王治宇，姜中晔

（1.矿冶科技集团有限公司；2.金属矿山智能开采技术北京市重点实验室；3.北矿智能科技有限公司，北京 100160）

冶炼企业作为能源消耗大户，节能降耗一直是企业着力进行的一项重要工作，特别是国家要在2030年实现碳达峰目标，更进一步提升了企业节能降耗工作的迫切性和重要性。由于生产方式的特殊性，冶炼企业在能源使用方面具有用能种类多、能源消耗量大、用能点位分散且众多等特点，传统节能降耗管理面临用能点位消耗无法连续监控、用能情况无法实时掌握、用能统计不全面、用能折标计算复杂等问题，使得企业节能降耗更多地依赖企业人员的主观能动性和管理制度的约束力，严重制约企业节能降耗管理的准确性和有效性，企业无法通过节能降耗进行降本增效，影响经济效益。因此，冶炼企业需要一套具有内部用能情况实时监测、能耗数据动态发布、用能结果自动统计、能耗折标自动计算、异常情况自动报警等功能的信息化管控系统来落实节能降耗管理，以降本增效。本文以某铜冶炼企业为例，介绍一种基于工业互联网的能源管控系统。

1 企业能源管理现状

某铜冶炼企业采用火法冶炼技术，原料铜精粉利用高炉熔炼后形成粗铜，粗铜通过电解工艺形成阴极铜成品。企业内部生产用能单位有化工厂、动力厂、熔炼车间和电解车间等，用能单位内部根据工序细分为31 个用能点位。除生产用能外，办公区和生活区合并作为一个用能单位，根据功能区域划分为6 个用能点位。

企业能源消耗涵盖一次能源、二次能源和消耗工质[1]，包括煤、柴油、电力、蒸汽、水、压缩空气、氧气、氮气和纯水。各种能源通过对应的仪表和专用设备进行计量。企业内部能耗管理采用公司级、车间级、工段级的三级管理制度。企业每年根据上年度统计数据，结合生产情况，制定下年度能源计划，计划按照三级管理体系下达到各个层级，各层级用能情况按照周、月、季度和年的方式统计汇总，汇总结果和计划进行比对，然后根据比对情况进行考核和整改。

2 通信网络设计

根据企业信息化现状，能源管控系统通信网络设计依托工业互联网[2]，将采集站、仪表、各个自动化系统连接，网络覆盖不到的区域采用无线覆盖的方式进行数据通信，如图1所示。

图1 通信网络设计

3 数据采集设计

数据采集采用分布式物联网数据采集系统，实现能源计量数据的自动化采集、实时监控、断点续传等功能。物联网数据采集系统[3]通常采用分布式数据采集架构，各个数据采集终端通过458 总线或者工业互联网，利用Modbus 协议或OPC 协议[4]，从各用能单位采集能耗数据，并且进行存储，在与服务器网络连接正常时，实时与服务器进行通信，上传采集数据。每条采集的能源数据都有上传标记，服务器网络连接不正常时，采集终端对本地数据进行存储，同时会不停尝试连接服务器，一旦服务器连接成功，则从最后一个上传数据记录开始，将全部数据上传到采集中心服务器，服务器再将其存储到采集数据库，最后由能源管理软件进行取数、分析和报表展示等。系统总体架构如图2所示。

图2 系统总体架构

4 管理功能设计

能源管控系统具有数据采集（用能量、能源价格、用能形式等）、数据分析、能源监控和数据发布（利用图表、趋势图等形式，将分析结果转化为各种报表和预测报告等，供管理层决策）等能力，以实现能源数据采集系统化、能源数据透明化和格网化。建立能源三级管控，可以辅助企业降本增效。

4.1 基础功能设计

4.1.1 基础数据配置

按照公司级、车间级、工段级配置能源录入表单，岗位人员按照管理要求填报数据（或系统自动采集）。可按照时间粒度查询和管理相关数据，按权限提供增删改查功能。

4.1.2 能源折标系数

折标系数可以对传统度量单位与国际标准计量单位进行准确换算，为计算能源消费总量提供简便快捷的方法。企业计算煤炭消耗时，实际采用的折标系数与参考折标系数存在差异，差异较大时，对综合能源消耗的影响明显。系统可以录入和管理各种能源的折标系数，也可以通过系统内部的数据计算得出各种能源实时的折标系数，实时反映能源的使用和节省量。

4.1.3 报警设置

系统支持对指定指标设置报警阈值，超限后，系统可以发出警报，提醒管理人员注意。

4.2 能源计划管理

能源计划是企业对生产能源消耗做出统筹安排，具体拟定能源消耗种类、消耗量的计划，是企业经营计划的重要组成部分，是企业进行能源管理的重要依据。能源计划分三级进行制定，即公司能源计划、车间能源计划和工段能源计划。

4.2.1 公司能源计划

公司依据政府文件以及历年企业能源实绩、耗能设备和工艺流程等情况制定下一年度能源计划。生产技术部统计员制定初步能源计划方案，提交公司能源主管，公司能源主管通过审查后，将下一年度能源计划分发到各分厂（车间）。本能源管控系统中，公司能源计划模块主要包括能源计划相关文件管理、能源计划制定、能源计划审批、能源计划下发和能耗对标。

4.2.2 车间能源计划

各车间收到公司能源计划后，根据本车间历年实绩能源消耗、设备耗能情况，优化并制定本车间下一年度能源计划表。本能源管控系统中，车间能源计划模块包括能源计划接收、历年能源计划查询、能源实绩查询、能源计划制定、能源计划上报、能源计划审批、能源计划下发和能耗对标。

4.2.3 工段能源计划

各工段收到本车间能源计划后，根据本工段历年实绩能源消耗、设备耗能情况，优化并制定本工段下一年度能源计划表。本能源管控系统中，工段能源计划模块包括能源计划接收、设备耗能实绩查询、能源计划制定、能源计划上报、能源计划查询和能耗对标。

4.3 重点用能设备管理

重点用能设备必须强化信息管理，做好用能信息维护和用能情况分析。主要耗能设备要重视台账管理，强化监控。

4.4 统计功能

统计分析各类能源能效和排污指数，以图表、趋势图等形式将分析结果转化为各种报表和预测报告，供管理层决策并制定计划。一是能源消耗年度统计。通过年度消耗的汇总，形成能耗汇总报表，对不同的能源介质（电总量、水消耗、焦炭消耗等）进行汇总和罗列，并以饼状图或柱状图的形式进行展示，直观分析能耗占比。二是能源消耗对比。根据不同的能源介质，对比分析不同工段、不同能源介质的实时使用量与同期使用量。三是能源消耗趋势。通过查询计划用量、同期用量和实时用量，实现三因素趋势分析，为用电计划调整与执行提供数据基础。

4.5 能源报表

按照公司整体管理需求，实现各种能源管理报表的自动汇总和合并，各报表可按权限增删改查。

5 结论

能源管控系统建成后投入使用，经过一年左右的运行，给企业能源管理带来全新的改变。系统实现企业用能数据的实时采集和动态展示，管理人员通过系统页面可以总览企业内部各用能点位的实时用能情况，及时处理异常用能情况，提高节能降耗管理的时效性；系统实现了企业内部用能实绩跟踪和动态比对，可以直观获取企业用能点位的能耗波动情况，从而根据实际情况进行整改和优化，做到用能动态管理；系统自动采集各个系统和仪表的数据，杜绝人工录入可能产生的疏漏，提高了节能降耗管理的准确性。