一、项目概述
宁夏能源铝业努力探索电解铝产业管控一体化模式，通过发挥青铜峡和宁东两个区域电解铝生产的协同作用，进一步优化资源配置，增强市场竞争力，成为中电投集团最大电解铝生产基地、最重要的铝业发展平台和最具实力的铝业核心企业。
宁夏能源铝业拥有2万吨石墨质阴极炭块和2万吨石墨化阴极炭块生产能力，目前产量位居全国首位，技术装备居国内阴极炭素行业先进水平，拥有完整的自主知识产权，自主研发的高石墨质阴极炭块，符合国家对电解铝产业提出的节能减排要求，代表当今世界有色金属行业炭素制品的高端发展方向。
本项目以青铜峡铝业股份有限公司宁东分公司为实施地点，并在银川总部建立能源管理中心，将宁东能源管控系统接入银川总部。
二、系统设计
2.1 建设思路
1）统一规划、分步分项实施。
银川本部将做为公司能源管理中心，各生产区域建立能源管理分中心。
能源管理主系统和各子系统实施应分阶段、分子项单独进行。即本次实施的青铜峡宁东铝业分公司能源管理子系统与公司总部能源管理主系统优先实施。以后的其他区域上的能源管理子系统，都必须将子系统信息纳入主系统中。
2）各区域（产业基地）能源管理中心功能定位需结合实际，尤其是已建设完善的厂区（产业基地），要保护现有投资，提高投资回报率。
3）各厂区系统配置应考虑近2年规划的其他新建产业接入，为系统升级留足够的接口。
4）采用开放、成熟的软硬平台，方便不同厂家开发的系统间相互融合，数据共享，系统设计寿命应大于10年。
5）整个系统建设应方便适用，让系统维护人员能方便的扩充接入其他新建产业。
2.2 建设目标
通过能源管理中心项目的实施，将达到以下主要目标：
◆ 改变公司能源数据的采集方式，由现在的人工抄表的方式转变为能源数据自动采集，提高能源数据的采集的及时性、准确性。
◆ 通过能源监测平台实现仪表完好率、运行率的管理，提高能源计量管理水平。
◆ 实现各种资源、能源消耗日、月、年的分类报表及统计分析报表的自动生成。
◆ 实现能源（水、电、蒸汽、风、天然气）管理的实时运行动态趋势监控。
◆ 为各有关单位成本核算提供准确、及时、可靠计量基础数据。
◆ 建立能源消耗、分析信息的集中显示，将能源实时监控与生产调度指挥系统相结合。
◆ 为管理部门实时掌握有关的能源数据，指挥决策提供有利支持。
◆ 根据每块仪表计量能源的用途，结合其他系统产生的相关数据，计算相关单耗，发现最优指标，达到节能的目的。
◆ 通过优化能源管理的方式和方法，改进能源平衡的技术手段，实时掌握企业的能源需求和消耗的状况，使能源的合理利用达到一个新的水平。实现在线监控各能源消费情况，减少能源事故发生。
◆ 为全公司能源运行提供统一的管控平台，调度人员可通过该平台对能源运行进行统一监控及调度管理。
◆ 通过该系统可为调度人员提供能源分析支持，同时为能源管理人员提供决策依据。
◆ 实现能源工艺优化、合理利用能源，挖掘节能潜力。
◆ 建立合理的能源管理体系，全面优化管理流程，实现能源指标的分级管理和考核。
◆ 利用该系统建立能耗和排放的客观评价体系，实现对各生产单位能耗指标的考核。
三、系统架构
系统在各生产系统监控中心或能源数据集中位置部署数据采集网关对现场生产及能源数据进行汇聚并转发；数据采集遵守标准opc、modbus及电力dlt645规约；其中中央供电系统一、二期系统，考虑网络安全等问题，部署力控安全隔离网关；并根据现场需求对现场数据根据标准电力cdt-104规约，进行汇聚并转发。
1）中心机房部署力控pspace6.0实时/历史数据库平台，通过两台数据采集服务器，实现系统的双机冗余，保证数据的稳定性。
2）部署一台服务器处理分析系统数据，并通过SQL ROUTER将能源数据转出到应用服务器（oracle）为能源管理系统提供数据。
3）部署一台web服务器部署，进行web授权便于网络上用于通过b/s方式访问系统。
4）部署两台工程师站，用于系统维护优化。
5）部署五台操作员站，用于运行人员监视生产系统数据及生产作业区工作状态。
6）为系统分配多级用户，方便对系统及人员管理。
四、系统功能
4.1、数据采集系统
本系统设计能源计量类型包括水、蒸汽、压缩空气、电、天然气。由于能耗计量系统涉及范围广、数量和类别较多，所采用的通信协议不一致，各个部门所采用的计量设备也千差万别，同时由于控制的设备种类繁多、协议多样化，并地理分散，标准又不统一，难以建立统一能耗统计平台。
本系统中采用力控能源数据采集器pFieldComm，其内置数千种通讯协议支持，可以通过远程组态实现不同协议的转换，对于系统尚未支持的特殊协议，可以提供通讯协议开发包进行开发，具备将非标准通讯协议转化为标准通讯协议，并具备OPC接口，现场能耗数据通过力控能源管理采集器pFieldcomm进行采集联网从而完成统计和收集、并以标准的数据格式和封装传送到远程的管理服务器,中心数据库通过采集站进行分布式生产实时数据采集。
4.1.1 电力系统数据采集
宁东铝业分公司供配电系统按电压等级划分，目前拥有330kV总降整流变电所两座，10kV配电室6个。本次设计完成电力系统数据采集，实现电力数据汇聚和界面展现，并将数据接入能源管理平台，实现电力能耗分析。
上位机能在线显示遥测、遥信、电度量、频率、温度、等数据或状态，各状态具备颜色变化报警及语音报警功能，能够完成历史数据报表的查询、修改、打印和历史曲线打印等功能，同时能直观显示系统各模块运行状态和网络通讯状态，通过权限管理功能，系统管理人员能够增加和编辑用户账号，并为其分配相应的权限。
4.1.2天然气系统数据采集
系统有天然气调压首站1座，天然气末站1座，均用于天然气的输配。主要用于阳极导热油、煅烧大窑、焙烧车间南侧、焙烧车间北侧、铸造车间等，本次系统完成天然气系统数据采集，实现天然气数据汇聚和界面展现，并将数据接入能源管理平台，实现蒸汽能耗分析。
上位机实现各站库所有参数的采集与存储，监控主要工艺过程，完成部分参数的统计及分析，并且以趋势图、饼图、报表等方式展示，同时提供了各站库主要参数的日报，月报，季报，年报。整个系统具有很好的扩展性，伸缩性。使得后期新增站库可以低成本无缝接入。
4.1.3蒸汽系统数据采集
蒸汽系统目前由一台35t煅烧烟气冷却余热锅炉提供蒸汽，供出管网一路供汽轮机使用，另一路经减温减压供厂区管网。本次设计完成蒸汽系统数据采集，实现蒸汽数据汇聚和界面展现，并将数据接入能源管理平台，实现蒸汽能耗分析。
上位机以动态的方式对采集信息的实时显示，如如换热站的动画模拟显示，各子站温度、压力等数据的动画展示，直观反映整个热网的当前状态。
4.1.4压缩空气系统数据采集
空压站供应全厂的全部压缩空气，共有九套空压设备，并网后分出五路分别供一期350KA电解车间、二期400KA电解车间、一期储运站、卸料站及阳极铸造车间使用。本次设计完成压缩空气系统数据采集，实现压缩空气数据汇聚和界面展现，并将数据接入能源管理平台，实现压缩空气能耗分析。
系统在线监测设备的运行状态及主要运行参数（如空压机的电流、电压、设备开停、故障），实现系统设备正常的顺序起、停控制。用户可以清晰直观的看到风量，风压，电机电压，电机电流，电机故障，开停，电机表面温度等数据或状态，并且具备报警等功能。
4.1.5水系统数据采集
本次设计内容包括成型循环水泵房、煅烧循环水泵房、焙烧烟气循环水泵房、余热锅炉循环水泵房、铸造循环水泵房、空压站循环水泵房、电解净化循环水泵房等部分，在保证水泵安全稳定运行。通过采集方式完成数据收集、传送，将数据集成至数据中心使中心展示，具备水泵数据采集分析及保护、通讯、显示功能、报警等功能。
各PLC控制站与监控主机实现实时采集数据的交换，显示现场排水工艺流程，如水泵的工作状态、电动阀的开闭位置、水泵抽真空情况和出水口压力值，同时通过相应的操作权限，实现对主排水系统的启、停控制。监控系统自动报警，并自动记录报警信息以便工程师分析故障信息。同时通过报表、曲线的查询打印等为技术员分析系统运行状况提供科学的依据。
4.2能源管理系统
能源管理主系统主要对各能源管理子系统上传的能源数据进行进一步的筛选、统计、分析、对比等，从这些数据上整体了解各下属分公司的各能源介质的消耗情况、节能指标完成情况；再依据系统处理后的数据指标进行考核，并进行各分公司之间的能源成本对标、产品能耗对标等工作，从中进行对比分析，以帮助公司领导层进行决策支持，并依据这些数据制定新的节能指标或更加科学合理的考核依据，制定节能的大政方针或节能措施并向下推行。
4.2.1 能源流程监控与管理
本系统能源监视是对企业电、气、水等能源进行集中日常监视、测量、控制和管理，实现能源历史数据存储、查询、分析、统计等功能。系统提供从运行数据到管理数据的平台，企业管理者实时了解工厂的生产和能耗情况。通过各类自定义各种能耗报表，对外对内都可以提供单位的能耗汇总情况。
◆ 能源监视模块监测动力介质能耗、工序的能耗、关键耗能设备的能源利用水平；
◆ 横纵对比分析各二级单位部门或各班次资源利用效率和节能潜力；
◆ 统计各部门、各车间，各班次的能源消耗状况；
◆ 监控动力、给排水、供配电、供气运行以及规范化操作以及应急预案。
静态调度 ：根据生产计划和检修计划，预测一段时间内的能源供应需求量，并制定相应的能源生产供应计划，从而达到预测性平衡并实现手工静态调度
动态调度 ：在短期时间内，随着生产过程的进行和各种因素的影响，各能源相关参数将动态变化，因此需采取及时平衡策略将这种变化限制在允许范围内，从而达到能源供应和需求量之间的动态平衡。
4.2.2 能源计划管理
对所处的管理领域的用能对象进行能源计划的制定，能源计划包括年计划、月计划、日计划。系统根据生产计划、检修计划和能源单耗预测，来自动计算能源产耗计划。计划制定后需要相关领导进行审核和审批。同时能源计划通过发布使相关人员了解计划的制定情况。
1） 计划制定
制定相应的能源计划，制定过程中可以实现与以往的计划的对比，具有专家计算功能。计划制定主要包含计划类型（年计划、月计划、日计划）、计划时间、该计划所涉及的管理范围、制定计划的时间、预订的计划审核人员（由计划编制人员对所需要的审核人员进行选择，便于该计划的进一步进行，该信息包含审核人员的通讯方式，邮箱等信息，便于及时将信息发布到审核人员）、计划发布范围（本计划所数范围，当该计划完成审批后，计划应能够自动发布到各个相关职能部门的管理人员）等。
2） 计划审批
具备审批权限的人员对已制定的计划进行审核、批准，能源计划制定完成后，系统通过手机短信的方式，通知审批人。审批人进入系统后，系统主页面应该有消息，通知该用户有待审批的能源计划。
3） 计划发布
对于已完成制定、审批流程的计划按照发布要求进行发布，便于计划的执行。
4） 计划查询
通过一定的条件，查询所属的计划内容，查询到的计划有已发布和已制定未发布的计划，便于查询人对信息进行处理。已发布的计划可以进行计划的浏览、导出、打印、废止工作，未发布的计划制定人可以打开并修改，具有审核权限的工作人员可以浏览和审核。
4.2.3能源实绩管理
用于对整个管理区域的用能情况进行收集汇总，以一种固定的格式进行展现。信息来源的方式有两种，一种是由现场的采集设备通过网络将实际的用能情况进行收集，按照一定的存储要求存入相应的数据区域（关系数据库中的某张数据表），另外一种是通过人工的方式将现场仪表的数据进行录入，便于信息的收集。
1） 用能实绩查询
对相应的用能区间的能源使用信息进行查询，满足能源分析需要。实绩管理包含的信息有实绩类型（年实绩、月实绩、日实绩）、实绩时间、实绩节点（该实绩所涉及的管理范围）、实绩报表（节点、用能类型、用能量、单位）。
2） 用能实绩录入
对于不具备自动信息录入的能源节点，采用人工的方式将信息录入，便于对能源的查询分析功能。
3） 实绩计划对比
用于将能源实绩与计划进行对比，验证计划的执行情况，发现存在的问题，包含的主要信息有计划类型、计划时间、计划与实绩报表、棒图对比展示等。
4.2.4能源成本管理
用于对能源使用情况进行的综合分析，便于发现能源问题，做出调整方案，提高能源的使用效率。对特定的区域的能源使用情况进行查询，可以查询各个节点的能源消耗情况，用多种形式来进行直观的展示。
4.2.5能源计量设备管理
设备管理模块的功能主要是管理和更新所有计量器具的相关数据内容。计量器具的资料内容包括该器具的唯一标识号、参数性能,溯源单位、检定日期、有效期限、管理负责人、使用状态等设备的信息。系统还添加了设置了仪器设备和项目的到期提醒功能, 帮助工作人员有效地对计量设备的有效期进行监控,时时刻刻保证所有的计量设备处于受控状态。
◆ 具备计量器具台帐管理功能
◆ 具备强制检定计量器具台帐管理功能
◆ 具备计量器具动态反馈录入功能，自动搜索后归档
◆ 具备计量器具备品备件台帐管理功能
◆ 具备报废计量器具台帐管理功能
◆ 具备计量器具检定计划管理功能
◆ 具备计量器具检定记录管理功能
◆ 具备计量器具检修情况记录功能
◆ 具备查询、统计功能
4.2.6能源统计分析
对能源数据按介质种类进行统计分析，配合能源管理、能源消费结构进行能源供需、能源实绩与计划比较分析，并且按设定的统计分析条件处理历史数据，为用户提供直观的统计和分析数据。
4.2.7能源设备管理
◆ 记录能源工艺设备原始技术资料及主要工艺参数；
◆ 记录能源工艺设备状态，运行工艺参数；
◆ 记录设备运行记录、点检记录、设备检修记录、设备故障记录、设备报警记录；
◆ 设备档案管理（主要是计量设备和仪表）：提供维护设备档案录入、查询等维护功能，用于记录设备技术参数，技术指标；
◆ 设备运行管理：自动从上位机获取或人工录入当前设备状态数据，显示主要设备当前的运行参数。
◆ 设备缺陷记录：设备的缺陷记录、分类、统计、消缺的跟踪与督办和考核；
◆ 设备维修管理：制定设备维修计划、设备维修周期、设备维护管理；
4.2.8能源定额管理
◆ 按照公司制定并下达的能源定额，对各单位实际消耗量进行比对；
◆ 根据与定额比对后的节超量，形成考核报表。
五、项目总结
本项目实现了能源数据（水、电、蒸汽、风、天然气）的采集与监控，为全公司能源运行提供统一的管控平台，调度人员可通过该平台对能源运行进行统一监控及调度管理，从而方便从整体上了解各下属分公司的各能源介质的消耗情况、节能指标完成情况，以及对数据指标进行考核，帮助公司领导层进行决策支持，并依据这些数据制定新的节能指标或更加科学合理的考核依据，制定节能的大政方针或节能措施并向下推行。
