杭州和利时自动化有限公司 姚远秀,孙兆山

和利时EMS在昊华骏化的应用

杭州和利时自动化有限公司 姚远秀,孙兆山

1 项目简介

骏马化工有限公司全称“骏化发展股份有限公司”，为中央控股企业（中国化工集团控股）昊华集团下属企业，简称昊华骏化，该公司现有员工3000余人，有13个主要生产车间。主要产品为尿素、高浓度复合肥、氯化铵、纯碱、三聚氰胺、乙醇、甲醇等。

该公司生产装置具有工艺流程复杂、设备数量多、操作难度大、高度工艺联合等特点。在新的经济形势下，该公司也面临着激烈的市场竞争，要进行减员增效，就必须加强自身管理水平。公司领导深刻认识到生产信息化的重要性，采用知识经济的手段提升管理已成为骏化领导的共识，因此提出了建设能源管理系统（EMS）的需求，期望通过该系统的建设来促进企业生产管理的提升，获得良好的经济效益和社会效益。

2 系统架构

能源管理系统由数据采集子系统、数据库平台、基础业务平台，以及与外部各系统的接口子系统构成。如图1所示，各个应用子系统功能在建模平台上完成，包括能源监控、能源计划与实绩、能源计量、能源平衡、优化运行及调度、能源绩效分析、能源统计分析、能源审计等模块。

图1 能源管理系统架构

2.1 EMS业务逻辑模型

如图2所示，系统的业务以戴明PDCA环思想为指导，通过分析能源使用过程中的各种影响因素。找出影响能耗的主要原因，提出解决措施并执行，检查执行结果是否达到了预定的目标，把成功的经验总结出来，制定相应的能耗标准。把没有解决或新出现的问题转入下一个PDCA循环去解决，螺旋式改进上升，逐步提高能源管理的水平和能源利用效率。

图2 EMS业务逻辑模型

2.2 EMS网络架构

本系统采用C/S和B/S相结合的架构，C/S主要用于工程组态，B/S主要用于功能浏览。

（1）数采网关机

负责从各个DCS或PLC中采集数据，传送到实时数据库中；同时充当管理网络与控制网络之间的网关。

（2）数据库服务器

负责采集各子系统的数据，用于数据展示，并对数据进行初步处理，负责保存配置数据和生产管理系统的历史数据。

（3）WEB服务器

负责进行各种功能模块以及EMS与ERP、OA接口服务的运行，并把系统的结果进行发布，通过WEB服务器，客户端通过WEB的方式对各系统进行管理和访问。

（4）客户端

通过浏览器的方式访问本系统。客户端包含调度中心及生产单位客户端、在局域网内的客户端及通过与WEB服务器连接的其它客户端，它们都可以以统一的方式访问EMS系统，实时了解生产情况。

图3 EMS网络架构

3 系统主要功能介绍

3.1 实时数据监控及危险源报警

实现生产线自动化系统的数据采集和联网，可以在能源管理中心监控能源运行情况，各级管理人员可以在自己的办公室对重要生产工艺、能源数据和危险源等进行超限监控、视频监控，系统提供声光报警，报警记录存入历史数据库，方便随时查询。

3.2 能源体系管理

该功能使企业的能源管理组织、制度、目标更规范，责任更明确，流程更清晰。

3.3 能源计划

该功能在于通过能源预测的数据及生产计划、检修计划，制定各个能源介质的供需计划，给节能降耗管理提供指导性数据。

3.4 能源计量与实绩

系统将主要根据从过程监控系统获取电能、气、水、风等各个能源介质的消耗量、发生量、回收量的实时计量数据，也可以通过计算公式，按工序给出各个能源介质的每日或月的消耗量/发生量/ 回收量的统计信息并形成日报或月报。

3.5 能源平衡

该功能能够及时了解企业能源流动情况，能够准确掌握各工序及公用设施的能源消耗状况，还能够反映各工序、各班组对能源使用情况，体现各工序成本，从而进行工序成本控制，使企业的效益最大化。

3.6 能源绩效考核

该功能主要是面向领导层，通过实际投入与理论投入的对比，确定能源的使用是节约、达标还是超标，同时通过图表可以直接、迅速地把各个时间段的各种物料消耗情况作出对比，对于一段时间内的能源消耗异常或者连续超标的物料，集团领导可以咨询现场生产人员确定生产情况，及时查出问题及能源损耗原因，并采取相应的整改措施，降低消耗，节约成本。

（1）班考核

通过选择投入、班次、分析结果（达标、超标、节约）来详细查看每班的能源绩效考核情况。

图表部分，可看柱状图和折线图，更加直接便捷地了解投入与产出的数量及趋势走向。

（2）日考核

如上图所示，其中橙色虚线达标企业的考核定额，即标杆，在线上代表超标，是需要去跟踪解决的，线下代表节约，需要继续保持。

（3）月考核

以月为周期，操作方式同日考核，在此不再赘述。

3.7 能源预测

以能源历史数据为基础，预测能源在未来一段时间内自产、外购和消耗情况，帮助企业对未来计划的制定，帮助调度人员发现不平衡的趋势和事故趋向，确保生产的稳定运行。

（1）理论预测

根据产品推算消耗，使用图形方式直观显示某产品需要消耗的能源情况，可以按照指定标准来进行预测；集团领导可以通过理论预测，及时查看产品的理论消耗状况，及时对能源的消耗计划做出指导。

（2）灰色模型预测

根据历史的能源消耗情况，预测未来年月能源的消耗趋势。集团领导可以通过预测结果制定新的生产计划。

3.8 能源审计

该功能帮助企业及时了解能源管理水平及用能状况、排查在能源利用方面存在的问题和薄弱环节、挖掘节能潜力、寻找节能方向、降低能源消耗和生产成本、提高企业经济效益。

（1）市电尖峰统计

通过自动采集市电和自发电的数据，分低估、高峰、平段、尖峰来查看集团市电和自发电的情况并且进行月累计和年累计，集团领导通过查看市电尖锋统计报表及时调整生产用电、发电情况，节约生产成本。

（2）煤气用量统计分析

通过自动采集各个装置煤气使用量，跟踪煤气的总产及使用量、占比情况，便于集团领导及时调整生产煤气的原料煤投入。

3.9 对标管理

通过对现场采集到的各种计量数据进行分析，并与行业、企业标准进行对比，分析出差距。从而帮助用户了解产线的生产情况及与企业实际的能耗差距，及时调整节能及技改目标，功能分日对标，月对标和年对标。

4.0 能源统计分析

（1）月单耗同期对比

通过能耗综合对比可以查看能源消耗整改过后对比效果，用户可以选择两个时间段，对能耗情况进行对比显示，从图形上更加直观地看出技改前后情况或者新装置的能源消耗统计情况。

（2）能源损耗趋势分析

选择相应的时间段，对这个时间段的集团和各个分厂指定能源的消耗、损耗及损耗率进行对比，集团领导可以通过能源损耗趋势分析报表，及时掌握能源的消耗状况，便于方便简捷发现能源使用中存在的问题。

4 实施效果分析

通过建设昊华骏化EMS系统，为用户提供了全面、实时、精确的生产数据，较为直观地反映出能源计划、消耗、产出、生产过程、原辅材料使用、应急事故管理等生产活动，在管理上和技术上以及经济效益上都取得了明显的节能效果，主要体现在以下几点：

4.1 基于模型的优化调度

（1）能源介质输送的优化

对于管道输送能源介质，比如蒸汽、燃气等，通过预测数据和管网模型实现对管道输送能源的预测、优化和调度。确定预测数据之后，在能源管网模型的基础上，以调度周期内能源损失最少和能源管网操作最稳定为目标，建立不同能源介质的优化调度模型，给出优化调度建议，从而减少能源损失，维持管网操作稳定。

（2）错峰错压的优化

对于电能、燃气、水等能源，则需要进行错峰（错压）运行的优化调度。通过对大型设备连续运行趋势记录、运行状态记录、开机启动记录、事故记录，掌握企业整体用能规律，并根据基础数据建立预测模型，预测短期的用能负荷。

4.2 管理水平的提升

通过该系统，大大提高了该企业的自动化控制和管理水平，简化了公司的数据上报流程，通过自动采集，使得现场生产的能耗数据精确，及时反映给决策层；打通了现场到决策层的沟通渠道，促使了能源管理机构对实现管理承诺、能源方针、能源目标和指标的适宜性、充分性和有效性进行评价，采取纠正措施和预防措施，减少不必要的能源浪费，以达到持续改进企业能源管理体系的目的。

4.3 节能效益分析

该公司购入的能源包括洗精煤和电力，蒸汽是自产自用，焦炉煤气一部分外供，一部分用于化工产品和作为燃气进行发电。节约能源（资源）量依据项目实施前以2012年该企业产品能源消耗量及物料消耗量进行核算。

（1）煤场动态控制管理节能

通过将备煤厂进行自动控制改造纳入EMS系统，建立在线监测体系及对于各类电子称实施定期校准，准确计量，减少亏吨，提高盘库准确效率，可以减少洗煤损失0.5%~1%。按2012年购入洗煤吨数，减少损失0.5%计算，则可以减少精煤损失1605509×0.5%=8027.5吨，折合标煤为7224.8吨。

按每吨标煤1280元计算，7224.8×1280=924.8万元；预计经济效益为924.8万元。

（2）工序控制优化节能

该公司目前化工产品的化学反应需要高温、高压。通过EMS系统，运用自动化在线监测控制技术，可以控制反应条件，优化反应参数，提高分离效率等。这些措施预计降低化工产品能耗的1%~3%。

根据2012年化工分厂的生产报表统计，该分厂总能耗为36567.4吨标煤，降低能耗取2%计算，则可节约36567.4×0.02=731.3吨标煤；预计经济效益为731.3×1280=93.6万元。

（3）蒸汽系统运行优化节能

该公司生产所用蒸汽由动力分厂通过公司热力管网提供，产生的蒸汽一部分用于公司生产，一部分用于汽轮机进行发电。

EMS的建立，可以对蒸汽系统运行进行优化控制，建立基于能源平衡的锅炉、汽轮机、除氧器等热电系统数学模型，进而对蒸汽动力系统和蒸汽管网系统的运行状态进行评估，优化控制参数，从而提高热电系统的热能利用率，及时发现热力管网的突冒点，降低蒸汽管网的热损失率，从而起到节能降耗的功能。

初步估算，通过蒸汽系统运行优化控制，可使每吨蒸汽能耗降低10.6kgce/t。按照该企业2012年自产蒸汽量为236240吨计算，则年节约标煤为：236240×10.6=2504.1吨；预计经济效益为2504.1×1280=320.5万元。

（4）节能量及效益测算

· 年节能量合计为：

7224.8 吨+ 731.3吨+2504.1吨= 10460.2吨标准煤。

· 年节能经济效益合计：

924.8 万元＋93.6万+320.5万=1338.9万元。

· 环保效益：

按年节约10460.2吨标准煤计算，可减排粉尘约为2615.05吨，减排CO2约26150.5吨，减排SO2约167.4吨。

· 综合效益：

项目建成后，生产期内平均可实现1338.9万元/年的直接经济效益和可观的环保效益。

4.4 人员技能提升

通过项目实施，为该企业培养了一批懂能源管理及相关技术的人才，如DCS的维护、实时库的维护、常用报表的开发及维护。

5 结语

通过EMS系统的实施，昊华骏化生产一线人员减轻了报表的手工填报工作量，不做纸质报表，节约了用纸；仪表工通过系统自动发现异常仪表，可以有针对性地对异常仪表进行巡检，快速发现问题及定位问题，解决问题，减少了仪表工的无用功；生产管理人员通过能源实时数据进行能源统计分析，定位耗能大户，有针对性地进行技改，进行优化调度分析，节约了无谓的损耗，减少了能源消耗，骏化公司初步建立起企业管控一体化长效运作机制，加强了生产管理的及时性、准确性，提高了生产过程中能源的预警预测能力。