新钢新材硅钢生产主要有常化酸洗、轧制、连退、重卷和包装等工序，通过对现场工序机组设备能源使用和消耗情况的调研和分析，发现其中能耗较大、使用能源介质较多的是常化酸洗、轧制、连退等工序。其生产过程中主要使用的能源介质有煤气、氮气、压缩空气、氢气、蒸汽、脱盐水、过滤水、循环水和电，其中能耗占比较大的是煤气、氮气、电和水。企业存在各种能源介质的计量点位分散，能源管理比较粗放的问题，希望通过引入能源管理系统，对能源进行精细化管控，通过能源消耗的数据监控和分析，制定节能降耗的改进措施。
1能源管控系统实践方案
为实现新钢新材能源的精细化管控，采取了以下实践步骤:1)建立工业物联网平台。通过建立工业物联网平台，实现生产设备的全面连接和实时异构数据采集。2)跟踪生产过程能耗。基于新钢新材生产工序机组实际情况，研发生产能耗跟踪解决方案，对钢卷在各工序机组生产过程中的能耗进行跟踪。3)开发智能应用软件功能。基于工业物联网平台，开发适用于硅钢生产的精细化能源管理功能，实现生产能源消耗的全流程监控和智能化管理。4)分析挖掘能耗数据。利用大数据分析技术，对生产过程的能耗数据进行分析和挖掘，为节能降耗方案的制定和实施提供科学依据。
2能源管控软件功能实践
2.1能源数据采集
能源精细化管控的前提是能源数据的采集。在新钢新材的能源精细化管理实践中，采用中冶南方自主研发的WISDＲIDiPlant工业物联网平台，对冷轧硅钢产线生产所需的能源介质消耗量进行实时采集。其中煤气、氮气、压缩空气、氢气、蒸汽、脱盐水、过滤水、循环水等能源介质的消耗量通过计量仪表接入了各机组PLC系统，WISDＲIDiPlant工业物联网平台通过SiemensTCP/IP协议进行能源数据采集;各机组电能消耗数据接入了配备了通讯管理机的电力综保系统，WISDＲIDiPlant工业物联网平台通过IEC60870-5-104协议对电力数据进行采集。全厂区11个机组采集能源管理相关点位715个，采集频率为1s，每天采集数据量高达6177．6万个，完全满足能源监控和分析的需要。
2.2钢卷生产过程能耗跟踪
各工序机组的能源消耗可以从采集的能源数据按照时间进行统计和归集，但要实现冷轧硅钢的能源精细化管理，还需要实现钢卷在各工序机组生产过程中能源消耗数据的归集。其难点在于钢卷生产过程的跟踪和钢卷能源消耗的统计方法。在新钢新材的能源精细化管理实践中，针对不同机组，在实现钢卷生产过程跟踪的基础上，采用了不同的钢卷能耗统计方法。
1)常化酸洗和连退机组。常化酸洗和连退机组是连续生产线，钢卷开卷后，通过焊机焊接本钢卷带头和上一钢卷带尾，钢卷以长带方式在产线上连续生产。因为生产线较长，钢卷也有一定长度，钢卷在产线上存在两种情况:1)钢卷开卷后带头上线一段时间，带尾才上线，钢卷带头下线卷取一段时间后，带尾才下线;2)同一时间，产线上存在两个或者两个以上的带钢。这两种情况导致了每个钢卷能源消耗的数据难以归集。
中冶南方和新钢新材对常化酸洗和连退产线上设备分布及能源消耗的情况进行了分析，发现产线上能源消耗主要集中在炉区，能耗大部分集中在煤气、蒸汽和电等介质上。针对以上情况，制定了常化酸洗和连退产线钢卷能源归集的方案:
(1)通过WISDＲIDiPlant工业物联网平台从机组产线L1/L2系统获取实时钢卷生产数据、鞍座钢卷数据、开卷机数据、焊缝监测数据、剪切数据、卷取机数据以及能源介质计量数据;(2)建立焊缝跟踪模型，根据采集的产线数据跟踪钢卷焊缝(带头和带尾)在产线上的实时位置，并计算钢卷长度;(3)确定钢卷能源统计计量位置，根据常化酸洗和连退产线的能耗特点，计量位置定义为产线加热炉炉侯高温计位置;(4)从焊缝跟踪模型获取钢卷带头焊缝和带尾焊缝经过加热炉炉侯高温计位置的时间，并将其作为钢卷在产线上能源消耗统计计量的开始和结束时间;(5)根据钢卷能耗计量的开始和结束时间，从采集的能源介质计量数据中计算获取钢卷的能耗数据;(6)如果钢卷在下卷时进行了分卷，则根据该钢卷带尾焊缝位置跟踪和剪切数据可以计算确定各分卷长度，从而确定此各分卷带尾在原钢卷上的长度位置。根据原钢卷生产过程的带头焊缝位置的跟踪，可以确定此分卷带尾经过加热炉炉侯高温计位置的时间，以此作为此分卷能源计量的结束时间，以及下个分卷能源计量的开始时间，进行分卷能源消耗数据的统计归集。本方案的优点在于降低了连续产线钢卷能源消耗归集的难度，实现了对各钢卷能耗进行近似归集。缺点是以点代线对钢卷的能耗进行归集，精确度不够，这也是需要继续研究优化的地方。
2)轧机和重卷机组。新钢新材采用的是六辊和二十辊单机架轧机，轧机和重卷机组都是非连续生产线，生产线较短，且同时只有一个钢卷在线，其钢卷能源归集的方案相对简单:(1)通过WISDＲIDiPlant工业物联网平台从机组产线L1/L2系统获取实时钢卷生产数据、开卷机数据、剪切数据、卷取机数据以及能源介质计量数据;(2)不分卷时，采用钢卷上卷时间和下卷时间作为钢卷能源统计归集的开始时间和结束时间，从采集的能源介质计量数据中计算获取钢卷的能耗数据;(3)分卷时，分卷的剪切时间作为上个分卷的能源计量结束时间和下个分卷能源计量的开始时间，进行各分卷能源消耗数据的统计归集。
2.3能源消耗分析
在新钢新材的能源精细化管理实践中，主要从工序、机组、钢卷3个层面，对能源消耗进行了分析。在工序和机组层面，按照班、天、月等时间维度对冷轧硅钢每个工序、机组的各种能源介质消耗量分别进行统计，结合工序、机组的产量和能源介质的成本，计算各工序和机组班、天、月的能源介质吨钢消耗量和吨钢成本，通过同工序不同机组、同机组不同钢种不同时间等方式的统计和对比分析，得出合理能耗指标，标定异常能耗，为用户进一步分析导致异常的根本原因提供依据。
在钢卷层面，分析维度进一步细化，从钢卷的钢种牌号和工艺速度等方面进行能源介质吨钢消耗量和吨钢成本的统计和对比分析，可以找出性价比最高的钢种，发现钢卷生产过程的能耗异常，为分析钢卷质量缺陷原因提供依据。同时，系统还对钢卷全流程的能源消耗进行了统计和分析，实现了成品钢卷能源成本的归集。
为了方便各种能介的消耗统计和对比，系统对各种能介的耗量进行了折标煤换算，从而实现了工序、机组、钢卷总能耗的统计和对比分析;对各种能源介质的碳排放系数进行了配置，从而统计计算了工序、机组、钢卷的碳排放量;对电能的峰平谷尖时段及电价进行了配置，从而统计计算工序、机组、钢卷在不同时段的电力能耗和成本。
2.4能源消耗管理
在新钢新材的能源精细化管理实践中，能源消耗管理主要有4个方面，即能源指标管理、能源预测、能源和生产的协同以及能源优化。
1)能源的指标管理。系统建立能源指标管理模型，从MES系统获取钢卷质量信息，对每个月、季度生产的质量良好的钢卷进行抽样统计，针对各工序机组不同钢种牌号和工艺速度，分别进行各种能源介质吨钢消耗的综合统计分析，从而比较分析确定钢卷在不同条件下各种能源介质的标准吨钢能耗。
2)能源的预测。系统建立能源预测管理模型，从MES系统获取各工序机组钢卷的生产计划和停机检修计划，根据钢卷的钢种牌号、生产时间和预计的工艺速度，以及确定的能源指标，考虑钢种切换的过渡卷，计算预估每班或者每天的能源预计消耗量。帮助能源供给部门制定能源供给计划，优化能源调度方案。
3)能源和生产的协同。在实际生产中，系统自动对比生产实际能源的消耗量和标准能耗指标，标定能源介质吨钢消耗异常的钢卷，并展示钢卷生产过程中能源介质相关参数在钢卷长度维度和生产时间维度的变化趋势，为钢卷生产控制和质量的异常分析提供数据支撑。不同钢卷生产所需能源介质的吨钢能耗作为生产排产的一个影响因素，传输给MES系统，优化生产计划，避免切换钢种时出现较大能源波动。根据能源指标，生产管理部门制定能源消耗考核指标，系统自动统计分析各班组能耗考核完成情况。
4)能源优化。通过对同工序不同机组之间相同钢种各种能源介质吨钢能耗的对比分析，机组内不同钢种间相同能源介质吨钢能耗的对比分析，机组内相同钢种各种能源介质吨钢能耗的对比分析等，系统自动标定各种能源介质消耗较高的机组和钢种，提供钢卷生产过程中能耗相关参数变化历史数据，帮助生产管理人员分析能源消耗高的原因，从而提出针对性的优化措施，提高能源的利用率，节能降耗。
2.5能源质量管理
在新钢新材的能源精细化管理实践中，系统对能源供给的质量进行了监管，主要分为4个步骤:首先，梳理了钢卷生产过程中，各种能源介质质量的关键参数，如煤气的流量、压力、温度以及煤气中硫化氢含量，氮气、氢气的流量、压力、温度以及纯度，压缩空气、蒸汽、水的流量、压力、温度等。系统实时采集此类参数数据，并跟踪钢卷的生产过程，将时序数据和钢卷物料数据进行匹配，建立钢卷生产时序数据集合。其次，制定能源质量控制的边界条件，以及超出边界条件可能对生产的影响。然后，针对每种情况，制定预防处理措施。最后，在钢卷生产过程中，系统实时监控能源质量，当能源质量超出边界条件时，发送能源质量报警信息并提示处理措施。如能源质量不达标，提示生产降速，按照低温低速工艺执行，或上调整材以及及时停机等等，以降低损失;同时在能源供给方面，提示加大流量、提高温度或者压力等，尽快提高能源质量，保证生产顺利进行。
经过一段时间的实践，新钢新材的能源精细化管理系统取得了良好的效果。具体表现在以下几个方面:1)能源消耗得到有效控制。通过生产能耗的监测和管理，新钢新材对电力、煤气、氢气、氮气、压缩空气和水等能源的消耗异常情况进行了分析处理，降低了能源消耗量，能源供给更加平稳，实现节能降耗。2)能源利用效率得到提高。通过生产能耗的对比分析，找出高能耗节点，制定能源管理方案和改进措施，新钢新材的能源利用效率得到提高。3)能源质量得到有效控制。通过能源质量的监控和处理措施的提醒，降低了生产损失，能源质量控制的效果明显提升。
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