0項目概況

山東某水泥廠建有2 條日產5000 噸熟料生產線和一座年產100 萬噸水泥粉磨站。為發展循環經濟，該廠為2 條熟料線分別配套建設了6MW、9MW 純低溫餘熱發電站。水泥企業是典型的高耗能行業，該廠煤、電、水費用合計占總生產成本的70%以上。因此
，建立有效的能源綜合管理係統
、節能降耗是公司健康發展的迫切要求。安科瑞電氣股份有限公司於2010年4月承接了該項目，整個係統采用Acrel-5000能耗監測係統，主要實現對企業用電量和用水量的在線監測和能耗管理。

1 目標任務

監視
、fenxiyijikongzhinengyuanshiyong
，jingquejilushuinishuliaoshengchanxiangegehuanjieheshebeidenenghaozhuangkuang，jilufenxihepingjiazhengtinenghaofeiyongshuiping，congerjiangdimeigehuanjiehexianlunengyuandezhengtishiyongchengben，tongshijiangnengyuanshujushenghuaweiyoujiazhidexinxi，yongyuzhangwohefenxigegebufendenengyuanshiyongqingkuang。jiangnengyuanchengbenfentandaomeigechejian

、班組、設備
、生產環節或線路，並與績效考核掛鉤。自動生成A、B、C
、D 各班能源消耗統計及主要設備停機次數、運轉時間，並對用能情況通過曲線、棒bang圖tu等deng形xing式shi表biao示shi出chu來lai，便bian於yu通tong過guo能neng源yuan數shu據ju的de收shou集ji和he設she備bei狀zhuang態tai的de分fen析xi，進jin一yi步bu發fa現xian能neng源yuan使shi用yong漏lou點dian和he節jie能neng空kong間jian比bi較jiao大da的de環huan節jie，評ping估gu各ge項xiang節jie能neng措cuo施shi和he設she備bei的de實shi際ji效xiao果guo。

2 總體設計

能neng源yuan管guan理li係xi統tong借jie助zhu現xian代dai化hua網wang絡luo技ji術shu和he計ji算suan機ji技ji術shu實shi時shi監jian視shi各ge種zhong運yun行xing能neng源yuan參can數shu，不bu斷duan地di傳chuan送song至zhi係xi統tong服fu務wu器qi中zhong
，使shi運yun行xing管guan理li人ren員yuan可ke以yi通tong過guo監jian控kong中zhong心xin全quan麵mian了le解jie係xi統tong的de運yun行xing工gong況kuang，簡jian便bian地di實shi現xian各ge種zhong數shu據ju分fen析xi。通tong過guo該gai係xi統tong，能neng夠gou精jing確que記ji錄lu各ge個ge車che間jian和he主zhu要yao設she備bei的de能neng耗hao狀zhuang況kuang，記ji錄lu分fen析xi和he評ping價jia整zheng體ti能neng源yuan費fei用yong水shui平ping和he能neng耗hao費fei用yong的de分fen解jie，發fa現xian能neng耗hao的de過guo度du消xiao耗hao點dian
，實shi時shi監jian測ce能neng耗hao信xin息xi，調tiao動dong生sheng產chan者zhe的de積ji極ji性xing，幫bang助zhu提ti高gao節jie能neng減jian排pai的de效xiao率lv。

2.1 係統組成

該係統主要由現場監控設備（主要包括各種智能儀表）
、通訊設備（工業計算機數據環網）、能源管理係統軟件3 部分組成。一次傳感儀表主要采用施耐德公司產品
，數據采集器、數據處理服務器、網絡服務器
、網絡通信設施、主機及終端顯示屏等全部采用國內先進產品。

2.2 係統結構

gaixitongshujucaijiquanbulaiziyuxianchangzhinengyibiao，yugongyekongzhiwangluowanquangeli
，quebaolegongyekongzhiwanganquankekaowendingyunxing。xitongyudimianguanlishujuwangluohulian，shixianleWEB 信息傳輸與發布。係統基於TCP/IP 架(jia)構(gou)

，具(ju)備(bei)與(yu)其(qi)他(ta)子(zi)係(xi)統(tong)互(hu)聯(lian)互(hu)通(tong)接(jie)口(kou)。係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)能(neng)源(yuan)監(jian)控(kong)和(he)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)分(fen)層(ceng)分(fen)布(bu)式(shi)結(jie)構(gou)，方(fang)便(bian)用(yong)戶(hu)的(de)管(guan)理(li)和(he)維(wei)護(hu)工(gong)作(zuo)。係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)專(zhuan)用(yong)的(de)能(neng)源(yuan)監(jian)控(kong)和(he)管(guan)理(li)軟(ruan)件(jian)。

2.3 係統原理

通過該係統實時獲取能源消耗監控點能耗數據，對能源供應
、分(fen)配(pei)和(he)消(xiao)耗(hao)進(jin)行(xing)監(jian)測(ce)
，實(shi)時(shi)掌(zhang)握(wo)能(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)狀(zhuang)況(kuang)，了(le)解(jie)能(neng)耗(hao)結(jie)構(gou)，計(ji)算(suan)和(he)分(fen)析(xi)各(ge)種(zhong)設(she)備(bei)能(neng)耗(hao)標(biao)準(zhun)，監(jian)控(kong)各(ge)個(ge)運(yun)營(ying)環(huan)節(jie)的(de)能(neng)耗(hao)異(yi)常(chang)情(qing)況(kuang)，評(ping)估(gu)各(ge)項(xiang)節(jie)能(neng)設(she)備(bei)和(he)措(cuo)施(shi)的(de)相(xiang)關(guan)影(ying)響(xiang)，並(bing)通(tong)過(guo)WEB 把各種能耗日報報表、各(ge)種(zhong)能(neng)耗(hao)數(shu)據(ju)曲(qu)線(xian)等(deng)發(fa)布(bu)給(gei)相(xiang)關(guan)管(guan)理(li)和(he)運(yun)營(ying)人(ren)員(yuan)，分(fen)享(xiang)能(neng)源(yuan)信(xin)息(xi)化(hua)帶(dai)來(lai)的(de)成(cheng)果(guo)
，完(wan)成(cheng)對(dui)企(qi)業(ye)能(neng)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)監(jian)控(kong)及(ji)電(dian)力(li)負(fu)荷(he)耗(hao)能(neng)狀(zhuang)態(tai)的(de)監(jian)測(ce)和(he)管(guan)理(li)。為(wei)節(jie)能(neng)工(gong)程(cheng)提(ti)供(gong)數(shu)據(ju)支(zhi)撐(cheng)。

2.4 係統功能

1）實時監測能源數據。準確的能耗數據是節能工作的基礎。能源管理係統可以根據實際需要，對水泥熟料生產各工藝，包括石灰石破碎、原料粉磨、煤粉製備
、熟料燒成、餘熱發電等能耗信息進行實時監控。所監控的數據包括電能數據
、蒸汽數據、煤耗數據、壓縮空氣數據
、用水流量及原料消耗量等。

2）形成重要能耗報表。定期提供單位熟料電耗

、煤耗
、水耗
、氣耗等綜合能耗信息
，並對各生產工藝環節進行單耗、總耗統計；報表分為日報
、月報

、季報、年報等幾種
，分析電、煤、水、壓縮空氣
、蒸汽消耗情況
，以及主機設備運行時間
、停機次數等信息。係統還可以分析對比不同時期，同類、不同類設備之間的耗能狀況，為發現節能漏點
，提供數據參考。

3）分析能耗負荷特性。以圖表
、棒圖、曲線等方式，進行一係列負荷對比分析
，包括單位能耗對比
，重要負荷對比，一
、二線同類負荷用能對比等
；係統將分析結果長期存貯在數據庫中，同時考慮能源消耗、生產計劃、產出多方麵信息，總結經驗，使設備以經濟合理的方式運行，實現係統的節能降耗。

4）細化成本管理。科學準確的界定和分析各部門、班組用能成本，可實現對各車間及熟料線A
、B
、C、D“四班三運行”模式下各班能源消耗數據統計分析
，並能做到班、日分析，使能耗分析更加準確、及時
、細化，提升了對能耗成本的控製能力。

通過對比各部門和班組能耗數據，可以發現不良的操作習慣
，形成科學的管理和考核辦法。

5）預警並診斷能耗異常情況。對不符合工藝操作流程的用能設備、各測量點能源消耗的異常情況進行自動診斷和報警提示。對超出功率範圍的能耗設備進行報警、duizhongyaoshebeiyunxingpipeizhuangkuangtichuzhenduanxinxi。zhongyangkongzhishiguanlirenyuankegenjuxitongtishi
，jishizuochukexuechuli，youxiaofangzhipaomaodilouxianxiang
，weishengchanxiananquanwendingyunxingtigongkekaobaozhang。

2.5 軟件特點

上位機軟件為Acrel-5000能耗監測係統組態軟件，該軟件是對現場能耗數據進行采集與監測的專用軟件
，最大的特點是能以靈活多樣的“組態形式”而不是編程方式來進行係統集成，它提供了良好的用戶開發界麵和簡捷的工程實現方法，隻要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態”
，便可以非常容易地實現和完成對現場數據的采集與監測功能。Acrel-5000nenghaojiancexitongjuyouyouhaoderenjijiaohujiemian
，keshishihedingshicaijixianchangshebeigecanliangjikaiguanliangzhuangtai

，bingjiangcaijidaodeshujushangchuangeishujuzhongxincunchu。xitonghaitigongleshishiquxianhelishiqushiquxianfenxi，fuheyonghushejixuyaodebaobiao
、事件記錄和故障報警等功能。整個係統可以實現所有回路能耗的采集和統計
，實現了遠程自動抄表、能耗監測功能。

1）運行狀態監測：通訊異常報警提示。

2）用戶管理：不同用戶權限具備不同操作功能，各級權限的口令修改操作功能，具有權限防誤功能。

3）能耗報表、棒圖：實現了所有能耗報表的按時間查詢
，分為日、月
、年報表等，任意分類
、分項實時能耗棒圖顯示。

4）打印及導出：所有報表及界麵可打印


，或以EXCEL、WORD 格式進行導出。

3 網絡實現方案

係統監控中心設在中央控製室

，作為能源管理係統的數據和管理中心

，承擔整個能源管理係統數據的采集
、存儲、統計、分析功能，同時管理整個係統的用戶權限和Web 發布功能。整個係統采用光纖、以太網總線
、RS485 等傳輸介質，組建獨立的、專用的通訊網絡。主幹線采用工業級光纖環型以太網絡
，環型主幹網共設立11 個網絡節點
，包括監控中心
、總降壓站、餘熱電廠電氣室、一線窯頭電氣室
、一線原料粉磨電氣室
、一線原料處理電氣室、二線窯頭電氣室
、二線原料粉磨電氣室、二線原料處理電氣室
、石灰石破碎電氣室、煤粉製備電氣室，其它電氣室、工作間等，信號采用光纖
、RS485 或信號電纜就近連接到

這10 個節點之一，實現與監控中心的數據傳輸。

能源管理係統采用分層分布式網絡結構（圖1）

，係統自下而上分3 層：現場監測層、通訊層和係統管理層。

圖1 某水泥廠能源管理係統網絡結構

3.1 現場監測層

現場監測層是指直接采集現場設備數據並具備上傳功能的現場監測設備
，包括流量計
、電力參數測量儀
、壓力傳感器
、電子秤以及可編程控製器PLC 等。這些監控設備完成信號采集

、處理，並轉換為通訊信號
，接入到網絡通訊層。東華水泥公司能源管理係統現場監測層將監測8 個子係統的現場數據：電能子係統、用水子係統
、供煤子係統
、柴油子係統、壓縮空氣子係統、蒸汽子係統、原料子係統、煙氣子係統。

3.2 網絡通訊層

網絡通訊層是指完成能源管理係統通訊所涉及的底層通訊鏈路（如RS485）、通訊轉換設備（以太網關）以及頂層通訊鏈路（如光纖以太網
、TCP/IP 網絡）等的總稱。這一部分是連接現場監測層和係統管理層的紐帶環節。本項目現場通信網絡采用RS485 總線方式，支持Modbus 通訊規約。通過以太網關轉換為以太網絡。以太網關擴展的RS485 的串行接口
，支持Modbus 現場總線協議，每個 RS-422/485 通道最多能連接32 個(ge)智(zhi)能(neng)設(she)備(bei)。通(tong)過(guo)以(yi)太(tai)網(wang)關(guan)把(ba)低(di)速(su)串(chuan)行(xing)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)為(wei)高(gao)速(su)以(yi)太(tai)網(wang)，將(jiang)現(xian)場(chang)層(ceng)的(de)電(dian)力(li)數(shu)據(ju)轉(zhuan)送(song)入(ru)局(ju)域(yu)網(wang)內(nei)
，方(fang)便(bian)上(shang)位(wei)係(xi)統(tong)的(de)管(guan)理(li)。工(gong)業(ye)級(ji)光(guang)交(jiao)換(huan)機(ji)將(jiang)以(yi)太(tai)網(wang)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)光(guang)信(xin)號(hao)，多(duo)個(ge)以(yi)太(tai)網(wang)交(jiao)換(huan)機(ji)組(zu)成(cheng)光(guang)纖(xian)環(huan)網(wang)。依(yi)靠(kao)光(guang)纖(xian)網(wang)絡(luo)良(liang)好(hao)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)性(xing)和(he)傳(chuan)輸(shu)性(xing)能(neng)可(ke)以(yi)更(geng)好(hao)適(shi)應(ying)惡(e)劣(lie)的(de)電(dian)氣(qi)環(huan)境(jing)和(he)遠(yuan)程(cheng)的(de)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)。監(jian)控(kong)中(zhong)心(xin)與(yu)各(ge)站(zhan)點(dian)（光纖通訊節點）之間采用全雙工交換式光纖環網結構。光纖自愈環技術具有穩定性好、可靠性高和自愈能力強的特點。光纖環網中任何一處的線路故障不會導致通訊故障。

3.3 係統管理層

係統管理層是能源管理係統的最高管理層。係統管理層的全部設備安放在中央控製室內。配置一台監控服務器、一台操作工作站、一台WEB 服務器
、通訊設備
、激光打印機、UPS 等。數據服務器采用高性能計算機，能源管理軟件采用專業的監控組態軟件。該層完成接受現場監測層和DCS 係統上傳的實時數據

，並對這些數據進行分析
、轉換、存儲，並以數字、曲線、報表等形式顯示在屏幕上。能源管理係統須采用分層分布式網絡結構，應具有良好的可靠性與實時性。監控軟件應基於Windows 2000/2003/XP 中文操作係統，采用客戶機/服務器模式的分布式網絡結構
，標準化
、網絡化
、功能分布的體係結構
；具備軟、硬件的擴充能力
；支持係統結構的擴展和功能的升級。同時，該層可以提供標準的網絡接口和通信協議，實現與其他係統的聯接；係統管理層通過OPC Server 與其它集成係統進行數據交換。具備與山東淄礦集團內部計算機網絡、信息管理係統（MIS）、生產管理係統（如：DCS）、建築物集成管理係統（BMS）等係統的聯網，與其它接口可采用OPC Server/Client 模式。

4　主要監控及計量表計

5　應用效果

Acrel-5000能源管理係統自 2010 年4 月份試運行以來，通過邊完善、邊應用、邊改進，在能耗管理控製方麵取得了初步效果。

1）強化了對標管理。大力開展了班與班之間

、第di一yi條tiao熟shu料liao線xian與yu第di二er條tiao熟shu料liao線xian之zhi間jian對dui標biao活huo動dong
，且qie能neng實shi現xian當dang日ri對dui標biao。通tong過guo查zha找zhao能neng源yuan使shi用yong漏lou洞dong，減jian少shao重zhong要yao耗hao能neng設she備bei故gu障zhang，提ti高gao了le設she備bei運yun轉zhuan率lv，降jiang低di係xi統tong停ting機ji率lv，降jiang低di了le能neng耗hao。

2）降低了用電消耗。通過能源係統報警提示，當供電係統總負荷超出申請需量時，係統可自動提示DCS 操作員調整負荷，關停有關設備。當原料磨主電機、煤磨主電機等大型用電設備停機後，係統將會自動提示操作人員
，將其關聯的原料磨風機、煤磨排風機進行及時關停，節約了電力消耗。試運行期間，先後避免了3 次風機停機不及時現象
，降低電力消耗超過5000kWh。2 次調整了設備峰穀平用電不合理情況。

3）加(jia)強(qiang)了(le)用(yong)水(shui)管(guan)理(li)。一(yi)旦(dan)發(fa)現(xian)總(zong)管(guan)路(lu)水(shui)流(liu)量(liang)大(da)於(yu)其(qi)各(ge)支(zhi)路(lu)流(liu)量(liang)之(zhi)和(he)
，或(huo)支(zhi)管(guan)路(lu)流(liu)量(liang)突(tu)然(ran)增(zeng)大(da)，超(chao)出(chu)正(zheng)常(chang)範(fan)圍(wei)時(shi)，係(xi)統(tong)將(jiang)自(zi)動(dong)報(bao)警(jing)，監(jian)控(kong)人(ren)員(yuan)即(ji)可(ke)斷(duan)定(ding)管(guan)路(lu)有(you)漏(lou)水(shui)點(dian)，組(zu)織(zhi)人(ren)員(yuan)查(zha)找(zhao)處(chu)理(li)，堵(du)塞(sai)漏(lou)洞(dong)。試(shi)運(yun)行(xing)期(qi)間(jian)
，避(bi)免(mian)了(le)2 次漏水事故。通過開展對標活動和加強考核，取得了顯著效果。

參考文獻：

[1]安科瑞電氣股份有限公司係統解決方案.2012.12版.