能源过程数据管理系统在钢铁企业中的应用

数字时代

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能源过程数据管理系统在钢铁企业中的应用

■首钢自动化信息技术有限公司电信事业部　陆建伟

采用先进的管理理念，利用先进的自动化、信息化技术改进传统的钢铁工业生产中的能源管理，提高企业在生产过程中的过程数据处理能力及应变能力，实现安全、稳定、持续地运行，实现智能化的能源管理，达到节能、降耗、环保的可持续发展的目标，这一点对钢铁企业的作用越来越大。

能源过程数据管理系统

钢铁企业是一个耗能大户，同时也是一个生产气体能源的大户。伴随着钢铁生产流程，将产生大量的焦炉煤气，转炉煤气，高炉煤气。这些气体能源的产生、运行、贮存以及使用，是一个持续不断的过程，而对其管理，则就是一个过程性管理，不能有任何间断。所以，通过能源过程数据管理系统构筑起能源过程数据管理的平台，实现能源的优化管理以及建立起一整套过程预警系统，在发展钢铁企业循环经济过程中，将起到至关重要的作用。

能源过程数据管理系统就是运用数学手段，对全过程的能源数据进行采集、存储、挖掘、利用，结合历史经验，找出其隐在生产过程中的内在规律，用以指导能源的科学合理利用，达到节能降耗、保护环境、发展循环经济的最佳目的与要求。对钢铁企业生产过程中产生出的煤气的管理，是能源过程数据管理系统应用的重要内容之一。

钢铁企业的能源过程数据管理包括了气体能源的生产（高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气）、管道输送、贮存、燃烧、这样一

个全过程的数据管理。由于这个全过程都是处于一个高温、易燃、易爆、高压的恶劣环境中，而且这个过程是连续的，所以对现场数据的采集与处理要求实时性非常强，而且是高速采集处理。所以能源过程数据管理系统也可以说是实时数据管理系统，这就要求要有一个强大的实时数据库平台。存贮实时数据，并保证数据的实时性，否则实时数据库存储的就是无效数据。

能源过程数据管理系统包括相关的配套子系统。主要有：热能模型、生产调度、计划优化模型、高速数采系统、生产趋势图、预警系统、客户端系统等等。这样就构成一个相对完整的能源过程数据管理系统。

能源过程数据管理系统作为一个的应用系统，其应用领域是十分广泛的，其功能也是相当完善的。其主要子系统有：预警系统、专家系统、数据应用。

过程控制系统是过程数据管理系统最重要的应用领域，大量生产实时数据的应用，经开环或闭环的方式对生产现场进行及时地调整及控制，对于生产管理人员，可以及时获取生产实际状况，对于节能降耗、环保、稳定生产、提高效益，都是有着积极的作用。实时数据与历史数据都是企业的宝贵资源，对于分析生产过程的变化规律，优化生产，防止事故的发生都是很有价值的。

钢铁企业的实时数据结构复杂，要实现方便地存储、刷新和检索实时数据，采用实时数据库比较符合钢铁企业的实际状况。

构建实时数据库系统还需要一个规范和高效的网络实时通信协议，满足实时数据库内容的刷新与实时检索。网络实时通信是

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管理系统

实时数据库的命脉，对于实时数据库起着关键作用。

与分析、统计质量控制（ＳＱＣ）、基于企业范围内的信息集成、应用数据平台（生产优化和数据调理）、设备预防性维护、故障诊断。

实时数据采集与数据挖掘

数据是能源过程数据管理系统的实践，没有了数据，一切都是空谈。做好数据采集与数据挖掘，对于有效利用各种数据指导生产有着积极的作用。

由于钢铁企业生产过程十分复杂，所以实现实时数据自动采集难度很大，特别是老厂在实施数据采集过程中，难度就更大。所以在现场安装采集设备、仪表时，一定要有工艺配合。实时数据采集主要包括实时数采、实时数据传输、实时数据管理以及实时数据应用等。

采集上来的实时数据以及企业历史数据对企业来讲是很有价值的。但是这些实时的和历史的过程数据大多是复杂数据，其复杂性表现为：非线性、多因子、高噪声、非高斯分布、非均匀分布、以及自变量相关。所以，要让这些复杂数据发挥作用，就要用到数据挖掘。数据挖掘就是从数据中发现知识和寻找规律，并用它们指导生产或管理，达到提高企业收益的目标。数据挖掘方法上一搬分为两大类：统计模型和机器学习技术。其中机器学习与数据挖掘关系最亲密。统计模型应用于数据挖掘主要是进行评估，常用的统计技术有概率分布、相关分析、回归、聚类分析等。机器学习是人工智能的一个分支，也称为归纳推理。通过学习训练数据集，发现模型的参数，在海量数据中发现间接、隐藏、新颖的规律。数据挖掘技术的优势在于，通过对数据集进行有限步骤的采集、整理、分析、推理、比较等手段，来揭示埋藏在数据内部的有用信息。常用的算法包括：关联规则、原点推测、决策树、神经网络、遗传算法、支持向量机等。

实时数据库主要用于管理企业生产过程的数据，记录装置运行过程每时每刻的信息，供生产管理人员对生产过程进行监控和过程分析。它对采集到的现场变化数据进行压缩处理和保存并传送到各个客户端，同时响应客户端用户查询历史数据的要求。实时数据库数据吞吐量大，实时性高，占用硬盘空间少。

冶金企业生产装置繁多，地域分布广，虽然大部分生产装置是采用ＤＣＳ控制系统，但是各套ＤＣＳ控制系统可能来自不同的厂家，因此它们往往是相互孤立互不连通的，这样就形成了信息孤岛。我们要提高企业的管理水平和应变能力，就要拉近管理层与生产装置的距离，让生产信息触手可及，就必须打破这一信息孤岛的现状，而采用实时数据库技术是解决这个问题的一条有效途径。由于企业生产数据存放在统一的数据仓库中，企业中的所有人，无论在什么地方都可看到和分析相同的信息。实时数据库可以应用于：生产过程监控、历史生产数据管理、批量生产的监控

能源过程数据管理系统在冶金企业中的应用

钢铁企业的节能工作要做到科学节能、系统节能，达到以较少的资金投入，实现最大的节能效果和经济效益。建设钢铁企业能源数据管理系统，实现对钢铁生产过程中使用能源的情况进行监控、对能源管理使用中出现的故障进行分析、以及实现能源平衡预测系统运行优化，能源数字系统应用、ＧＩＳ能源管网管理等是建设绿色钢铁企业、发展可循环经济的必由之路。

钢铁企业能源过程数据管理系统主要组成部分：能源过程数据处理子系统信息处理子系统的基本功能是数据采集和过程监控。它是能源管理系统的基础子系统．一般实现的方法是现场仪表采用智能流量积

数据是能源过程数据管理系统的实践，没有了数

据，一切都是空谈。

算仪，对各种能源介质的瞬时流量和累积流量进行温度、压力补偿计算和显示。每块流量仪表均带有ＲＳ－４８５串行接口，通过ＲＳ－４８５总线将分散在公司厂区内的各现场计量仪表设备连接起来，构成一个ＲＳ－４８５网络。在采集点集中的地方，设置通讯控制器模块，通讯控制器下面与多个流量积算仪相连，它的主要作用是采集下面各个仪表的数据并放到缓冲区中，当接到上位机的指令后，再将多个采集点的数据传送给上位机，这样可以减少上位机的呼叫次数，增加传输效率。其它相对分散的设备则采用直挂方式连接到４８５网。通过ＲＳ－４８５网络从现场传来的数据，在数据采集处理中心经ＲＳ－４８５／ＲＳ－２３２　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ转换后进入数据采集中心的采集工作站。同时对现场

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数据进行过滤、提取，可根据用户的不同需求生成趋势曲线。

服务器与工作站采用以态网连接，各工作站可以随时调用查询数据库中的数据，其它较远的单位可通过电话拨号方式访问数据库服务器，查寻历史数据，对数据进行实时监控。

预警子系统主要包括：监测、分级报警、事故信息记录、事故处理、减灾处理、事故分析、事故恢复等内容。

通过ＧＩＳ能源管网系统对全部能源管网进行２４小时不间断实时监控，是预警子系统日常重点工作。当某一部位出现异常时，将采取多级报警方式，这样可提高对事故判断的准确程度，并可将事故所造成的损失降到最小。所以，在减灾处理工作中，除现场处理外，还将通过ＧＩＳ（地理信息系统，Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）能源管网系统，千方百计保证下游能源用户的需求，争取通过其它旁路管网，实现对下游用户供气。钢铁企业的能源系统本身就是一个业务连续性生产管理过程，对其可能发生的事故，要有全新的认识和方法，所以要从传统的被动应对转变为积极主动的预测预警，从局部防范转变为全过程防范。

我们可以利用能源管理子系统提供的工具，通过对大量的煤气数据进行挖掘，能够提供煤气中长期调度规划，分析影响煤气利用的因素，制定节能目标和对策。同时还可以利用系统能够提供煤气供需计划和

煤气设备运转计划，以及煤气供需与管理的年报、编制公司煤气平衡表，对公司煤气供需实绩进行分析、评价和预测。另外还可以制定出各生产工序的能耗评价指标，落实节能指标，考核指标，以及跟踪管理各项指标的完成情况。系统还能够根据煤气的生产量、供应量和各工序的消耗量，调整煤气的供需计划和运行方式，指导煤气中心实施在线调度和合理分配煤气。

通过能源管理子系统的应用，我们就可以全面实现在信息分析基础上的能源监控和能源管理的流程优化再造，满足能源设备管理、运行管理等的自动化，建立客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，向管理要效益。在能源管理子系统中，专家系统是核心内容，在能源管理的各个环节要想取得好的效果，都离不开数字模型的作用。

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能源过程数据管理系统的发展分析

强化能源数据管理，发展循环经济，将是我国钢铁企业以及其他耗能大厂今后发展的一个方向。能源数据管理信息系统的研发与应用，目前刚刚起步，还有许多理论与实践需要我们做进一步的工作。

１、　数据引擎技术在能源过程数据管理系统中的应用数据引擎是一种按照规范的数据结构解释、驱动和重构数据关系的一种数据处理机制。数据引擎创建了一种具有分析数据关系，能够按照数据结构的拓扑关系驱动计算过程，以及能够根据特定的计算结果自我修正数据关系的ＤＣＳ系统控制站、控制软件的支撑系统。它的应用将有可能改变能源管理的传统架构，促进能源管理的进一步发展。

２、　模型是能源数据管理信息系统的核心

数学模型是能源数据管理信息系统的核心，在钢铁企业中，从各种气体能源的产生、输送、贮存、使用都要用到数学模型，特别是在能源调度优化。能源连续性管理、能源平衡、预警系统以及能源的合理燃烧，这些环节都需要模型发挥作用。通过数据

仓库技术的应用，通过对系统数据进行科学的加工处理，已经为数字模型的应用奠定了很好的基础。运用计算模型对能源管理与合理使用进行科学的统计分析，从而起到对能源管理和智能化决策的支持作用，实现节能降耗的目标，进一步提升企业的综合竞争力。

在能源数据管理信息系统的研发与建设过程中，实现自主创新，将是管理层面与技术层面共同努力的方向，建立和完善企业的能源数据管理与控制系统，对各个环节的能源消耗以及能源生产与输送、贮存、进行监控、进行故障分析诊断、实现能源平衡预测，利用系统优化，数学模型和数字系统高速数据采集和实时分析处理。达到能源数据管理的分散控制、集中管理、优化平衡，这一新的企业发展目标实现企业的可持续发展。

钢铁企业能源过程数据管理系统图示

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