摘要: 節(jié)能減排是冶金工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。本文針對我國冶金工業(yè)能源管理所面臨的現(xiàn)狀和需求進(jìn)行了詳細(xì)描述，分析了采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)冶金工業(yè)能源管理、促進(jìn)節(jié)能減排的必要性，并給出了基于物聯(lián)網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)架構(gòu)。

關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)，冶金工業(yè)，能源管理

1 引言

冶金流程工業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)中占有重要經(jīng)濟(jì)地位。2007年鋼鐵企業(yè)完成工業(yè)產(chǎn)值占全國GDP的4%，占工業(yè)企業(yè)利潤總額的9%。2008年粗鋼產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的38%。冶金行業(yè)是我國的耗能大戶，屬于典型的高耗能的產(chǎn)業(yè)，是我國節(jié)能減排工作的重點(diǎn)。

物聯(lián)網(wǎng)是泛在感知的通信網(wǎng)絡(luò)，可以通過傳感器感知物體自身和周圍環(huán)境信息，可基于有線或無線方式進(jìn)行傳輸，具備低成本、低功耗、易維護(hù)、可大規(guī)模部署等優(yōu)勢。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，為冶金流程工業(yè)生產(chǎn)管理監(jiān)控提供了一種新信息采集、信息傳輸、信息融合處理手段，為冶金流程工業(yè)的節(jié)能降耗提供技術(shù)支撐。

本文面向冶金流程工業(yè)領(lǐng)域，在深入分析其所面臨節(jié)能減排這一重大需求的基礎(chǔ)上，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在冶金流程工業(yè)能源管理中的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

2 冶金流程工業(yè)對能源管理需求迫切

冶金流程工業(yè)的特點(diǎn)是以處理連續(xù)物料流、能量流為主，產(chǎn)品多以大批量的形式生產(chǎn)出來。冶金流程工業(yè)的生產(chǎn)過程工藝復(fù)雜，需要嚴(yán)格的過程控制，高度依賴于控制系統(tǒng)性能的高低以及生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的好壞，生產(chǎn)成本較高。同時(shí)，冶金流程工業(yè)需要消耗大量的能源，屬于典型的高能耗行業(yè)。因此冶金流程工業(yè)對能源管理、調(diào)度與平衡需求迫切。

我國鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品單位能耗平均比國ji水平高40%，而且我國的能源利用效率僅為33%,比發(fā)達(dá)國家低 10個(gè)百分點(diǎn)。鋼鐵行業(yè)的能耗占到全國能源消費(fèi)比例的14.96%，污染物排放量占全國污染物排放量的比重較大，節(jié)能減排任重而道遠(yuǎn)。產(chǎn)品成本控制水平和技術(shù)落后、產(chǎn)品總體品質(zhì)不高、自動(dòng)化水平較低、信息集成度低，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)國ji綜合競爭力處于劣勢。因此，高能耗流程工業(yè)的節(jié)能減排工作就顯得尤為重要和迫切。

我國冶金流程工業(yè)能耗居高不下，關(guān)鍵原因在于缺乏多方面、有效的能耗監(jiān)測于段，導(dǎo)致冶金流程工業(yè)在資源使用、能源使用方面嚴(yán)重失衡，大量能源白白流失去卻得不到有效利用。

能耗監(jiān)測涉及到工業(yè)企業(yè)的方方面面，包括電力系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等等：能源介質(zhì)種類繁多，包括電、煤氣（高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等）、氫氣、氧氣、蒸汽、水（工業(yè)水、軟水、生活水等）、煤以及焦炭等。針對這些系統(tǒng)和能源介質(zhì)，目前使用的監(jiān)控手段中，人工方式仍然占據(jù)很大的比例，雖然有線監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用到冶金流程工業(yè)控制系統(tǒng)中，但由于系統(tǒng)的布線和施工難度大、成本高，難以針對大量測點(diǎn)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署。

1）無法對運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測

流程工業(yè)中存在大量處于運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的高能耗設(shè)備，如電機(jī)、泵等設(shè)備，無法采用傳統(tǒng)的監(jiān)測手段獲取這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，因此也就無法獲取其能耗信息。

2）無法實(shí)現(xiàn)多測點(diǎn)、多變量的能源監(jiān)測

企業(yè)級(jí)的能源管理和優(yōu)化受困于沒有有效的分布式多測點(diǎn)、多變量的能源監(jiān)控手段，無法按照生產(chǎn)運(yùn)行和能源使用規(guī)律，穩(wěn)定優(yōu)化能源的供需平衡，充分利用二次能源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)系統(tǒng)的、全局的優(yōu)化節(jié)能。

3 冶金流程工業(yè)能源監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀

鋼鐵工業(yè)屬于典型的流程工業(yè)，其能源管理涉及眾多方面，具有典型的代表性。鋼鐵工業(yè)節(jié)能工作可分為設(shè)備節(jié)能、工序節(jié)能和系統(tǒng)節(jié)能三個(gè)層次，根據(jù)中國鋼鐵協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，上世紀(jì)80年代我國鋼鐵工業(yè)主要依靠單體設(shè)備和工序節(jié)能（節(jié)能比例占75%），而90年代后，能源管理系統(tǒng)等系統(tǒng)節(jié)能手段實(shí)現(xiàn)的節(jié)能比例增加到67%，成為節(jié)能降耗主要于段。

國外鋼鐵企業(yè)的能源管理系統(tǒng)主要經(jīng)歷了3個(gè)不同的歷史發(fā)展階段：

1）單一能源介質(zhì)能源管理。從六十年代中期開始，國外發(fā)達(dá)國家的一些鋼鐵企業(yè)就開始根據(jù)二次能源的不同種類設(shè)置了一些能源管理信息系統(tǒng)，分門別類地對各種能源介質(zhì)進(jìn)行監(jiān)視和控制。

2）綜合考慮多能源介質(zhì)的管理。70年代后，國外學(xué)者和工程技術(shù)人員開始采用系統(tǒng)分析的方法把各個(gè)設(shè)備，各生產(chǎn)工序及各個(gè)廠礦的能源生產(chǎn)和能源使用聯(lián)系起來，考察整個(gè)能源系統(tǒng)的能源消耗。各鋼鐵企業(yè)開始建立能源系統(tǒng)模型，研究能源的投入產(chǎn)出，生產(chǎn)優(yōu)化，需求預(yù)測等。

3）物流和能量流綜合分析與管理。近年來，在對能源綜合平衡模型的研究方面，能源管理、關(guān)系模型、各類能源間的平衡調(diào)整以及負(fù)荷預(yù)測等技術(shù)仍是國外各大鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

在能源系統(tǒng)監(jiān)測方面，目前的監(jiān)測手段不能滿足能源管理系統(tǒng)的需求，特別是在一個(gè)大型聯(lián)合企業(yè)能源管理系統(tǒng)中，亟需一種低成本的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的在線監(jiān)測，進(jìn)而以能源管理為目的，對系統(tǒng)效率進(jìn)行建模分析，為企業(yè)能效評(píng)估與分析、能源優(yōu)化配置和調(diào)度提供支持。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)

針對流程工業(yè)能源管理，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)手段無法實(shí)現(xiàn)的多測點(diǎn)、多變量、多方面有效的能耗監(jiān)測，為流程工業(yè)的能源管理提供新的技術(shù)手段和完備的監(jiān)測平臺(tái)，形成一個(gè)集過程監(jiān)控、能源調(diào)度、能源管理為一體的能源管理系統(tǒng)，對各種能源介質(zhì)進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度和平衡優(yōu)化，對無人值守站所設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制。

采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以以較低的安裝、維護(hù)成本實(shí)現(xiàn)對各類大量能源介質(zhì)的在線監(jiān)測，構(gòu)建現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集后傳遞給數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大量信息的在線采集、實(shí)時(shí)傳輸。通過有線或無線方式，將能源管理中心所需的能源數(shù)據(jù)采集進(jìn)入系統(tǒng)，供監(jiān)視、報(bào)警、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等用。

在基于物聯(lián)網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)中，通過傳感器感知生產(chǎn)過程、電力系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等的能源介質(zhì)信息，通過FRID技術(shù)實(shí)現(xiàn)物料等的信息感知，構(gòu)建整個(gè)能源管理系統(tǒng)的信息感知平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)海量信息的傳輸；結(jié)合某于智能信息處理的中間件技術(shù)對應(yīng)用過程中存在的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，支持多協(xié)議轉(zhuǎn)換和信息集成，為能源調(diào)度和監(jiān)控提供數(shù)據(jù)支持。

5 安科瑞工業(yè)能源管理系統(tǒng)介紹

安科瑞工業(yè)能源管理系統(tǒng)采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃?xì)?、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設(shè)備的能源利用情況等進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預(yù)測、碳排分析，為企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學(xué)原料以及機(jī)電設(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等。

5.3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)需求主要包括：

● 3D可視化平臺(tái)

提供3D可視化界面，僅需要上傳模型，綁定參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)3D模型的數(shù)據(jù)展示，包括系統(tǒng)構(gòu)成、監(jiān)測數(shù)據(jù)綁定、控制命令集成，支持?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)刷新和設(shè)備遠(yuǎn)程啟停。

● 空壓機(jī)子系統(tǒng)

監(jiān)測空壓機(jī)系統(tǒng)的用能，設(shè)備啟停狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)長，頻率，出氣量，比功率等數(shù)據(jù)。

● 污水處理子系統(tǒng)

監(jiān)測污水處理子系統(tǒng)的用能，液位，設(shè)備啟停狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)長，系統(tǒng)總體的效率。

● 軋機(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

監(jiān)測軋機(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的用能，設(shè)備的啟停狀況，出水回水的溫度等。

● 空調(diào)冷熱水系統(tǒng)

監(jiān)測空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的用能，設(shè)備啟停狀態(tài)，關(guān)鍵設(shè)備的電參量，出水，回水溫度等。

3 3D可視化功能

5.3.1 3D可視化模型上傳以及綁定數(shù)據(jù)

5.3.2 空壓機(jī)子系統(tǒng)

實(shí)時(shí)展示空壓機(jī)子系統(tǒng)各主要設(shè)備能耗，電參量，報(bào)警，比功率等數(shù)據(jù)。

5.3.3 污水處理子系統(tǒng)

實(shí)時(shí)展示污水處理子系統(tǒng)各主要設(shè)備能耗，電參量，報(bào)警等。

5.3.4 軋機(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)展示軋機(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)各主要設(shè)備能耗，電參量，水位，報(bào)警等。

5.3.5 空調(diào)冷熱水系統(tǒng)

實(shí)時(shí)展示空調(diào)冷熱水系統(tǒng)各主要設(shè)備能耗，溫度，電參量，報(bào)警等。

6 結(jié)語

緩解我國資源壓力，改善生態(tài)環(huán)境，扭轉(zhuǎn)過多依靠物質(zhì)資源消耗的增長方式，是工業(yè)領(lǐng)域的社會(huì)責(zé)任；加快工業(yè)節(jié)能環(huán)保技術(shù)進(jìn)步，是提升中國產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)國ji競爭力的迫切要求。冶金流程工業(yè)的節(jié)能減排，必須緊跟信息技術(shù)發(fā)展的腳步，以物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應(yīng)用為切入點(diǎn)，充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，以較低的投資和使用成本實(shí)現(xiàn)對工業(yè)全流程的“泛在感知"，獲取傳統(tǒng)由于成本原因無法在線監(jiān)測的重要工業(yè)過程參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)實(shí)施優(yōu)化控制，來達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的目標(biāo)。

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