要构成部分,该项目也是西藏地区的用电大户，所以用电情况不容小视，必须要明明白白的清楚每一度电是用在了哪里，而一般水泥厂的用电情况的统计是由人工记录的，由动力部电工在各电气室手抄，这种方式不仅效率低，而且也不能对用电系统进行实时监测和分析，更提不上给水泥厂管理人员提供决策支持，鉴于该项目计划是打造成国内一流的智能化水泥工厂，在节能管理这一块我们给业主引进了一个集团级的、集中统一的能源管理系统。

1 水泥厂能源管理系统方案设计

1.1了解业主需求

要做方案首先必须要了解需求，水泥厂有很多部门，也有很多不同层级的员工，各个部门各个层级员工对于能源管理的需求是不同的，因为大部分开发代码的人对于水泥厂的情况是不了解的，所以在项目实施之初需要走访厂里面许多人，如下为各个典型岗位对于能源管理的需求想法：

a.最高层领导：“我们投资的这套系统是否能确实看到效益？怎样利用能源管理系统达到不断节能的目的？在管理和组织架构上需要做哪些调整来配合这套系统的使用？”

b.生产副总：“怎样得到各个车间实时的、真实的能源消耗来做对标管理？怎样公平的对不同部门进行考核？”

c.财务部长：“每个月的水、电账单跟实际使用是否有出入？”

d.车间主任：“我车间的电耗为什么比以前高了？哪里可以得到实时的数据分析？”

e.动力部长：“电能质量如何？会不会影响用电设备的可靠性？会不会被供电部门罚款？”

f.中控主任：“数据太多、分析难度大、耗时长，能否及时发现节能的机会？怎样保证我们的操作员每天都在进行最优化、最节能的控制？怎样便捷的进行班组绩效考核以提高他们的责任心？”

g.操作员：“哪个部位的耗能不正常了？我怎么样操作才能节能？能不能有实时的提示？”

其实每个水泥厂的需求是大同小异的，但是为了体现个性化服务和对于业主的尊重，还有增加业主的参与度以便系统更容易投入使用，每个项目还是需要单独跟水泥厂相关部门做交流的。

1.2设计思路：

本着技术的理性应用、务实的设计思路，从技术措施、系统的结构、系统的性

能和管理、技术保障等方面综合评估和选型，确保系统运行的稳定性，达到最佳的效果。方案采用如下的设计思路，从方案的提出——设计——开发——实施——调整——维护试运行、直到整套系统的最终使用，从水泥厂本身发现能源问题，并指导问题的解决，成为一个提高能效的综合管理系统。

1.3能源管理系统的组成

能源管理系统主要由分布在水泥厂各处的监控仪表（包括电力多功能表、液体流量计等）、网络通讯设备以及能源管理系统软件组成。能源管理系统通过提前架设好的网络系统来采集水泥厂的能耗数据，对能源的使用情况进行监测，实时的掌握能源消耗状况和能耗结构，并可以通过互联网把各种能耗报表和数据曲线等信息分享给水泥厂相关人员。

1.4能源管理系统能效管理方案

能源管理系统之所以能够很快找出节能点，正是因为能效管理方案的合理设计，只有确定了能效管理方案，才能够知道我们具体需要采集哪些数据，为此我们制定了关键绩效指标（见表1）：

2水泥厂能源管理系统的软硬件设计

2.1硬件系统架构

能源管理系统的架构是分布分层式的，从上到下一共分为三层，分别为终端

层、通讯层和管理层。

a. 终端层：可以直接采集现场设备的数据并能够向上传送数据，包括电力多功能仪、液体流量计等。

b. 通讯层：本项目现场通信网络采用RS485 总线方式，每个RS485 通道可以连接24 个智能仪表，智能仪表之间是并联的关系，所以其中任何一个设备的出现问题时，也不会影响其它设备运行。

c. 管理层：集中管理本项目的全部用能设备，系统管理层可以通过 OPC 通讯协议与其它信息化系统进行数据交换。^[2]

2.2水泥厂能源系统网络结构如图1所示：

图1 水泥厂能源系统网络结构

2.3软件的表现形式

a.企业能耗总览：是把工厂所有能耗的实时数据汇集到一张页面，使管理者可以在一个页面就可以知道工厂总能耗。

  b.实时数据模块：显示各种能源系统的实时数据，便于系统的整体管理。

c.能源统计模块：可以进行各类能源不同时间维度（如日、周、月、季、年等）的统计。

d.预警模块：此功能是为工厂能耗制定计划，可以实时的查看能耗的预警状况。

e.分析对比模块：用于分析各种能源消耗比例、同部门各种能耗类型所占比例、各部门占总能耗比等数据。

f.KPI 分析模块：关键的经济指标分析，使管理者更加直观的了解水泥厂的能源使用情况。

g.经营分析模块:结合工厂的产量、各种能源的能耗、工厂的其他相关系统、经济指标等数据，把总结分析后的数据提供给水泥厂管理人员。

h.历史数据记录模块：系统收集各监测控制与管理装置的实时数据并存储在一个开放式数据库中予以保存，系统可保存长时段的历史记录，自动生成历史趋势曲线。

i.电力参数测量模块：系统实时显示从各电力多功能表中通讯采集的数据，这些数据包括：电流、电压、功率、功率因数、有功无功等参数。

j.故障报警模块：对于正常状态、报警和故障状态分别发出不同的提示，这种提示可以是在画面上显示，也可以是远程短信提示。

3 结束语

本项目的能源管理系统已稳定运行了将近一年，成了本项目贴上智能化工厂标签的因素之一，在降低能耗、提升效率、优化操作等方面也取得了非常好的效果，同时该系统也成了参观本项目的必考察对象之一，得到了较好的社会效应。

4 参考文献：
[1]蒋明麟.我国能源形势与水泥工业的节能任务.建材发展导向，2007.
[2]郭碧君.能源管理系统在水泥厂的应用[J]．水泥工程，2011.