張  立  谷  莉  韓志海  張楊冰  鄭一暢  譚鵬云  張  蕾

（安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司）

摘要：鋼鐵企業(yè)充分利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等新技術(shù)，以能效為試點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索與實(shí)踐，打造基于數(shù)字化的綠色環(huán)保能源高效利用平臺(tái)，建設(shè)環(huán)保智能管控系統(tǒng)、VOCs智慧溯源系統(tǒng)和煤氣、蒸汽、壓縮空氣的智能調(diào)度系統(tǒng)，推動(dòng)企業(yè)環(huán)保管控能力和能源配置能力的顯著提升，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)的綠色環(huán)保和能源高效利用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；環(huán)保智能管控系統(tǒng)；VOCs智慧溯源系統(tǒng)；能源智能調(diào)度系統(tǒng)

0  引言

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展決定著一個(gè)國(guó)家的命運(yùn)。我國(guó)每年的鋼鐵工業(yè)能源消耗數(shù)量驚人，能源消耗費(fèi)用在整個(gè)鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的成本中占比巨大，僅外購(gòu)能源所占比重就達(dá)到了30%。鋼鐵工業(yè)的能源消耗問(wèn)題非常嚴(yán)峻，在當(dāng)今新能源發(fā)展戰(zhàn)略中實(shí)現(xiàn)低排放、低耗能、高效快速穩(wěn)定的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是國(guó)之根本，節(jié)能減耗是鋼鐵企業(yè)的首要任務(wù)。鋼鐵企業(yè)積極推進(jìn)數(shù)字化綠色環(huán)保能源高效利用平臺(tái)的建設(shè)，抓好環(huán)保管控，提高能源的利用率，節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)效益最大化。

1  建設(shè)背景

1.1  企業(yè)現(xiàn)狀

為了促進(jìn)鋼鐵企業(yè)的環(huán)保能源高效利用，企業(yè)加強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深度應(yīng)用，積極推進(jìn)基于數(shù)字化的綠色環(huán)保能源高效利用平臺(tái)的建設(shè)，引領(lǐng)河南省鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的示范建設(shè)。基于運(yùn)營(yíng)中管理矛盾比較突出的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，企業(yè)充分利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等新技術(shù)，以能效為試點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索與實(shí)踐，開(kāi)發(fā)建設(shè)環(huán)保智能管控系統(tǒng)、VOCs智慧溯源系統(tǒng)和能源系統(tǒng)資源平衡調(diào)配的智能化應(yīng)用系統(tǒng)，從而推動(dòng)企業(yè)環(huán)保管控和能源資源運(yùn)行能力的顯著提升。鋼鐵企業(yè)作為重工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，在環(huán)保管控方面存在極大難度，在煤氣/蒸汽/壓縮空氣等能介系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方面，也存在著一定供需平衡矛盾和資源利用效率偏低的情況，尤其是環(huán)保和能源信息互聯(lián)互通、環(huán)保和能源數(shù)據(jù)深度利用、運(yùn)營(yíng)管理協(xié)同優(yōu)化等方面，存在一定改善和提升空間，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將是解決信息互通、生產(chǎn)協(xié)同、資源效率實(shí)時(shí)最優(yōu)的技術(shù)手段。

1.2  存在的痛點(diǎn)問(wèn)題

（1）企業(yè)環(huán)保管控受國(guó)家地方政策影響大；企業(yè)內(nèi)部員工環(huán)保意識(shí)相對(duì)較弱；企業(yè)環(huán)保責(zé)任制度、薪酬激勵(lì)制度不完善；企業(yè)的環(huán)保管理水平相對(duì)落后；企業(yè)環(huán)保管控的信息化程度不高。

（2）企業(yè)能源系統(tǒng)資源供需平衡矛盾普遍、問(wèn)題突出。由于鐵鋼聯(lián)合生產(chǎn)的復(fù)雜性和生產(chǎn)組織不確定性的存在，鋼鐵企業(yè)在能介系統(tǒng)資源平衡方面存在著間歇性能介供應(yīng)不足與系統(tǒng)資源放散交錯(cuò)并行的狀態(tài)，比如煤氣/氧氣/蒸汽等系統(tǒng)，其能介系統(tǒng)受產(chǎn)/用端供應(yīng)與需求不均衡，及系統(tǒng)自身柔性生產(chǎn)供應(yīng)能力不足等情況，能源資源的供需耦合矛盾較為普遍，資源損失嚴(yán)重。

（3）能源調(diào)度信息化建設(shè)問(wèn)題限制了企業(yè)能源調(diào)度作用。企業(yè)雖建立了以能介潮流數(shù)據(jù)采集展示等功能的能源系統(tǒng)，但僅僅是將能源系統(tǒng)的計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和展示，基于采集數(shù)據(jù)形成的相關(guān)分析和決策支持等能力基本沒(méi)有，由于過(guò)程中生產(chǎn)運(yùn)行狀況可視化和關(guān)鍵信息的跟蹤缺失，對(duì)于能源資源的運(yùn)行調(diào)度基本是以調(diào)度人員根據(jù)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷和現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系進(jìn)行能介平衡調(diào)度，因此在過(guò)程中無(wú)法準(zhǔn)確、及時(shí)、標(biāo)準(zhǔn)化地進(jìn)行供需平衡調(diào)配。同時(shí),公司的基礎(chǔ)能源計(jì)量和數(shù)據(jù)維護(hù)不足,在解決信息互聯(lián)互通上以及在解決全能介的監(jiān)控上會(huì)帶來(lái)一定的障礙。

（4）缺少動(dòng)態(tài)快速的異常識(shí)別-診斷分析-決策推送的信息化支持。當(dāng)前運(yùn)行過(guò)程中，管理人員對(duì)于各類能介負(fù)荷變化較大的系統(tǒng)資源的運(yùn)行異常的識(shí)別和分析的能力不足，系統(tǒng)運(yùn)行缺乏自主問(wèn)題追蹤與揭示、異常狀態(tài)與工況分析、能源平衡趨勢(shì)預(yù)測(cè)、調(diào)配策略情景模擬等信息化、智能化的軟件工具支持，實(shí)際運(yùn)行中更多的是通過(guò)人的經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行判斷和分析，組織供需平衡調(diào)配，而系統(tǒng)調(diào)配是否達(dá)到預(yù)期效果、是否是最佳保障方式、最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式或已超出系統(tǒng)負(fù)荷須預(yù)先調(diào)整等情況的合理性無(wú)從判斷，基于問(wèn)題識(shí)別-精益分析-策略推送的快速?zèng)Q策輔助的亟待改善。

（5）能源資源缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)效最優(yōu)配置和柔性調(diào)度能力。工具無(wú)法支持專業(yè)人員持續(xù)、準(zhǔn)確地實(shí)施能源資源最優(yōu)配置，尤其是運(yùn)行中缺乏實(shí)時(shí)輔助決策類信息，因此行業(yè)普遍存在運(yùn)行人員基于經(jīng)驗(yàn)或感覺(jué)的粗放型能源運(yùn)行管理，引發(fā)包括響應(yīng)調(diào)節(jié)延遲、運(yùn)行操控隨意、調(diào)節(jié)精度偏差大、甚至出現(xiàn)資源配置錯(cuò)位等系列系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題。

綜上所述，受到環(huán)保和能源運(yùn)營(yíng)管理能力不足和信息化缺乏支持等方面的制約，企業(yè)針對(duì)環(huán)保管控和能源資源有效性運(yùn)營(yíng)方面存在明顯的價(jià)值洼地，因此其亟待科學(xué)管理方法的導(dǎo)入和新工業(yè)軟件架構(gòu)的突破創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)企業(yè)環(huán)保管控和能源數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值化的最大釋放。該平臺(tái)的建設(shè)基于公司環(huán)保管控和能源系統(tǒng)平衡調(diào)度業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，通過(guò)搭建鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，建設(shè)環(huán)保智能管控系統(tǒng)、VOCs智慧溯源系統(tǒng)和煤氣、蒸汽和壓縮空氣的智能調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)的環(huán)保和能源數(shù)據(jù)的梳理和監(jiān)控，為拓展數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用建設(shè)夯實(shí)基礎(chǔ)。

2  建設(shè)目標(biāo)

鋼鐵企業(yè)貫徹鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型及兩化融合的戰(zhàn)略部署，平臺(tái)建設(shè)的總體目標(biāo)如下：

（1）搭建一個(gè)鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)環(huán)保智能管控系統(tǒng)、VOCs智慧溯源系統(tǒng)和三個(gè)能源智能應(yīng)用：煤氣智能平衡系統(tǒng)APP、蒸汽智能平衡系統(tǒng)APP、壓縮空氣智能平衡系統(tǒng)APP，并對(duì)現(xiàn)有的基礎(chǔ)環(huán)保和能源數(shù)據(jù)及系統(tǒng)進(jìn)行梳理，建設(shè)基于數(shù)字化的綠色環(huán)保能源高效利用平臺(tái)。

（2）通過(guò)對(duì)主要生產(chǎn)設(shè)備、環(huán)保設(shè)備、環(huán)保監(jiān)測(cè)設(shè)備的集中采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠有組織排放監(jiān)測(cè)、無(wú)組織排放監(jiān)控、治理設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、污染行為監(jiān)控、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控和污染物在線監(jiān)測(cè)預(yù)警、溯源分析和精準(zhǔn)定位。

（3）通過(guò)本平臺(tái)的建設(shè)將連接不少于以下生產(chǎn)工序：焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼、動(dòng)力、制氧、公輔等，并連接不少于50套設(shè)備，梳理基礎(chǔ)能源管理數(shù)據(jù)，并采集不少5000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

（4）通過(guò)本平臺(tái)的建設(shè)將設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)不少于10個(gè)工業(yè)模型。

利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等新技術(shù)，提升環(huán)保和能源信息互聯(lián)互通、環(huán)保和能源數(shù)據(jù)深度利用、運(yùn)營(yíng)管理協(xié)同優(yōu)化，從而推動(dòng)企業(yè)環(huán)保管控和能源資源運(yùn)行能力顯著提升。

3  建設(shè)方案

3.1   建設(shè)思路

基于公司環(huán)保管控和能源系統(tǒng)平衡調(diào)度業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，建設(shè)基于數(shù)字化的綠色環(huán)保能源高效利用平臺(tái)，通過(guò)搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，建設(shè)環(huán)保智能管控系統(tǒng)、VOCs智慧溯源系統(tǒng)和煤氣、蒸汽、壓縮空氣的智能調(diào)度系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)的環(huán)保和能源數(shù)據(jù)的梳理和監(jiān)控，為拓展數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用建設(shè)夯實(shí)基礎(chǔ)。

3.2  建設(shè)范圍

平臺(tái)建設(shè)涉及企業(yè)有組織排放、無(wú)組織排放、設(shè)備運(yùn)行、污染行為、生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控和所有的能源介質(zhì)，包括高/焦/轉(zhuǎn)爐煤氣、蒸汽、壓縮空氣、鼓風(fēng)、雨水、污水、脫鹽水、純水、工業(yè)水、生活水、電等介質(zhì)。基本覆蓋焦?fàn)t、燒結(jié)、高爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、加熱爐、熱處理爐、燃?xì)忮仩t、發(fā)電、汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)、煤氣柜、煤氣加壓站、空壓站等主要工藝機(jī)組和公輔裝備。

3.3  平臺(tái)架構(gòu)

圖1  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的四層架構(gòu)

基于數(shù)字化的綠色環(huán)保能源高效利用平臺(tái)按照工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的四層架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的四層架構(gòu)（邊緣層、資源層IaaS、平臺(tái)層PaaS、應(yīng)用層SaaS層）如上圖所示。

3.4 建設(shè)方案

平臺(tái)建設(shè)方案包括邊緣層的數(shù)據(jù)采集方案，IaaS層平臺(tái)部署方案，PaaS技術(shù)方案，以及SaaS層應(yīng)用方案。其中，邊緣層提供平臺(tái)所需的基礎(chǔ)能源數(shù)據(jù)采集以及IaaS所需要的平臺(tái)部署資源，IaaS層利用公司私有云平臺(tái)進(jìn)行搭建，將所需的污染物數(shù)據(jù)、能源數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)等匯聚到PaaS平臺(tái)，并在PaaS層上進(jìn)行應(yīng)用層的開(kāi)發(fā)，SaaS層開(kāi)發(fā)環(huán)保智能管控系統(tǒng)、VOCs智慧溯源系統(tǒng)、煤氣智能平衡系統(tǒng)APP、蒸汽智能平衡系統(tǒng)APP、壓縮空氣智能平衡系統(tǒng)APP。

3.4.1 邊緣層數(shù)據(jù)采集方案

環(huán)保和能源計(jì)量數(shù)據(jù)主要來(lái)源于包括EMS系統(tǒng)（IFIX）、智慧計(jì)量系統(tǒng)（1/2級(jí)+部分3級(jí)）、電表抄表系統(tǒng)（1/2級(jí)+部分3級(jí)）、環(huán)境管理信息系統(tǒng)等系統(tǒng)。具體數(shù)采需求如下：

能源運(yùn)行參數(shù)：煤氣(高爐/轉(zhuǎn)爐/焦?fàn)t/天然氣/混合煤氣)；蒸汽（高壓/中壓/低壓蒸汽）、氧氣、壓縮空氣、電力。

公輔設(shè)施參數(shù)：煤氣柜、煤氣混合站、加壓系統(tǒng)、氧氣球罐、氣/液化裝置。

生產(chǎn)狀態(tài)參數(shù)：燒結(jié)點(diǎn)火爐、焦?fàn)t、高爐、轉(zhuǎn)爐、熱風(fēng)爐、加熱爐、退火爐、鍋爐等。

生產(chǎn)計(jì)劃信息：主要產(chǎn)線設(shè)備包括燒結(jié)點(diǎn)火爐、焦?fàn)t、高爐、轉(zhuǎn)爐、熱風(fēng)爐、加熱爐、退火爐、鍋爐等。

余熱運(yùn)行參數(shù)：燒結(jié)環(huán)冷余熱設(shè)備、焦?fàn)t余熱利用設(shè)備、轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收設(shè)施、加熱爐汽化冷卻設(shè)施、供熱系統(tǒng)換熱設(shè)備。

單體設(shè)備信息：除塵風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、加壓機(jī)、制氧機(jī)等。

數(shù)據(jù)采集解決方案通過(guò)邊緣數(shù)采網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的連接、采集和處理，其中數(shù)據(jù)包括但不限于設(shè)備（如PLC、SCADA、DCS）、傳感器（如不同的儀表）、生產(chǎn)管理系統(tǒng)（如MES、EMS）、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)（如ERP）等。

3.4.2 IaaS層平臺(tái)部署方案

平臺(tái)作為整體數(shù)據(jù)融合、匯聚、監(jiān)控和管理的中心，采用集團(tuán)內(nèi)部構(gòu)建私有云部署和實(shí)施，協(xié)同于各控制區(qū)的邊緣數(shù)采方案。分布式集群部署，支持企業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用不間斷服務(wù)。平臺(tái)提供的數(shù)字孿生體框架不僅可以從數(shù)據(jù)源頭對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行治理，而且在數(shù)字空間對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備等系統(tǒng)建立模型，支持結(jié)構(gòu)化地從工業(yè)工程的角度組織和管理設(shè)備數(shù)據(jù)和算法模型。平臺(tái)通過(guò)松耦合分層解耦設(shè)計(jì)支持從系統(tǒng)資源、數(shù)據(jù)接入、算法開(kāi)發(fā)、模型構(gòu)建到數(shù)字化表征、業(yè)務(wù)應(yīng)用多個(gè)維度的橫向擴(kuò)展能力。

3.4.3 PaaS層技術(shù)方案

ThingswiseiDOS是為工業(yè)場(chǎng)景特制的完全基于云原生技術(shù)的工業(yè)數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)。系統(tǒng)以典型云計(jì)算PaaS層技術(shù)對(duì)外提供支持能力，以工業(yè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)和驅(qū)動(dòng)力，以數(shù)字孿生框架技術(shù)核心，以工業(yè)模型和算法為載體，以實(shí)時(shí)流式計(jì)算引擎為特色，以配置文件及低代碼開(kāi)發(fā)為工具，實(shí)現(xiàn)面向工業(yè)場(chǎng)景多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集、流式數(shù)據(jù)即來(lái)即算，模型及算法高效復(fù)用，及應(yīng)用快速動(dòng)態(tài)反應(yīng)等的功能特點(diǎn)。

系統(tǒng)提供創(chuàng)新型構(gòu)建方式以數(shù)字孿生體定義工業(yè)設(shè)備屬性和模型，支持用戶以可視化工具定義和配置數(shù)字孿生體，簡(jiǎn)易實(shí)現(xiàn)從OT的視角映射物理實(shí)體和組織設(shè)備數(shù)據(jù)，有力地促進(jìn)兩化融合。系統(tǒng)提供面向大數(shù)據(jù)分析和挖掘的計(jì)算引擎，相對(duì)于實(shí)時(shí)流式數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算引擎，該大數(shù)據(jù)處理功能支持對(duì)在線的實(shí)時(shí)計(jì)算和離線的數(shù)據(jù)分析。數(shù)字表征框架提供統(tǒng)一的數(shù)字孿生的定義和配置體系，在數(shù)字空間對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備等系統(tǒng)建立模型，支持結(jié)構(gòu)化地從工業(yè)工程的角度組織和管理設(shè)備數(shù)據(jù)和算法模型，支持構(gòu)建數(shù)字虛擬工廠，簡(jiǎn)化算法模型、應(yīng)用開(kāi)發(fā)和計(jì)算的復(fù)雜度，并實(shí)現(xiàn)一次建模，多處復(fù)用的能力。

3.4.4 SaaS層應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

（一）環(huán)保智能管控平臺(tái)

圖2  環(huán)保智能管控平臺(tái)

鋼鐵企業(yè)環(huán)保智能管控平臺(tái)對(duì)主要生產(chǎn)設(shè)備、環(huán)保設(shè)備、環(huán)保監(jiān)測(cè)設(shè)備和視頻進(jìn)行集中采集，通過(guò)對(duì)全廠有組織排放監(jiān)測(cè)、無(wú)組織排放監(jiān)控、治理設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、污染行為監(jiān)控、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控等，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠環(huán)保態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控、管理和展示。

（二）VOCs智慧溯源系統(tǒng)

VOCs智慧溯源系統(tǒng)根據(jù)氣象條件和各點(diǎn)位VOCs監(jiān)測(cè)濃度，實(shí)現(xiàn)各種氣候條件下全區(qū)域環(huán)境VOCs污染物在線監(jiān)測(cè)預(yù)警、溯源分析和精準(zhǔn)定位，形成一體化的環(huán)境監(jiān)測(cè)、管理體系。

（三）煤氣智能平衡系統(tǒng)

基于煤氣系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，通過(guò)管理運(yùn)營(yíng)改善、運(yùn)行信息關(guān)聯(lián)、分析計(jì)算建模和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)的深度耦合，設(shè)計(jì)研發(fā)適用于甲方的煤氣系統(tǒng)運(yùn)行智能化調(diào)配的軟件解決方案，主要功能包括：全網(wǎng)運(yùn)行可視化、時(shí)效資源最優(yōu)配置、異常識(shí)別-誘因分析、在線能效診斷、分級(jí)策略推送、兼顧前饋干預(yù)與應(yīng)激響應(yīng)、動(dòng)態(tài)推送策略導(dǎo)航、跨工序跨系統(tǒng)協(xié)同，最終實(shí)現(xiàn)面向角色的跨時(shí)空精準(zhǔn)化、策略化實(shí)時(shí)輔助決策。

主要功能：

（1）實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)運(yùn)行端到端可視化與數(shù)字化管理

（2）支持異常動(dòng)態(tài)識(shí)別與誘因根因分析的功能

（3）支持關(guān)鍵煤氣設(shè)施在線智能診斷的功能

（4）支持跨系統(tǒng)系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化與聯(lián)動(dòng)響應(yīng)

（5）支持多介質(zhì)跨工序的多層級(jí)策略調(diào)配信息推送功能

（6）支持熱風(fēng)爐/煤氣柜/鍋爐/混氣站的策略化智能控制

（7）設(shè)計(jì)可自定義配置調(diào)度規(guī)則的業(yè)務(wù)功能

（8）煤氣系統(tǒng)在線運(yùn)行評(píng)價(jià)和后臺(tái)數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)

（9）支持煤氣系統(tǒng)運(yùn)行績(jī)效統(tǒng)計(jì)分析、策略跟蹤等功能

（四）蒸汽智能平衡系統(tǒng)

以鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)資源數(shù)字化、運(yùn)行過(guò)程可視化為基礎(chǔ)，支持熱力公司圍繞蒸汽資源（余熱+鍋爐）供需平衡的最優(yōu)配置實(shí)施策略化調(diào)度，并以蒸汽資源平衡為切入點(diǎn)圍繞“煤氣-蒸汽-發(fā)電”資源的價(jià)值最大化配置，支持用戶實(shí)施跨能介系統(tǒng)的策略導(dǎo)航及聯(lián)合調(diào)配。

主要功能：

（1）支持端到端全網(wǎng)運(yùn)行可視化。

（2）支持異常動(dòng)態(tài)識(shí)別與誘因根因分析的功能。

（3）支持多介質(zhì)跨工序的多層級(jí)策略調(diào)配信息推送功能。

（4）支持余熱資源回收利用分析功能。

（5）支持鍋爐智慧管理功能。

（五）壓縮空氣智能平衡系統(tǒng)

“壓縮空氣智能平衡”主要以壓縮空氣介質(zhì)為主要對(duì)象設(shè)計(jì)研發(fā)智能化平衡業(yè)務(wù)支持功能。支持用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)端到端可視化、運(yùn)行異常識(shí)別-誘因分析，基于角色推送“單體-集群-系統(tǒng)供應(yīng)”運(yùn)行策略，支持空壓站多機(jī)組、空壓機(jī)單體策略化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

主要功能：

（1）應(yīng)用端到端全網(wǎng)運(yùn)行可視化手段, 包括供應(yīng)站設(shè)備和所有用戶設(shè)備總貌，并標(biāo)明主要參數(shù)。

（2）采取異常動(dòng)態(tài)識(shí)別與誘因根因分析等措施, 對(duì)空壓系統(tǒng)設(shè)備輕載、停車、流量突變等情況，能夠給出報(bào)警提示。

（3）提供基于供需策略調(diào)度的最優(yōu)運(yùn)行模式的決策，通過(guò)精益思路設(shè)計(jì)的策略化資源匹配方案，動(dòng)態(tài)向壓縮空氣制氣系統(tǒng)推送最優(yōu)運(yùn)行組織方式。

（4）建立壓縮機(jī)的數(shù)字孿生體，確定這些電機(jī)設(shè)備的能效計(jì)算模型。

（5）支持壓縮空氣系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（六）能效全景智慧監(jiān)屏

能效全景智慧監(jiān)屏是原有EMS系統(tǒng)升級(jí)的一個(gè)子功能，支持對(duì)能源系統(tǒng)運(yùn)行全貌實(shí)施數(shù)字化展現(xiàn)，并從公司運(yùn)行成本追蹤、關(guān)鍵公輔設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、能源運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（放散率、余熱余能資源回收與利用、緩沖用戶運(yùn)行）、關(guān)鍵管控參數(shù)等維度，可視化反映當(dāng)前能源運(yùn)營(yíng)管控水平。

圖3  能源全景智慧監(jiān)屏

主要功能：

（1)支持對(duì)能源系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)全貌進(jìn)行可視化跟蹤與呈現(xiàn)，推送包括噸鋼綜合能耗、能源成本、碳排放、煤氣放散、煤氣回收、余熱發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電、最大電力負(fù)荷、中水回用量、液氧汽化量等關(guān)鍵能源績(jī)效指標(biāo)和系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（2)作為“各類能介智能平衡系統(tǒng)”的主頁(yè)入口畫(huà)面，為用戶推送包括能源供應(yīng)、轉(zhuǎn)運(yùn)、用能等設(shè)備及公輔系統(tǒng)關(guān)鍵閥門的實(shí)時(shí)狀況跟蹤和趨勢(shì)，相關(guān)設(shè)備狀態(tài)與單介質(zhì)智能平衡系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)共享。

（3）為調(diào)度推送能源系統(tǒng)運(yùn)行異常預(yù)警信息、關(guān)鍵能效根因分析及基于規(guī)則的策略推送。

4  實(shí)施成效

4.1  市場(chǎng)推廣價(jià)值

該平臺(tái)具有極高的推廣價(jià)值，中國(guó)具有300+家上規(guī)模鋼鐵企業(yè)，環(huán)保管控系統(tǒng)和能源智能調(diào)度系統(tǒng)基本未升級(jí)。平臺(tái)建成后極大的推動(dòng)了企業(yè)的節(jié)能減碳，每年可節(jié)降能源消耗上百億，對(duì)于總體減碳效果有巨大影響。

4.2 直接經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)鋼鐵企業(yè)部署實(shí)施，推動(dòng)了企業(yè)能源運(yùn)行管控模式的變革和運(yùn)營(yíng)效率的提升，按行業(yè)理論測(cè)算，一般通過(guò)提升能源系統(tǒng)資源運(yùn)營(yíng)水平和效率，可降低公司總能源消耗5～10%左右，主要節(jié)能減排降碳效益如下：

1、降低高/焦煤氣放散損失，提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用價(jià)值

（1）通過(guò)策略化資源調(diào)配和智能化調(diào)度，推動(dòng)煤氣系統(tǒng)資源組合和配置效益最大化，從而實(shí)現(xiàn)煤氣資源放散損失減少并趨向零放散。

（2）基于煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收數(shù)據(jù)分析，轉(zhuǎn)爐存在較多整爐放散、部分回收情況，通過(guò)策略化回收設(shè)置與煤氣柜精益控制，提高單爐煤氣回收量、轉(zhuǎn)爐煤氣綜合利用價(jià)值。

（3）增加焦?fàn)t煤氣邊際效益，通過(guò)煤氣資源的價(jià)值化配置，將焦?fàn)t煤氣資源按確定的供應(yīng)機(jī)制，差異化和選擇性的對(duì)用戶實(shí)施供給，從而實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣資源邊際效益。

2、增加余熱回收利用，提高余熱發(fā)電價(jià)值

通過(guò)蒸汽資源合理調(diào)度，推動(dòng)余熱利用價(jià)值提升，擴(kuò)大產(chǎn)線余熱入網(wǎng)、提高余熱發(fā)電負(fù)荷、減少因蒸汽不足導(dǎo)致燃?xì)忮仩t對(duì)外送汽。

3、降低壓空運(yùn)營(yíng)損失

通過(guò)系統(tǒng)提供的時(shí)時(shí)資源平衡分析，支持不同模式下的空壓站集群策略化供應(yīng)，減少資源排放損失，降低空壓機(jī)綜合電耗。

4、平抑系統(tǒng)管網(wǎng)波動(dòng)，助力產(chǎn)線提質(zhì)增效

通過(guò)對(duì)高爐/焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)的調(diào)控和優(yōu)化，促進(jìn)煤氣系統(tǒng)管網(wǎng)窄幅波動(dòng)，平抑管網(wǎng)寬幅波動(dòng)造成的煤氣供應(yīng)問(wèn)題，穩(wěn)定煤氣管網(wǎng)壓力，對(duì)公司所有以煤氣作為燃料的爐窯的燃燒質(zhì)量帶來(lái)好處，將極大改善生產(chǎn)的穩(wěn)定和產(chǎn)品的質(zhì)量。

4.3 間接經(jīng)濟(jì)效益

環(huán)保管控是企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，不但可以提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，塑造良好的公眾形象，而且有助于構(gòu)建優(yōu)質(zhì)的企業(yè)管理文化，提升企業(yè)的知名度和綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。

通過(guò)對(duì)企業(yè)能源進(jìn)行智能化管控，給企業(yè)帶來(lái)了眾多間接經(jīng)濟(jì)效益：

（1）平抑系統(tǒng)管網(wǎng)波動(dòng)，穩(wěn)定生產(chǎn)

通過(guò)對(duì)高爐/焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)的調(diào)控和優(yōu)化，促進(jìn)煤氣系統(tǒng)管網(wǎng)窄幅波動(dòng)，穩(wěn)定煤氣供應(yīng)及產(chǎn)線生產(chǎn)。

（2）優(yōu)化窯爐燃燒，提升精益運(yùn)行水平

通過(guò)對(duì)工業(yè)爐窯關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控、分析、異常識(shí)別，支持單體智能診斷及“單體-集群-系統(tǒng)”控制優(yōu)化。如降爐窯低排煙損失、改善加熱質(zhì)量、增加熱爐時(shí)機(jī)產(chǎn)量等。

（3）降碳減排

應(yīng)用案例的實(shí)施有助于進(jìn)一步降低能源放散損失、優(yōu)化爐窯效率、提高能源利用率，降低碳排放量，為企業(yè)創(chuàng)造碳減排收益。

（4）提升企業(yè)數(shù)字化運(yùn)營(yíng)水平

通過(guò)能源流、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)物流等信息融合和價(jià)值關(guān)聯(lián)的能源大數(shù)據(jù)構(gòu)建，將業(yè)務(wù)數(shù)字化，整體提升能源管理數(shù)字化運(yùn)營(yíng)水平，為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型夯實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（5）管理方式轉(zhuǎn)變

實(shí)現(xiàn)了從經(jīng)驗(yàn)調(diào)度到數(shù)據(jù)決策的智能調(diào)度的管理方式轉(zhuǎn)變，大大提升了管理效率和管控力度。

4.4 社會(huì)效益

（1）本平臺(tái)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)設(shè)計(jì)研發(fā)，項(xiàng)目涉及到的問(wèn)題點(diǎn)，屬于行業(yè)普遍存在的共性問(wèn)題，在鋼鐵企業(yè)實(shí)施后具有較好的社會(huì)推廣價(jià)值，具有解決行業(yè)共性問(wèn)題的能力，為推動(dòng)鋼鐵行業(yè)能源高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展提供借鑒和參考。

（2）由于企業(yè)對(duì)于自身能源資源的最優(yōu)配置、數(shù)字化展現(xiàn)、智能化調(diào)度業(yè)務(wù)支持在系統(tǒng)管控原理和指導(dǎo)思想方面存在異曲同工的情況，因此本平臺(tái)跨行業(yè)可推廣性較強(qiáng)，不僅適合鋼鐵行業(yè)，還適合于有色、石油、化工、園區(qū)等大型流程行業(yè)的能介系統(tǒng)智能平衡與決策。

5  結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大背景下，鋼鐵企業(yè)數(shù)字化綠色環(huán)保能源高效利用平臺(tái)專注在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中借助通信和計(jì)算新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)能源管控和資源優(yōu)化配置。平臺(tái)收集設(shè)備和系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，再應(yīng)用分析結(jié)果優(yōu)化工業(yè)制造運(yùn)營(yíng)。利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，企業(yè)可具備高度的靈活性、敏捷性和效率，提高生產(chǎn)和業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的整體績(jī)效，創(chuàng)建新的服務(wù)功能和業(yè)務(wù)模型，并最終獲取轉(zhuǎn)型成果。鋼鐵企業(yè)數(shù)字化綠色環(huán)保能源高效利用平臺(tái)融合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、模型和應(yīng)用研發(fā)工具為一體，通過(guò)優(yōu)化與創(chuàng)新最終實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的價(jià)值最大化和能源智能化管控及高效利用。

參考文獻(xiàn)

[1]  陳娟. 面向鋼鐵企業(yè)能源管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與分析[D]. 內(nèi)蒙古科技大學(xué).