冶金自动化研究设计院（以下简称“自动化院”）创建于 1973 年，是工业自动化领
冶金自动化研究设计院（以下简称“自动化院”）创建于 1973 年，是工业自动化领域大型研发机构，拥有国家重点实验室、国家工程实验室、国家工程技术研究中心科研平台。其大功率交流变频调速、智能控制、现场总线、信息化、余热余能回收利用、交流伺服装置、冶金专用仪表、大型液压伺服缸及伺服系统、弹性胶体等技术在国内具有领先优势，相关工程和产品广泛应用于冶金、机械、电力、建材、能源、军工等行业，遍及全国29 个省、市、自治区。
江苏XX集团有限公司（以下简称“XX”）是目前国内最大的电炉钢和优特钢生产基地，也是江苏省重点企业集团、国家特大型工业企业。主导产品“XX”牌宽厚板、热轧卷板、高速线材、大盘卷线材、带肋钢筋等已形成数十个系列和300 多个品种。目前，公司拥有总资产 1050亿元，职工 17000 余名，年产铁、钢、材的能力分别为 1810 万吨、2160 万吨和 2225万吨。
早在 2006年，自动化院就为XX建设了能源管理中心，实现了企业能源生产、输配和消耗的动态监控和管理。2013 年起，XX投资上亿元逐步完善了能源计量仪表。在此基础上，2015 年自动化院为XX全面升级了能源环保管理系统，建立了能源环保大数据平台，普遍提升了数据分析挖掘和应用水平，使XX获得了可观的经济和社会效益，为钢铁企业能源中心的升级指明了方向。
业务痛点
由于行业产能过剩、竞争日趋激烈，钢铁企业的成本压力越来越大；应对气候变化、治理大气污染，钢铁企业的节能减排压力也越来越大。主要面临如下问题和机遇：
1）工艺节能、设备节能潜力下降，投资收益率降低钢铁企业陆续进行了设备大型化、现代化改造，普遍采用了变频节电、TRT、干熄焦发电、余热发电、高炉大喷煤等技术，通过技术改造实现节能降耗的潜力越来越小，投资收益率越来越低。
2）能源管理较粗放，科学化、定量化过程管理能力不足
长期以来，钢铁企业形成了生产为主、能源为辅的管理理念。能源管理较为粗放，表现为：能效指标体系缺乏系统支撑，对节能潜力点挖掘不足，数据不真实掩盖了问题；节能管理搞运动、一阵风，缺乏信息系统的监督、科学评价，节能管理的成果难以持久；能源信息分散、共享程度不足，使得公司能源管理、分厂能源管理各行其道，未形成上下贯通、全员参与的局面；能源调度决策缺乏模型支持，调度人员难以进行预先的、精确的调整。
3）管理节能潜力巨大
钢铁企业设计时大马拉小车问题突出，能源供应超出实际需求，检修期间浪费更加严重，降低介质单耗潜力大；大工业用电按照峰平谷分时计价，峰电价一般为谷电价3 倍，避峰就谷生产的经济效益十分显著；蒸汽管网保温不合理、阻力损失大、跑冒滴漏等造成管损比例大；一边外购天然气，一边放散煤气，一边外购技术气体，一边开着低效的空压机组等等。在严峻的形势面前，钢铁企业唯有利用大数据技术提升能源管理科学化水平，降低能耗和能源成本才能立于不败之地。
数据来源
XX能源管理环保数据有三大类：
1）计量仪器仪表、环保数采仪等机械数据能源计量仪表共约 1500块，数据更新频率每秒一次。其中，含天然气、煤气、氧氮氩、压缩空气、蒸汽、水等非电介质计量仪表约 900块：主要采集压力、瞬时流量、累积流量。电表约 600 块：主要采集有功功率、峰平谷总有功电量。环保数采仪约25 套，数据更新频率每分钟一次，其中烟尘数采仪主要采集 SO2、NOx、O2、烟尘、温度、压力、流量，废水数采仪主要采集 PH、COD、TOC、氨氮、总磷、流量、累积流量。
2）检化验、产量等业务数据
检化验数据包括煤气化验成分、热值，氧氮氩纯度、水质等，数据更新频率每班一次；产量数据包括所有车间每日产品及副产品产量，数据更新频率每日一次。
3）标体系计算数据
在原始数据的基础上，系统需要计算各种能源环保指标数据，包括峰平谷用电比、介质平衡率、介质单耗、单位能耗、总能耗、综合能耗、设备峰平谷总运行率、排放达标率、计划命中率等，这些数据归口粒度分为分厂、车间、重点设备三级，计算频度分为每班、每日、每月，计算数据量约为采集数据量3 倍。
实时监控、日常管理、财务核算对数据的频度要求不同，数据在存档时有不同时间粒度（秒、分、时、班、日、月）等、不同类型（原始值、差值、修正值、平衡值等）的多个存档点。截至2016 年 12 月，系统标签数量 7300个，存档点数 35000 个，秒级数据压缩后保存 1 年，环保数据保存 3 年，其它数据保存 10年以上，系统的总数据量在 200 亿条以上。
技术方案
XX能源管理大数据应用以实时数据与业务数据融合为基础，集实时数据库与关系数据库功能于一身，打造数据平台。进而提供了丰富的业务分析与数据应用功能，也别是节能管理专项工具集，多介质预测调度模型，大幅提升了能源管理水平。
XX能源管理大数据技术架构
1）实时数据与业务数据高效一体化管理自动化院开发的能源大数据平台软件，实现了实时数据高效采集、异常过滤、压缩、多时间尺度存档；采用能流网络模型对数据进行再组织，使能源管理应用有了统一的语义环境；动态属性计算技术使指标能够在查询时由计量数据不落计算出来，根本上保证了数据真实性；针对通讯故障造成的数据错误设计了自动修复机制，代替了人为修复工作，保障了数据质量。
2）钢铁企业节能管理特色工具集
针对余热余能回收与发电，提供了转炉煤气回收跟踪管理、发电机组效率跟踪管理功能；针对避峰生产，提供了车间峰平谷用电统计分析、煤气柜移谷填峰发电跟踪管理、设备（如原料输送皮带）峰平谷总运行率管理、车间避峰补水管理等功能；针对介质损耗，提供了每班计量平衡率统计分析功能，帮助发现跑冒滴漏以及仪表故障；针
对过度供能，提供了车间、重点设备介质单耗统计分析、对标管理。
3）多介质预测调度技术，提升能源调度智能化水平
自动化院研发了工况组合预测技术、多介质协调调度技术，实现了煤气-蒸汽-电多介质协调调度，可以根据生产计划、设备检修及故障信息生成调度方案，指导调度人员进行预先、精确的调度调整，降低了管网压力波动，降低煤气放散；优化发电机组煤气分配，同等条件下多发电；安排煤气柜谷段充气、峰段发电。
大数据平台采用内容为王的理念，突出数据弱化功能模块，为公司、分厂、车间、职能部门提供了500 余个分析表格，为所有数据点提供了趋势曲线，简单实用，深受用户青睐。
应用效益
1）经济效益
2016 年，XX通过大数据应用提升能源管理水平，获得了 3.49 亿元经济效益。
①吨钢转炉煤气回收增加 20m3，经济效益9945 万元
通过系统对四个转炉炼钢车间吨钢转气回收指标进行每日管控，吨钢转气回收率从 112m3/t 提高到 132m3/t，热值从 7200kJ/m3下降到6950 kJ/m3。按照 1600 万吨转炉炼钢量计算，相当于多回收热量177.6 万 GJ。按照自发电效率 12500kJ/kWh、外购电0.7 元/kWh 计算，此项经济效益为 9945 万元；
②峰电比降低 2.3%，经济效益为9660 万元
通过系统对电炉轧钢冲击负荷避峰用电、煤气柜移谷发电、原料输送皮带避峰运行、车间避峰补水等削峰填谷专项进行管理，使公司总的峰电比下降2.3%（从33.3%下降到31%），谷电比相应上升2.3%，峰谷电价差 0.6 元/kWh，年外购电量70 亿 kWh，此项经济效益为
9660 万元；
③蒸汽管损下降了 50t/h，经济效益为5256 万元
通过系统随时跟踪蒸汽系统计量平衡率，发现跑冒滴漏后更换了 500 个疏水阀，增加一段联通管，使蒸汽管损下降了 50t/h，按照每吨120 元计算，经济效益为 5256 万元；
④少开5 台制氧机组，经济效益为 10000 万元通过系统跟踪氮气单耗和压力变化，在满足工艺需求的前提下降低管网压力，停开了5 台 20000m3/h 制氧机组，每台机组节约 2000 万元用电成本，此项经济效益为 10000万元。
2）社会效益
通过大数据应用，2016 年XX综合能耗水平显著下降50%以上。
域大型研发机构，拥有国家重点实验室、国家工程实验室、国家工程技术研究中心科研平台。其大功率交流变频调速、智能控制、现场总线、信息化、余热余能回收利用、交流伺服装置、冶金专用仪表、大型液压伺服缸及伺服系统、弹性胶体等技术在国内具有领先优势，相关工程和产品广泛应用于冶金、机械、电力、建材、能源、军工等行业，遍及全国29 个省、市、自治区。
江苏XX集团有限公司（以下简称“XX”）是目前国内最大的电炉钢和优特钢生产基地，也是江苏省重点企业集团、国家特大型工业企业。主导产品“XX”牌宽厚板、热轧卷板、高速线材、大盘卷线材、带肋钢筋等已形成数十个系列和300 多个品种。目前，公司拥有总资产 1050亿元，职工 17000 余名，年产铁、钢、材的能力分别为 1810 万吨、2160 万吨和 2225万吨。
早在 2006年，自动化院就为XX建设了能源管理中心，实现了企业能源生产、输配和消耗的动态监控和管理。2013 年起，XX投资上亿元逐步完善了能源计量仪表。在此基础上，2015 年自动化院为XX全面升级了能源环保管理系统，建立了能源环保大数据平台，普遍提升了数据分析挖掘和应用水平，使XX获得了可观的经济和社会效益，为钢铁企业能源中心的升级指明了方向。
业务痛点
由于行业产能过剩、竞争日趋激烈，钢铁企业的成本压力越来越大；应对气候变化、治理大气污染，钢铁企业的节能减排压力也越来越大。主要面临如下问题和机遇：
1）工艺节能、设备节能潜力下降，投资收益率降低钢铁企业陆续进行了设备大型化、现代化改造，普遍采用了变频节电、TRT、干熄焦发电、余热发电、高炉大喷煤等技术，通过技术改造实现节能降耗的潜力越来越小，投资收益率越来越低。
2）能源管理较粗放，科学化、定量化过程管理能力不足
长期以来，钢铁企业形成了生产为主、能源为辅的管理理念。能源管理较为粗放，表现为：能效指标体系缺乏系统支撑，对节能潜力点挖掘不足，数据不真实掩盖了问题；节能管理搞运动、一阵风，缺乏信息系统的监督、科学评价，节能管理的成果难以持久；能源信息分散、共享程度不足，使得公司能源管理、分厂能源管理各行其道，未形成上下贯通、全员参与的局面；能源调度决策缺乏模型支持，调度人员难以进行预先的、精确的调整。
3）管理节能潜力巨大
钢铁企业设计时大马拉小车问题突出，能源供应超出实际需求，检修期间浪费更加严重，降低介质单耗潜力大；大工业用电按照峰平谷分时计价，峰电价一般为谷电价3 倍，避峰就谷生产的经济效益十分显著；蒸汽管网保温不合理、阻力损失大、跑冒滴漏等造成管损比例大；一边外购天然气，一边放散煤气，一边外购技术气体，一边开着低效的空压机组等等。在严峻的形势面前，钢铁企业唯有利用大数据技术提升能源管理科学化水平，降低能耗和能源成本才能立于不败之地。
数据来源
XX能源管理环保数据有三大类：
1）计量仪器仪表、环保数采仪等机械数据能源计量仪表共约 1500块，数据更新频率每秒一次。其中，含天然气、煤气、氧氮氩、压缩空气、蒸汽、水等非电介质计量仪表约 900块：主要采集压力、瞬时流量、累积流量。电表约 600 块：主要采集有功功率、峰平谷总有功电量。环保数采仪约25 套，数据更新频率每分钟一次，其中烟尘数采仪主要采集 SO2、NOx、O2、烟尘、温度、压力、流量，废水数采仪主要采集 PH、COD、TOC、氨氮、总磷、流量、累积流量。
2）检化验、产量等业务数据
检化验数据包括煤气化验成分、热值，氧氮氩纯度、水质等，数据更新频率每班一次；产量数据包括所有车间每日产品及副产品产量，数据更新频率每日一次。
3）标体系计算数据
在原始数据的基础上，系统需要计算各种能源环保指标数据，包括峰平谷用电比、介质平衡率、介质单耗、单位能耗、总能耗、综合能耗、设备峰平谷总运行率、排放达标率、计划命中率等，这些数据归口粒度分为分厂、车间、重点设备三级，计算频度分为每班、每日、每月，计算数据量约为采集数据量3 倍。
实时监控、日常管理、财务核算对数据的频度要求不同，数据在存档时有不同时间粒度（秒、分、时、班、日、月）等、不同类型（原始值、差值、修正值、平衡值等）的多个存档点。截至2016 年 12 月，系统标签数量 7300个，存档点数 35000 个，秒级数据压缩后保存 1 年，环保数据保存 3 年，其它数据保存 10年以上，系统的总数据量在 200 亿条以上。
技术方案
XX能源管理大数据应用以实时数据与业务数据融合为基础，集实时数据库与关系数据库功能于一身，打造数据平台。进而提供了丰富的业务分析与数据应用功能，也别是节能管理专项工具集，多介质预测调度模型，大幅提升了能源管理水平。
XX能源管理大数据技术架构
1）实时数据与业务数据高效一体化管理自动化院开发的能源大数据平台软件，实现了实时数据高效采集、异常过滤、压缩、多时间尺度存档；采用能流网络模型对数据进行再组织，使能源管理应用有了统一的语义环境；动态属性计算技术使指标能够在查询时由计量数据不落计算出来，根本上保证了数据真实性；针对通讯故障造成的数据错误设计了自动修复机制，代替了人为修复工作，保障了数据质量。
2）钢铁企业节能管理特色工具集
针对余热余能回收与发电，提供了转炉煤气回收跟踪管理、发电机组效率跟踪管理功能；针对避峰生产，提供了车间峰平谷用电统计分析、煤气柜移谷填峰发电跟踪管理、设备（如原料输送皮带）峰平谷总运行率管理、车间避峰补水管理等功能；针对介质损耗，提供了每班计量平衡率统计分析功能，帮助发现跑冒滴漏以及仪表故障；针
对过度供能，提供了车间、重点设备介质单耗统计分析、对标管理。
3）多介质预测调度技术，提升能源调度智能化水平
自动化院研发了工况组合预测技术、多介质协调调度技术，实现了煤气-蒸汽-电多介质协调调度，可以根据生产计划、设备检修及故障信息生成调度方案，指导调度人员进行预先、精确的调度调整，降低了管网压力波动，降低煤气放散；优化发电机组煤气分配，同等条件下多发电；安排煤气柜谷段充气、峰段发电。
大数据平台采用内容为王的理念，突出数据弱化功能模块，为公司、分厂、车间、职能部门提供了500 余个分析表格，为所有数据点提供了趋势曲线，简单实用，深受用户青睐。
应用效益
1）经济效益
2016 年，XX通过大数据应用提升能源管理水平，获得了 3.49 亿元经济效益。
①吨钢转炉煤气回收增加 20m3，经济效益9945 万元
通过系统对四个转炉炼钢车间吨钢转气回收指标进行每日管控，吨钢转气回收率从 112m3/t 提高到 132m3/t，热值从 7200kJ/m3下降到6950 kJ/m3。按照 1600 万吨转炉炼钢量计算，相当于多回收热量177.6 万 GJ。按照自发电效率 12500kJ/kWh、外购电0.7 元/kWh 计算，此项经济效益为 9945 万元；
②峰电比降低 2.3%，经济效益为9660 万元
通过系统对电炉轧钢冲击负荷避峰用电、煤气柜移谷发电、原料输送皮带避峰运行、车间避峰补水等削峰填谷专项进行管理，使公司总的峰电比下降2.3%（从33.3%下降到31%），谷电比相应上升2.3%，峰谷电价差 0.6 元/kWh，年外购电量70 亿 kWh，此项经济效益为
9660 万元；
③蒸汽管损下降了 50t/h，经济效益为5256 万元
通过系统随时跟踪蒸汽系统计量平衡率，发现跑冒滴漏后更换了 500 个疏水阀，增加一段联通管，使蒸汽管损下降了 50t/h，按照每吨120 元计算，经济效益为 5256 万元；
④少开5 台制氧机组，经济效益为 10000 万元通过系统跟踪氮气单耗和压力变化，在满足工艺需求的前提下降低管网压力，停开了5 台 20000m3/h 制氧机组，每台机组节约 2000 万元用电成本，此项经济效益为 10000万元。
2）社会效益
通过大数据应用，2016 年XX综合能耗水平显著下降50%以上。
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