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水泥工业智能工厂框架下的智慧能源管理系统

2019-07-16   广州接点   

智能工厂是我国水泥工业发展的明确方向,能源管理系统是水泥企业智能工厂框架下的重要组成部分。本文介绍了水泥企业现有能源管理系统的问题,提出了在智能工厂框架下智慧能源管理系统的功能框架模型,系统的核心功能通过数据挖掘及故障诊断的手段解决水泥生产现场的实际问题。智慧能源管理系统能够指导水泥生产工艺过程,改善用能不合理环节,提高设备运行稳定性,实现增效与节能,为水泥企业的智能化建设奠定了基础。

概述:

水泥行业在我国国民经济中占据重要地位。随着工业4.0和“中国制造2025”战略的推出,传统水泥行业的转型需求也尤为迫切。国内水泥企业提出了建设水泥智能工厂的要求,希望运用工业大数据、能源互联网、智能传感监测、信息交互集成和自适应控制等先进技术,通过在水泥生产全过程配置传感器、智能表计和装置,确保生产工艺、能耗、设备状态等数据近100%的自动采集,实现生产过程全面监测及自动控制。同时建成集智慧能源管理、专家优化控制系统、智能质量管理、矿山智能调度管理、智能在线设备监测、设备全周期管理、智能物流等涵盖水泥整个生产及发运环节的全系统智能平台,以实现装备智能化、运行自动化、故障预控化、管理信息化、决策智能化。构建一个全厂煤耗和电耗大幅度降低、设备故障率降低、设备运转率高、人员精干、全员劳动生产率高、自动化与信息化高度融合的水泥智能工厂。

能源管理系统是水泥智能工厂框架中的重要组成部分。水泥企业现有的能源管理系统具有能耗监测、数据对标、报表、能耗考核等功能,但这些功能模块缺少精细化能效分析与挖掘节能空间的能力,无法准确分析单台耗能设备在不同运行条件下的节能空间;现有能源管理系统采集的数据只有能耗相关的数据,缺少判断能耗情况与生产过程状况的关联关系依据,也无法确定设备状态对能耗及安全稳定生产的影响,无法解决水泥生产精细化管理与智能制造数据交互的核心问题。

水泥工业智能工厂_智慧能源管理系统_智能系统

水泥行业智能化建设和发展对新一代智能化的能源管理提出了要求,水泥行业的智能化的能源管理系统,应能够采用自动化、信息化、智能通讯、大数据分析等关键技术,对企业能源的生产、输配和消耗环节实施动态监控和数字化管理,改进和优化能源平衡,实现节能降耗的目标。它的建设,不仅要满足主管部门把握能源消费趋势、加强能耗预测预警、科学制定产业政策的内在要求,更能为水泥企业持续地提高生产效率、持续地降低生产成本、持续地提升管理水平提供工具和手段。

1 智慧能源管理系统

深圳市双合电气股份有限公司(简称双合电气)提出的智慧能源管理系统,是基于工业物联网架构,可以联接传感器数据和人操作数据,结合运营技术(OT)、信息技术(IT)、和机器学习(ML)等跨学科技术,并能够符合中国水泥企业的生产特点。系统能够为用户带来生产降本增效、提高产出等经济收益,并为智能工厂构建精益生产体系提供铺垫和数据支持。

系统是集生产过程监测、能源管理、生产成本及质量分析、设备状态监测及管理、智能专家分析为一体的安全、效率、节能一体化系统。通过保障电力可靠供应、保障生产系统和设备稳定运行,减少生产中断风险协助安全生产;通过生产及设备状态实时监控评估提高设备和生产系统运行效率,保证在安全的前提下系统最优运行协助提高企业生产效率;通过成本分析和能效分析等数据进行考核改进,节能降耗,提高效益,降低成本,实现水泥企业能效与安全的科学监测与管理。切实提高企业智能制造水平,增强企业核心竞争力。

系统具备生产过程中生产过程状态数据、能耗数据、供用电数据、能耗成本数据、生产成本数据、环保成本数据等数据的综合采集及配置管理的功能,可以对生产过程中的能源消耗量和单耗量进行统计和分析,编制各种能源报表分析曲线等直观图形;可以参照生产计划和消耗定额进行对比和分析,为生产管理、调度指挥、岗位操作提供及时准确的能耗数据信息;可以实时监控生产过程中的能源状况,有效控制能源消耗,及时发现耗能症结,及时采取节能措施,及时调度指挥;可以实现高级数据采集及生产设备状态监测,实现生产供、用电设备状态诊断、经济运行分析、运转分析、能效分析、电力异常诊断,确保安全高效生产。

智慧能源管理系统致力于为水泥企业提供一个成熟的、有效的、便捷的能源管理系统解决方案,同时可方便地升级为水泥智能MES系统与其它功能系统进行交互联接,纳入到水泥智能工厂建设的框架下,融入水泥企业的全系统智能平台。

2 系统架构

智慧能源管理系统采用分层分布式的监控管理系统结构。自下而上共分三层:现场测控层、网络通讯层和主站管理层。


1)现场测控层是指直接采集现场数据并具备上传功能的现场监控设备、供用电参数测控仪表、智能监测装置等。这些监控设备可独立完成测量、控制、报警和通讯等功能,一个设备出现问题时,不会影响其他设备正常运行。与一般能源管理系统不同的是,现场测控层采集了如设备状态、环境、质量、生产过程参数等更多类型的数据,现场测控层的智能监测装置对部分数据进行边缘计算,做出决策后再上传至主站。

2)网络通讯层是指完成监控系统所涉及的底层通讯链路(如RS485)、通讯转换设备(以太网关)以及顶层通讯链路(如光纤以太网、TCP/IP网络)等的总称。这一部分是连接现场测控层和主站管理层的纽带环节。

3)主站管理层是智慧能源管理系统的最高管理层,它集中管理本系统的全部设备及软件功能。同时,该层可以提供标准的网络接口和通信协议,实现与其他系统的联接。系统管理层通过OPC Server与其他集成系统进行数据交换。

3 系统功能

水泥工业智能工厂框架下的智慧能源管理系统将生产现场的各种智能仪表装置及DCS/MES/ERP等系统进行融合,实现生产过程中生产过程状态数据、能耗数据、设备状态数据、供用电数据、能耗成本数据、生产成本数据、环保成本数据等数据的综合采集,以使数据联合贯通,并结合数据挖掘和大数据分析技术,为用户提供符合现场实际的多种数据分析模型,专家系统和功能模块,即可作为独立的能管系统使用,也可以成为水泥智能工厂建设的重要核心。

智慧能源管理系统的主要功能模块包括:数据采集和处理、综合能效监视、设备状态监测、能源管理、能效生产辅助、能效监测助手、能效专用分析、故障诊断分析、质量管理、综合成本管理等。

3.1 数据采集和处理

数据是企业信息化的基础,数据采集和处理模块实现生产过程中不同类型数据信息的采集分类处理,包括生产过程状态数据、能耗数据、供用电数据、能耗成本数据、生产成本数据、环保成本数据等。

智慧能源管理系统采集智能综合监测装置、计量仪表、现场DCS系统等多种数据来源的数据,对数据建模时,采用多种数据标签定义,包括生产管理标签(产量指标、能耗指标、能效指标、成本指标、运行指标等)、能源介质类型标签(电、水、煤、气等)、设备类型标签(电压、电流、畸变率、电耗、运转率、效率、是否经济运行、运转状态等)、故障类型标签(电气故障、初发性故障、机械故障等);生产工艺流程标签等(工艺、工序、主机、车间、班组等)。根据完善的数据标签,方便功能分析模块进行数据的二次分析和利用。

3.2 综合能效监视

综合能效监视模块实现系统数据和信息对外输出、交互,功能及数据的综合性应用展示。包括:图形化的能源及运行数据、实时设备效率及产出数据、实时设备状态数据、综合数据的历史和实时趋势显示、动态实时能源使用消耗状况、动态生产工艺状况等。协助决策层和管理层了解生产过程中全部及各关键环节的生产状态、生产效率、生产指标、绩效考核等情况,为决策和管理提供数据支持。

综合能效监视功能模块进一步可分为:能效总览、综合能效看板、分项能效看板、绩效考核、生产能效日报、能耗计量、能耗明细、峰谷平用电、分车间生产能效看板等功能子模块。

3.3 设备状态监测

设备状态监测功能模块实现水泥生产设备及供电设备的状态监测、供电质量监测功能。在此模块以设备为节点,深入挖掘设备运行时暂态和稳态数据的状态特征信息,建立设备的运行状态模型、效率模型等,实现设备的运行状态评估、能耗分析、效率分析、经济运行分析、负载率分析、寿命分析等功能。

通过此模块让企业实时掌握主机系统/设备的生产运行状态,生产综合效率水平,且可实时查看近期的运行指标变化趋势,进而全面了解特定主机系统/设备的综合运行情况,为日常生产过程分析、生产事件分析提供有效数据依据,为进行生产过程优化和调整,提供指标和依据。

3.4 能源管理

能源管理功能模块实现系统的监测、显示、分析、报表等核心功能。本模块可协助使用者了解生产过程中任何关心的数据项或状态;提供生产过程中投入、产出及消耗、成本等各种类型的报表;为使用者提供历史生产过程监测数据检索、追溯和分析的工具;协助使用者了解系统监测的主要管理对象的详细信息。

能源管理功能模块包括:实时显示;能效数据管理;生产数据管理;过程数据管理;能效数据分析;能效数据报表;管理对象浏览;查看报表目录等功能。

3.5 能效生产辅助

能效生产辅助功能模块提高生产管理相关功能,是生产管理人员、一线生产人员、生产调度人员实时掌握生产运行效率、状态、事件等的窗口,是生产人员进行生产数据编辑、追溯、检索、分析、报告的应用工具。

能效生产辅助功能模块提供交接班管理、绩效管理等功能。

3.6 能效监测助手

能效监测助手功能模块是协助生产、管理人员,在生产过程中,实时监测和全面掌握自己所在岗位及其它相关岗位生产综合效率、状态、事件等的窗口,是指导生产、管理人员在实时全面了解当前生产综合效率的基础上,有效进行生产过程调整和优化的专用平台。

能效监测助手提供:能效分组监测、事件监测、主机系统监测等功能。

3.7能效专用分析

能效专业分析模块提供提供水泥企业的多种分析模型,包括熟料生产线统计分析、水泥磨统计分析、熟料线成本分析、水泥磨成本分析、生料磨系统分析、煤磨系统分析、回转窑系统电耗分析、水泥磨系统电耗分析、余热发电系统分析等。使用者也可以根据需求,自定义分析模型进行分析。

本模块是一个数据分析和追溯的通用工具平台。使用者可以在此平台下,实现水泥企业需要的典型生产模型的特定数据关联分析。为专家和操作层提供专业的分析工具。

3.8 故障诊断分析

故障诊断分析模块基于智能监测装置采集的设备状态数据及故障暂态数据,并结合现场温度、压力等环境传感器的稳态数据,采用先进的数据挖掘分析技术,进行水泥生产设备及供用电设备状态诊断、运行安全状态监测、设备可靠性、供电质量等情况的持续监测和分析。

主要分析模块包括:电气故障分析、保护特性分析、设备状态分析、安全预警及寿命预测分析、电能质量分析、运转安全分析、初发性故障分析、数据挖掘分析以及相关专家决策等。

3.9 质量管理

质量管理功能模块具备自动质量数据采集、人工质量数据录入、集成质量相关第三方系统数据的能力,具有质量过程管理及自动生产质量日报、月报、质量台账等报表的功能,同时具备质量分析决策的功能,如质量看板、生料配料对比分析、操作人员对质量指标影响分析等。

将质量数据信息化和规格化,实现质量数据共享,将质量数据与其它生产过程数据同步和融合。使用者可通过该功能方便的将化验的质量数据,录入到系统中,生成质量报告单。为全厂质量数据的信息共享、信息检索以及质量数据分析等提供基础,提高厂内质量数据的信息化水平,规范质量数据管理。

3.10 综合成本管理

综合成本管理模块不仅实现能源消耗成本的实时监控,同时实现环保成本、生产成本、检修成本等分项成本的综合管理和分析,其目的是在于为企业规范成本管理细节,挖掘降本空间。

本模块根据水泥生产成本计算模型,计算生产相关的各项成本及综合成本,并提供以生产成本为基础的生产成本考核平台。提供生产总成本、工序成本、单位成本、能耗成本、环保成本等的计算,根据企业实际设置,将各种考核指标落实到具体人员上。

3.11 设备管理

设备管理模块基于将设备台账管理与设备运行状态在线监测的综合思路,实现关键设备甚至全部设备的全生命周期管理。具有设备台账、设备状态、检维修、巡检管理、历史故障模型库、备品备件管理等功能,并能够进行设备档案查询以及设备管理分析。结合智能监测装置对重点设备的在线监测,以实现对当前设备的运行状况的监控作用,提高设备运转率,提高设备的台时、台效,降低故障率及维修费用。将能耗数据与设备运行数据结合,还能了解长期设备的不当应用对能耗及设备寿命的影响。

4 结语

对水泥企业来说,无论是智慧能源管理还是智能工厂,其核心是让企业顺应时代发展需求,提高企业的竞争力。双合电气专业坚守企业智能监测装置与系统研究25年,推出拥有完整知识产权的智慧能源管理系统,第一次提出将能耗与设备安全及效率结合,能协助企业实现能效与安全同步的科学监测与管理。

该系统在水泥企业的应用案例证实,能够助力企业以低热耗、低电耗、低料耗实现高质量、高台产、高运转率的目标;以低维修费用实现设备低故障率、高完好率,提高企业的市场竞争能力。

来源:水泥技术


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