化工企业能源在线监测系统的开发应用

王旭东

(天津长芦海晶集团有限公司，天津 300450)

能源在线监测系统是通过现代计算机技术、网络通信技术和分布式控制技术，建立完善的能耗监测、管理体系，在线监测化工企业的生产能耗动态过程，收集生产过程中大量分散的能耗数据，提供实时及历史数据分析、对比功能，以发现能源消耗过程和结构中存在的问题。通过优化运行方式和用能结构以及建立化工企业能耗评估、管理体系，实现公司对能源的计划、生产、实绩、输配、调度、分析等各方面全方位的管理，以最少的人力、最先进的手段、最有效的体制、最完整的信息作为支撑[1]。使企业更好地完成资源调配、生产组织、部门结算、成本核算，需要建立一套有效的能源数据获取系统，为实现能源自动化调控打下坚实的数据基础。

1 系统架构设计

(1)数据采集、接入层。各类能耗采集终端通过RS485总线等方式接入数据网关，对能耗数据进行实时采集，并打包、发送；通信层，通过局域网络或无线网络，将数据传输至数据中心。

(2)传输层。将各类能耗数据通过以太网或其他方式上传。

(3)信息处理、展示层。通过对能耗数据的存储、统计、分析，以多媒体、移动端、网页等多种形式进行展示。

2 系统功能设计

(1)图形监控。按照“分类、分层、分显、分控、分环”的设计思想，建立能源监控模块。即：按能源介质分类(电、天然气、氧气、压缩空气、水、蒸汽等)，按生产区域分层(全厂画面、区域画面、单体画面)，按操作用途进行分显(过程画面、操作画面、报警画面)，按控制要求分控(就地控制、现场控制、能中控制)，按能源流程进行分环(发生环节、转换环节、输配环节、使用环节)。在各监控画面中，将关键参数群作为主控关键点，确保信息的及时性、完整性、冗余性、可信性、可判性。

(2)数据监测。系统实时监视公司能源介质、设备运行参数，及时发现问题，为采取措施提供支持，使生产、能源调度更准确。系统具备流程图、趋势图、表格、管网图等形式的监控方式，监控范围(设备、工序或车间、公司)和监控能源种类(固体燃料、煤气、水、电、汽、风等)能够任意组合形成各种监控画面。

(3)能源统计分析。主要依据国家或行业标准，分析公司、装置的主要单耗或重点能效指标。分别从各个层级观察当前各区域能效(包括厂级能效、装置能效以及设备能效，一般以单耗指标表征)是否正常，因此能够较为全面地反映当前能耗水平。

(4)能源实绩管理。实现对各种能源介质按工序及重点耗能设备、按能源介质种类、按能源介质属性(消耗量、发生量、回收量等)进行采集、抽取和整理，取得能源生产运行的实绩数据，自动实现各种能源介质的日能源实绩报表、月能源实绩报表等。能源管控部门编制的能源供需实绩报表为公司的唯一能源消耗数据来源，所有部门均以此数据为基准编制各类其他报表。

(5)用能考核管理。结合公司用能计划、能效指标等，按照公司考核指标体系，通过系统能源分析功能对计划、定额等进行分析。对公司、分厂、部门、班组、个人的实时和阶段考核，实现能源管理的精细化和全面化，将节能降耗工作落到实处。

能源考核的主要对象是各用能单元，考核内容包括主要产品的单耗、主要工序的生产能效等不同的考核指标，设定用能的限定值、标准值和优秀值，实现按照单位产品的能耗考核。

(6)能源统计报表。全面、准确、及时地反映公司和各用能工序能源使用状况，编制公司能源平衡报表和各种对内对外能源报表。统计报表功能是根据公司管理活动需要，用于定时上报，生产情况汇总等报表，可以按班、日、月、年等时间方式组织，报表样式可以自定义。

(7)能耗报警。在能源在线监测系统中设置各监测点的安全及管理报警限值，当能源运行过程中有超限情况，系统进行自动报警，保障用能安全。具体报警可根据不同的监测对象分别进行设置，如设置上限、下限、指标内报警、超出指标报警、累积量报警、瞬时量报警、时间段平均值报警等。对上述各项参数，数据中心将通过通讯指令，分别可以对各项参数独立设置。当发现报警数据时，将以日志、短信、APP等多种方式发处报警信号。报警周期方面同样可以灵活定制，系统对连续的报警将进行智能区分；当警报消除后，系统将及时做出反应。

(8)设备管理。通过设备管理模块与手机APP端数据集成，能够清晰的知道某个设备的基本信息、巡检计划、巡检记录、巡检报告、接收评估报告等。系统提供的APP电子巡检功能，当巡检员到达设备位置，检查完毕设备后，通过扫描设备二维码，即可完成巡检信息的录入。通过对设备运行时间、更换记录、维护记录等数据及信息的处理，生成运维计划，并对运维工作的流程、结果、文档等进行数字化管理，实现科学调度、节约高效。通过对比点巡检反馈信息进行实时报警、对系统巡检到位提高公司能源系统的运行管理水平及整体安全水平。

3 预期效果

(1)建立高度集成的能源在线监测系统，实现所有能源介质的集中实时监控。通过建立“高度集成”的生产、能源综合监控中心，实现各装置计量数据、各动力介质信息、固体燃料信息、重点耗能设备和耗电设备信息、生产运行关键信息等的集中监控，主要包括图形监控、数据监测、能耗报警、能源统计报表、设备管理等监控功能[2]。实现对能源消耗的能流走向的实时监控；建立重点耗能装置资料库，对设备的运行状况和能源利用效率进行实时监控，提高能源管理水平，及时发现能源消耗问题并进行处理，从全局进行能源管理并实现优化利用。

(2)基于系统实现能源全方位闭环管理流程，提高了能源管理细度和强度，实现向管理要节能目标。通过建立“事前管理、事中监督、事后考核”为主线的能源管理流程，提供涵盖能源统计分析、能源实绩管理、用能考核管理等内容的全方位能源管理功能，实现了从计划、调度、操作运行到统计、考核整个事务流的闭环管理[3]。基于能源在线监测系统和强大的数据挖掘工具，对各项能耗指标(包括整个公司、各分厂、各生产线、各产品的能耗指标)和定额指标进行细化，并通过规范化的管理流程和严格分层次考核管理措施，提供准确有效的分析数据、有价值的节能建议，向管理要节能，提高公司的能源管理和能源利用水平。

(3)实现对重点装置能耗实时跟踪、分析和报警，从而监控装置的工况变化，有利于改善装置能源利用效率；对大型重点耗能装置进行能耗跟踪，通过对比历史数据，进行当前能耗情况智能分析，帮助技术人员及时了解设备的工况和能耗情况，以便有针对性地提出解决方案。对能耗异常及时报警，帮助技术人员及时发现问题，提高装置能源利用效率。

(4)建立公司能源生产和消耗综合展示，内容覆盖整个公司的主要能耗数据，为能源供给及能流优化提供依据，从宏观上提高能源利用效率。

(5)实现能源在线监测系统和其它系统的集成，建立能源数据、生产数据和产供销数据共享机制，提高系统的利用效率[4]。完善数据采集、自动化、生产与能源网络、能源在线监测系统软硬件建设，实现各装置能源介质计量数据、质量安全环保数据和重要生产数据的综合集成、监控和管理，实时监各动力能源介质的采购、生产、分配及消耗，准确掌握整个公司、各主要产品以及关键耗能设备的能源动态产耗平衡状况。