1、前言
钢铁企业是能源消耗大户，节能一直是困扰我国冶金行业的重大问题，除了依靠节能技术降低能耗外，向能耗管理要效益是我们努力的方向。传统的能源调度为电力、动力、水道各自独立，采用传统的能源管理模式，已不适应现代化大规模生产的能源管理需要。
建立集中监控管理功能于一身的能耗管理系统（EMS，Energy Management System），实现了能源系统电力、动力、水道等各单元的数据采集和控制和管理、环保监测和控制、能源介质需求的分析与预测，为提供经济、高质的能源和优质、高效的服务创造了良好条件，同时也为公司能源管理打下良好基础。
监控管理的能源介质主要有：电力、焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、混合煤气、压缩空气、氧气、氮气、氩气、蒸汽、生产水、生活水等。
“电管家”能耗管理系统（简称：EMS）是以专业的平台软件为基础，并融合了现场总线技术、电力电子技术、互联网技术、自动化测量技术等的一体化数据采集监控优化系统方案，用于监视、分析和控制能源的使用，从而降低能耗成本。能源中心实现对电、蒸汽、压缩空气、风、燃气和水等有关能源介质的检测及控制，进而完成能源的优化调度和管理，将能耗信息集成，提供有效的分析手段，指导能源的合理配置和利用，实现安全、优良供能、提高工作效率、降低能耗。能源中心设计工作围绕电力、水、动力等三项展开。
建立能耗管理系统是《“十一五”中国钢铁企业信息化发展建议》重要内容之一。
2、设计总则
2.1设计原则
1 安全性
采用安全可靠的隔离技术，在EMS实时网络与ERP网络之间建立数据传输通道。同时，EMS系统应具有完备的策略以保证EMS及下层控制系统的稳定运行，保证EMS系统的应用软件对PLC、DCS等系统的正常运行不会构成影响。
2 可靠性
在EMS的设计过程中，可靠稳定性是第一要素。能源供给过程属于连续的过程，一旦出现故障将会给企业带来无法估量的损失。在系统设计时要从结构设计、产品选择以及网络管理上对稳定性做出保证。系统还要具有强的容错能力，在系统局部失败的情况下，仍能正常继续工作。
3 开放性
开放性设计包括开放性网络、支持多协议、具有良好的设备兼容性和互通互连能力等几个方面。目前所用到的底层控制系统种类较多，EMS系统的软件平台要能提供多种数据访问方式（如OPC、DDE、ODBC、TCP、串口等），保证系统的开放性，并能与第三方软硬件兼容，实现系统间的无缝连接。
采用成熟、通用、符合国际标准的软件产品和开发技术，保证经过EMS系统分析处理的数据能够被上层管理系统所用。允许用户或第三方依据现有的应用平台灵活地进行二次定制开发。
4 实用性
在系统功能设计上，首先必须能够满足企业的当前需求，同时兼顾企业的长远发展。系统设计完成后，也应该能够让企业以较低的维护投入而获得较大的效益回报。
5 先进性
在满足当前系统功能需要的前提下，本着高定位、高起点的指导思想，采用先进的软件设计方法、软件实现技术，包括系统应用平台、数据库技术、开发管理工具等。
6 可维护性
系统应具有完备的网络控制、诊断、测试功能和在线故障恢复能力，最终要使用户维护起来方便，维护成本低。
2.2引用规范及标准
能耗监测监控系统满足以下规范及标准，但不限于此：
r GB2589 综合能耗计算通则
r GB6422 企业能耗计量与测试导则
r GB15316─94 节能监测技术通则
r GB12723 产品单位产量能源消耗定额编制通则
r GB3485评价企业合理用电技术导则
r CJ/T188—2004 户用计量仪表数据传输技术条件
r GB/T 19582-2008 基于Modbus协议的工业自动化网络规范
r GB 9254-1998 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法
r GB/T 17168-1998 信息技术设备抗扰度限值和测量方法
r GB/T 17626-1998电磁兼容 试验和测量技术
3、电管家钢铁企业能源管理系统介绍
3.1系统组成
整个能源管理系统是以计算机为核心并采用流行的、可靠的计算机网络构成的分布式数据采集监控分析管理系统。全厂设置一个集中能源动力管理监控中心。全厂能源动力管理监控中心通过网络从各信息采集点中获取能源数据，实现全厂的能源数据集中监控和管理，并统一发布调度指令。全厂能源动力管理监控中心和各信息采集点间通过能源专用网络有机的结合在一起构成一个完整的系统。
能源管理系统采用国外成熟的大型实时历史数据库为基础数据应用平台，并以与之相配套的数据可视化软件为WEB实时信息组装平台，通过基于该实时数据库平台的二次软件应用开发，基于模型库的数据优化分析VC++开发来建立企业统一的能源系统信息集成及管理平台。
3.2 分层分布式系统
系统的基本网络结构按功能的不同分成三个层次(如图所示)。底层为信号采集层，中层为实时数据处理层，上层为应用管理层。信号采集层由子站和远程站组成，主要实现分布数据的集中采集、实时控制。采集站间采用环型拓扑结构，由光纤组成工业以太网，网络传输速率1000Mb/s。中层的主要设备是I/0服务器，作为底层和上层之间的桥梁，主要完成实时数据的处理、短时归档；还包括工程师站、HMI操作员站、大屏幕控制器和网络打印机等，主要完成人机交互和管理等功能。上层包括应用服务器、数据库服务器、WEB服务器、防火墙，上层中央以太网采用双绞线连接、TCP/IP协议、总线结构，网络传输速率1000 Mb/s。
3.3系统功能描述
3.3.1、管理范围
1、能源管理系统的监控管理的能源介质有：电力、焦炉煤气、高炉煤气、压缩空气、氧气、氮气、氩、蒸汽以及各种水等。
a.电力设施：输电设施、发电设施；
b.给排水系统：水源、用水量、给排水系统设置；
c.燃气、气系统：高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、氧气站，厂区及车间燃气管道及氧气、氮气、氩气球罐；
d.热力系统概况：高炉冷风、蒸汽、压缩空气及脱盐水等介质的生产及供应。
2、能源管理系统管理的工艺能耗参数有：
3.3.2、主要功能
Ø 能源计划管理
能源政策、能源技术标准的发布，节能计划以及月度供需平衡计划的制定与下发，各种能源数据的统计，分析用能水平，为节能方案的查找提供数据支持。
Ø 能源计量管理
对各类仪器、仪表等的流量、压力、温度等计量设备数据管理，实现计量抄表和计量结果的统计分析，及时体现生产工艺过程中各类技术指标消耗和信息共享。以上数据需要由各个子系统通过标准接口（或提供标准协议）提供。
Ø 能源数据采集
对能源数据的实时采集：实时采集电的能源工艺读数，计算消耗；对生产过程能源生产、能源供应、能源消耗进行实时监控与管理，通过自动采集或人工录入能源数据。对全矿的用电等能源进行监测与计量，对有关重大设备或重要工艺设备的用电等能源与质量指标进行计量与监测。
Ø 能源统计分析
对生产过程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，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源数据信息，实时监控生产过程的能源状况，有效控制能源消耗，便于及时发现耗能症结，及时采取节能措施，及时调度指挥，及时操作。主要功能有：
1) 实时监控各工序及重大设备的能源消耗；
2) 能源消耗统计分析：以直观的图形化的方式查看和分析能源消耗；
3) 能源消耗动态分析，根据能耗数据实时动态分析生产能耗情况，寻找生产能耗症结，实现辅助决策；
4) 实现能源信息半自动化处理、能源信息表格和图形化分析、能源信息动态查询、能耗计划网上发布、能源消耗辅助考核；
5) 能源消耗辅助平衡，根据能耗数据实现能耗预平衡，根据平衡结果找出能耗不平衡因素。
Ø 单耗、总耗：计算工序活动中的所有物质的单耗、总耗。产量、消耗、单耗和计划、定额比较的超标、达标、欠标情况。
Ø 日查询与分析：对每日工序活动中的所有物质消耗列出表格进行查询；对每日工序活动中的所有物质消耗与历史同期比较，并形成曲线图、直方图。
Ø 周查询与分析：对每周工序活动中的所有物质消耗列出表格进行查询；对每周工序活动中的所有物质消耗与历史同期比较，并形成曲线图、直方图。
Ø 旬查询与分析：对每旬工序活动中的所有物质消耗列出表格进行查询；对每旬工序活动中的所有物质消耗与历史同期比较，并形成曲线图、直方图。
Ø 月查询与分析：对每月工序活动中的所有物质消耗列出表格进行查询；对每月工序活动中的所有物质消耗与历史同期比较，并形成曲线图、直方图。
Ø 年查询与分析：对每年工序活动中的所有物质消耗列出表格进行查询；对每年工序活动中的所有物质消耗与历史同期比较，并形成曲线图、直方图。
Ø 计划完成情况分析：产业企业产品产量计划完成比率及对比。
科学的能源管理是钢铁企业实现优化资源配置、合理利用能源、改善环境、实现从单一的装备节能向系统优化节能的战略转变的重要措施，也是创建节约型企业、实施清洁生产的必然要求。