Переход от локальных систем учета ТЭР к общезаводской системе управления энергообеспечения

Энергоресурсы и потребности в автоматизации учета

ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» на всех стадиях технологического процесса использует электроэнергию, природный газ, сжатый воздух, воду и пар, азот, кислород, аргон. Значительны и объемы потребления энергетических ресурсов промышленной площадки комбината — природный газ – 560 тыс. м3/час, электроэнергии — 790 МВт, коксовый, доменный газ – 250 и 1600 тыс. м3/час соответственно, пар — 700 т/час. В затратах ММК на производство товарной продукции доля энергоресурсов составляет значительную часть, поэтому ясно, что оптимизация потребления энергоресурсов влияет на повышение экономических  показателей  работы  всего  предприятия.  Наличие  большого  числа энергоресурсов, многообразного комплекса структур энергетики и технологии требует централизованной системы сбора, обработки, анализа и управления энергопотоками. Решение такой глобальной для предприятия экономической задачи невозможно без автоматизированного контроля и учета всех видов энергии.

Система АСУ «Энерго»: начальный этап

Для эффективного управления энергопотреблением на ОАО «ММК» в середине 90-х годов, была создана автоматизированная система управления энергоснабжением комбината — АСУ «Энерго», осуществлявшая в режиме реального времени следующие функции:

• сбор информации о потреблении энергоресурсов основными объектами комбината;
• представление оперативной информации на мнемосхемах технологическому персоналу цехов, энергодиспетчеру и другим пользователям;
• приведение измеренных расходов энергоносителей к нормальным условиям, согласно требованиям стандартов;

Основой для АСУ «Энерго» стал комплекс технических и программных средств (КТС)

«Энергия». КТС «Энергия» введена в эксплуатацию с 1996г. Она полностью отвечала поставленным задачам развития технологии внутрихозяйственного учета энергоресурсов на предприятии (электроэнергии, тепла, пара, топливных и инертных газов, химически очищенной воды и др.). Для своего времени эта система имела прогрессивный характер и предопределила организационно-технический прорыв по диспетчеризации энергопотоков в системах заводского энергоснабжения. Комплексом «Энергия» охватывались измерительные узлы 12 газораспределительных пунктов природного газа, 3 заводских электростанций, 22 электроподстанций и 30 объектов теплоснабжения.

Выявленные недостатки системы «Энергия»

В процессе ее эксплуатации, которая продолжалась на протяжении 10 лет, выявлены следующие слабые места системы.

Для создания одного канала передачи информации от устройства сбора данных (УСД), размещенного в узле измерения, до специализированного вычислительного комплекса (СВК), размещенного в диспетчерском центре, занятого сбором, обработкой и накоплением статистического материала требуется проводная пара. Чаще всего, для этой цели используются провода телефонной сети, которые должны быть выведены из совместной работы с устройствами коммутации со скользящим контактом и соединены в выделенные пары. Если счет телефонных линий с таким назначением идет на десятки, то создание инфраструктуры для передачи данных в АСУ не вызывает затруднений. Проблема возникает и обостряется вплоть до ограничения объемов абонентной телефонизации, когда потребность в выделенных парах вырастает до нескольких сотен и тысяч. Поэтому для ее решения в пределах территории промышленной площадки ОАО «ММК» уже требовались крупные капитальные вложения в кабельную продукцию и другие технические средства проводной связи.

УСД типа Е-443, Е-443М (производитель ПО «Старт», г. Пенза), являющиеся первичным оборудованием КТС «Энергия», не ведут архивы информации. Следовательно, длительные отказы в работе каналов связи и СВК при отсутствии архивов данных в оборудовании, размещенном в узле измерения, сопровождаются невосполнимыми потерями профиля графика регистрируемых параметров потребляемого энергоносителя. Невозможность хранения данных в УСД расценивается нами как серьезный недостаток для автоматизированной системы учета в целом, поскольку пробелы в учетных данных затрудняют анализ и управление энергоснабжением предприятия.

Существовали технические ограничения на количество используемых плат ввода информации в СВК. Число входных каналов у платы ввода, в свою очередь, также строго фиксировано. Поэтому размеры базы данных и пропускная способность входного сечения СВК, представленного платами ввода, явились непреодолимым препятствием для расширения сферы охвата систем энергоснабжения комплексом «Энергия».

В процессе эксплуатации также выявились недостатки по некоторым декларируемым возможностям специализированного программного обеспечения. Например, его встроенный графический редактор весьма беден и существенно уступает иным системам SCADA в разнообразии графической символики и цветовой гаммы для представления содержащейся в СВК информации на мнемосхемах и графиках.

Причины модернизации системы

Как следствие, КТС «Энергия» по состоянию на 2004-05г.г. уже не отвечала новым поставленным задачам, не могла исполнять дополнительно возлагаемые на нее назначения и функции.

Реалии текущего периода требовали не просто учесть выработку и потребление тех или иных энергоресурсов. Требовалось вести мониторинг данных в темпе с технологией и производством, чтобы переходить к задачам учета по местам возникновения затрат (МВЗ) и формирования балансовых данных по крайней мере не позднее утра за прошедшие сутки. Те, кто сталкивался с такими задачами на крупных организациях, с разноплановым производством, наличием различных организационных структур на промплощадке, может представить всю сложность работы.

Создание и архитектура АСУ «Энергоучет»

Начатая модернизация в 2005 году модернизация АСУ «Энерго» позволила создать АСУ «Энергоучет». Реконструируемая АСУ «Энергоучет» позволила обеспечить:

• оперативный сбор и подготовку данных о технических и учетных параметрах энергоснабжения и энергопотребления;
• диспетчерский контроль объемов поставки, выработки и потребления основных энергоресурсов, регистрацию технологических параметров энергоносителей, отслеживание регламентных режимов работы силового энергооборудования и сетей комбината, координирующий обмен оперативной информацией об энергоносителях между диспетчерскими службами энергоцехов;

• расчет баланса выработки и потребления ТЭР;
• предоставление «Корпоративной информационной системе ОАО «ММК» исходных данных для учета конечных затрат ТЭР по местам их возникновения.

Созданная АСУ «Энергоучет» охватила все агрегаты и газопроводы предприятия. Основой информационной системы служит сертифицированный отечественный программно- технический комплекс «ЭКОМ-3000» (производитель ООО «Прософт-Системы», г.Екатеринбург). Прежний парк первичных измерительных приборов, установленных в узлах учета,  заменен  на  современные  высокоточные  счетчики  расхода  RVG  (ООО

«ЭльстерГазэлектроника», г. Арзамас), PhD, V-bar (EMCO FlowSystems, США), датчики разности давлений газов EJA (Yokogawa, Япония), Метран 100 ДД (ДИ), Метран 300ПР (ЗАО «ПГ «Метран», г. Челябинск) и др.

Программно-технические уровни новой системы

На первом уровне располагается программно-технический комплекс сбора данных, состоящий из датчиков, счетчиков и контроллеров-вычислителей. Здесь производятся измерения технологических параметров энергоносителя. Исходная информация непрерывно обрабатывается контроллерами-вычислителями. Они, кроме того, формируют с определенной дискретностью цифровые значения, осуществляют временное хранение и передачу на вышестоящий уровень (часовые расходы).

Технические средства второго уровня образуют три взаимосвязанные подсистемы с общим назначением, заключающимся в первичной обработке учетной информации, ее интеграции по потребительской принадлежности и хранении.

Подсистема «сбора и обработки» контролирует целостность поступающих данных, протоколирует все события, происходящие в ее сфере обслуживания, готовит и рассылает уведомления ответственным лицам о предаварийных состояниях и аварийных событиях. Подсистема гарантирует считывание архивов с контроллеров после восстановления ранее потерянной с ними связи. Передача данных при этом организована по принципу отслеживания наличия долгов у вычислителя перед сервером опроса с последующим повторным забором отсутствующего фрагмента информации. Глубина хранения архивов в вычислителе равна 30 суткам. Если сервер опроса не может самостоятельно восстановить данные в течение указанного времени, то информация переносится с вычислителя в его базу при помощи ноутбука.

Подсистема «диспетчерского наблюдения и управления» занимается отображением значений технологических параметров, лимитов потребления и выработки ТЭР на мнемосхемах, графиках, в таблицах и т.д. Она имеет клиент-серверную архитектуру, реализованную на основе программных продуктов фирмы Wonderware. Серверная часть подсистемы состоит из сервера приложений, сервера оперативной базы данных и Web-сервера. Здесь осуществляется обмен информацией с подсистемой сбора и обработки данных, хранятся оперативные данные, предоставляются ретроспективные тренды и тренды реального времени, заполняются отчетные формы для клиентов, организуется доступ к данным через Web- интерфейс. Клиентская часть объединяет АРМы оперативного контроля – рабочие места диспетчеров и технологического персонала подразделений Управления главного энергетика ОАО «ММК».

Подсистема «промышленная база данных», выполненная на сервере базы данных — Industrial SQL, реализует потоковый механизм записи и распределения, приема и долговременного хранения учетных данных, а также предоставляет SQL доступ к данным, хранящимся в реляционном формате. Взаимодействие системы оперативного (диспетчерского) контроля и учетной системы расположенной на третьем уровне осуществляется с помощью сертифицированных технических и программных средств.

Обработка данных на третьем уровне АСУ «Энергоучет» сводится к приданию им типовых форм заводского документооборота для прямого использования в анализе и принятии управленческих решений, а также в подготовке бухгалтерской отчетности. Здесь особый интерес вызывает автоматизация операций по составлению балансов выработки и потребления ТЭР на комбинате за отчетный период. Инженером бюро балансов Центра энергосберегающих технологий ОАО «ММК» составляется логическая схема баланса на основании информации о фактической схеме распределения ТЭР между потребителями. Эта схема изображается на экране монитора в виде графических символов объектов учета, рис. 3.

Во всех последующих расчетах баланса она автоматически наполняется учетными данными об энергоносителе и паспортными данными об объектах учета из служебных справочников. В алгоритме баланса представлены также эксплуатационные и нерациональные потери массы и энергии ТЭР в инженерных сетях комбината и его абонентов. Объемы энергопотребления объекта утверждаются при допустимой величине разбаланса. Если разбаланс выходит за границы, что автоматически определяется на основе запрограммированных алгоритмов с отображением на мнемосхемах, выясняются причины и выявляется потребитель, который виновен в этом и несет материальную ответственность за потери энергоносителя. Общая структура созданной системы представлена на рис. 4.

Преимущества внедрения АСУ «Энергоучет»

Благодаря новым возможностям в области информационных технологий, реализацияданной версии системы АСУ «Энергоучет» на ОАО «ММК»позволила получить ряд преимуществ:

• масштабируемость системы от контроллера до диспетчерской за счет информационной инфраструктуры, обеспечившей информационную систему «Энергоучет» линиями связи от первичных датчиков до серверов обработки и с корпоративной информационной системой ОАО «ММК». Данная тема требует рассмотрения на отдельных страницах публикаций. Но именно ее наличие и дальнейшая модернизация в рамках проекта АСУ «Энергоучет» позволило в короткие сроки сделать АСУ «Энергоучет» информационно – распределительной системой, интегрированной со смежными корпоративными информационными ресурсами;
• полный межцеховой автоматический сбор данных за счет изменения технологии сбора и обработки учетной информации. Из состава ее носителей полностью выведены диаграммы самопишущих приборов, недостатки которых общеизвестны. Данные об энергопотреблении и режимных параметрах энергоносителей поступают в темпе реального времени непосредственно на автоматизированные рабочие места специалистов Центра энергосберегающих технологий, электростанций, цехов и отделов Управления главного энергетика, а в виде отчетов — распространяются по корпоративной информационной сети комбината среди специалистов технического, финансового, экономического управлений и служб бухгалтерского учета ОАО «ММК»;

• существенное сокращение времени на формирование ежесуточных балансов с одновременным повышением достоверности и точности учета энергоресурсов, в два раза сократилось время подготовки отчетных документов. Итоговые отчеты сдаются второго числа месяца, следующего за отчетным. Оперативные сведения о топливно-энергетических балансах передаются в корпоративную информационную сеть «Энергетика» на следующий день после отчетных суток. Творческая аналитическая работа специалистов пришла на смену низко квалифицированному труду обработчика диаграмм;
• автоматизация учета по МВЗ, комплексный и масштабируемый подход дал возможность организовать по агрегатный учетный расход энергоресурсов на вновь вводимых агрегатах. Появилась возможность организовать по агрегатное нормирование энергопотребления;

Одновременное использование первичного оборудования с внутренней памятью на всех уровнях сбора и передачи информации с имеющимися методиками учета на ММК, позволило исключить влияние на сведение балансов проблем с линиями связи, т.к. доставка данных поддерживается на аппаратно-программном уровне, обеспечивая гарантированную доставку либо расчет по заданному алгоритму;

Создание общекомбинатовской системы учета энергоресурсов позволило унифицировать парк измерительных приборов;

Эксплуатация АСУ «Энергоучет» в 2006г. обусловила сокращение потребления природного газа на промышленные цели на 48 млн. м3, снижение потерь доменного газа на 131 млн. м3 и коксового газа – на 1 млн.м3. расхода химически-очищенной воды на подпитку тепловых сетей сократился на 630 тыс. м3 в год , потерь кислорода на 21,4 млн.м3 Подтвержденная годовая экономия денежных средств за счет рационального использования топливных газов в горно- металлургических и энергетических технологиях комбината составила 144,3 млн. руб.

За период с 2004 по 2006 года в общезаводскую систему АСУ «Энергоучет» подключены 491 узел учета по таким энергоносителям как, природный газ, доменный и коксовый газ, пар, азот, водород, технический кислород, химочищенная вода, сжатый воздух.

В период с 2006 по 2010 годы в систему добавились еще 434 узла учета по технической, деминерализованной и теплофикационной воде, а также данные с 3567 счетчиков электрической энергии. Созданная программно-техническая платформа системы позволила сконцентрировать внимание на вопросах технического подключения данных на уровне контролируемых пунктов сбора, дальнейшее их «прохождение» внутри системы осуществляется автоматически после конфигурирования источников и приемников данных.

Можно констатировать, что принятая в 2004 году концепция развития АСУ «Энергоучет» оказалась верной и в техническом и в методической плане.

Авторы статьи

• Геннадий Викторович Чернышев — Начальник специализированной лаборатории систем управления энергохозяйством ЦЭТЛ. ОАО “Магнитогорский металлургический комбинат»
• Владимир Николаевич Михайловский — Заместитель начальника центра энергосберегающих технологий. ОАО “Магнитогорский металлургический комбинат».
• Сергей Вячеславович Казаков — Старший менеджер отдела автоматизации. ООО «ММК-Информсервис»
• Юрий Николаевич Волщуков — директор ООО «Парадокс», кандидат технических наук, доцент по направлению ИТ
• Евгений Николаевич Ишметьев — Директор по стратегическому развитию ЗАО «Консом СКС». Доктор технических наук.
• Алексей Валерьевич Романенко — Технический директор ЗАО «Консом СКС»