1.引言

1.1. 概述

       在我國的能源消耗中，工業(yè)是我國能源消耗的大戶，能源消耗量占全國能源消耗總量的70%左右，而不同類型工業(yè)企業(yè)的工藝流程、裝置情況、產(chǎn)品類型、能源管理水平對能源消耗都會產(chǎn)生不同的影響。建設(shè)一個全廠級集中統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)可以在線采集、計算、分析及處理能源數(shù)據(jù)，對能源物料平衡、調(diào)度與優(yōu)化、能源設(shè)備運(yùn)行與管理等方面發(fā)揮重要作用。

       能源管理系統(tǒng)（簡稱EMS）是企業(yè)信息化系統(tǒng)的一個重要組成部分，因此在企業(yè)信息化系統(tǒng)的架構(gòu)中，把能源管理作為MES系統(tǒng)中的一個基本應(yīng)用構(gòu)件，成為大型企業(yè)自動化和信息化的重要組成部分。

1.2 整體需求分析

       企業(yè)希望能夠采用先進(jìn)的自動化、信息化技術(shù)建立能源管理調(diào)度中心，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集——過程監(jiān)控——能源介質(zhì)消耗分析——能耗管理等全過程的自動化、高效化、科學(xué)化管理。把能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析與管理。其中包括能源生產(chǎn)管理統(tǒng)計報表、平衡分析、實績管理、預(yù)測分析等。實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度全廠能源系統(tǒng)。優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、高效利用能源，提高環(huán)保質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

2. 設(shè)計內(nèi)容與原則

2.1設(shè)計內(nèi)容

★自動化系統(tǒng)

能源管控中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及設(shè)備系統(tǒng)

能源管控中心軟硬件平臺系統(tǒng)

能源系統(tǒng)各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

調(diào)度及操作人員所需的人機(jī)界面系統(tǒng)

設(shè)備冗余，安全監(jiān)測系統(tǒng)

歷史數(shù)據(jù)海量存儲及分析系統(tǒng)

★輔助系統(tǒng)

能源系統(tǒng)視頻安全監(jiān)控

能源系統(tǒng)配套報警系統(tǒng)

能源系統(tǒng)大屏幕顯示系統(tǒng)

2.2設(shè)計原則

★完善能源信息的采集、存儲、管理和利用

★規(guī)范能源系統(tǒng)的自動化系統(tǒng)設(shè)計

★實現(xiàn)對能源系統(tǒng)采用分散控制和集中管理

★減少能源管理環(huán)節(jié)，優(yōu)化能源管理流程，建立客觀能源消耗評價體系

★減少能源系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高勞動生產(chǎn)率

★加快能源系統(tǒng)的故障和異常處理，提高對全廠性能源事故的反應(yīng)能力

★通過優(yōu)化能源調(diào)度和平衡指揮系統(tǒng)，節(jié)約能源和改善環(huán)境

★為進(jìn)一步對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、分析、加工和處理提供條件

3. 系統(tǒng)架構(gòu)

       典型能源系統(tǒng)架構(gòu)包括能源調(diào)度管理中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元等三級物理結(jié)構(gòu)（如下圖示）。

4.力控企業(yè)能源管理系統(tǒng)綜合解決方案

       力控科技為企業(yè)EMS能源管理系統(tǒng)提供了綜合解決方案，典型能源系統(tǒng)架構(gòu)包括能源調(diào)度管理中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元等三級物理結(jié)構(gòu)，其中信息采集與防護(hù)特點(diǎn)如下：

       能源“死角”信息采集：力控數(shù)據(jù)采集管理器可現(xiàn)場安裝，并且遵循低功耗設(shè)計原則，具備遠(yuǎn)程管理功能，方便部署與升級。

       信息安全防護(hù)：力控可以充分保證企業(yè)生產(chǎn)信息的安全，不但能完成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議透傳，還能防止非法入侵等網(wǎng)絡(luò)攻擊。

       能源信息管理：力控能源管理系統(tǒng)可以充分、有效地管理能源信息，建立合理的能源策略。

       力控企業(yè)能源管理系統(tǒng)通過對耗能設(shè)備的特性進(jìn)行分析，加裝合適的改造設(shè)備,提高設(shè)備的性能，提高用電設(shè)備的效率，降低原料損耗。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行歷史記錄合理安排檢修，能夠有效地提高設(shè)備安全運(yùn)行時間，降低維護(hù)成本。設(shè)置報警參數(shù)，設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定及時報警，保障安全運(yùn)行。對企業(yè)能源進(jìn)行集中監(jiān)視、測量、控制和管理，實現(xiàn)能源實時及歷史數(shù)據(jù)存儲、查詢、分析、統(tǒng)計、分析功能，實現(xiàn)了能源管理的自動化。充分利用真實數(shù)據(jù)，作為節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)分析的依據(jù)，避免了人為判斷的失誤，幫助企業(yè)強(qiáng)化能源消耗、能源核算管理，使企業(yè)管理更加科學(xué)化。

4.1能源管理調(diào)度中心

       能源管理調(diào)度中心由實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web發(fā)布服務(wù)器、操作站及數(shù)字大屏顯示系統(tǒng)等組成。

       設(shè)計采用實時數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)采集現(xiàn)場能源數(shù)據(jù)和控制能源設(shè)備，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、分析、統(tǒng)計。系統(tǒng)共配置2臺互為冗余的實時數(shù)據(jù)/數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，實現(xiàn)采集和控制整個能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并兼作應(yīng)用服務(wù)器。

       實時數(shù)據(jù)庫采用基于Linux平臺的力控實時數(shù)據(jù)庫pSpace，pSpace是由力控科技開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型實時數(shù)據(jù)庫軟件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個大型能源調(diào)度系統(tǒng)。其可靠性、穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)壓縮比、響應(yīng)速度等主要技術(shù)指標(biāo)都與國際知名品牌產(chǎn)品相同或接近。

       SCADA/HMI軟件采用力控科技開發(fā)的eForceCon組態(tài)軟件，該產(chǎn)品與力控pSpace具有很好的兼容性，可實現(xiàn)無縫接入，其開放性和穩(wěn)定性也在長期的應(yīng)用中得到了證實。

4.2能源管理調(diào)度中心系統(tǒng)主要功能

1）數(shù)據(jù)采集功能

       通過力控企業(yè)能源管理系統(tǒng)獲取企業(yè)各項能源數(shù)據(jù)，并可實現(xiàn)對企業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)實時監(jiān)視、報警、分析、計算、統(tǒng)計等功能。

2）監(jiān)控功能

       對各個子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和實時調(diào)整。實現(xiàn)能源生產(chǎn)潮流監(jiān)視、系統(tǒng)故障報警與分析、系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度。作為能源生產(chǎn)調(diào)度指揮控制中心的支撐系統(tǒng)，負(fù)責(zé)日常的能源生產(chǎn)調(diào)度，保證主作業(yè)線正常有序的生產(chǎn)，并在突發(fā)事件期間實施能源應(yīng)急調(diào)度策略，確保能源供應(yīng)安全穩(wěn)定，達(dá)到節(jié)能增效。

3）基礎(chǔ)能源管理功能

       將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、分析和整理，結(jié)合生產(chǎn)計劃的數(shù)據(jù)，進(jìn)行基礎(chǔ)能源管理工作，包括能源實績分析管理、能源質(zhì)量管理、能源平衡管理、能源預(yù)測分析、能源系統(tǒng)運(yùn)行支持管理（包括任務(wù)單管理和潮流分析）等。

4）大屏幕監(jiān)視功能

       在能源管理調(diào)度中心設(shè)置能源系統(tǒng)信息顯示大屏，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視能源系統(tǒng)重點(diǎn)現(xiàn)場工況視頻信息，并綜合監(jiān)視各個子系統(tǒng)能源管理數(shù)據(jù)信息和狀態(tài)信息。

4.3能源管控中心管控內(nèi)容

       能源管控中心控制系統(tǒng)是一個集過程監(jiān)控、能源設(shè)施管理、能源調(diào)度平衡及分析優(yōu)化為一體的系統(tǒng)。

       能源管理調(diào)度中心的主要管控內(nèi)容如下：

1）能源控制

       能源數(shù)據(jù)（包括統(tǒng)計數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)）被周期性地集中和報告，實際能源消耗與根據(jù)實際生產(chǎn)參數(shù)計算出的預(yù)期能耗進(jìn)行比較。提高能源數(shù)據(jù)測量和計算的可靠性，作為提供給企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)或管理部門進(jìn)行計劃、觀測和控制的依據(jù)，為節(jié)能項目做出規(guī)劃。

2）能源協(xié)調(diào)

       對于連續(xù)的生產(chǎn)系統(tǒng)，須具備一個強(qiáng)大的能源管理調(diào)度中心來協(xié)調(diào)各單一能源介質(zhì)系統(tǒng)的動態(tài)平衡，并在所有介質(zhì)之間進(jìn)行綜合動態(tài)平衡。同時支持系統(tǒng)正常運(yùn)行就要有多樣靈活的調(diào)節(jié)技術(shù)手段，根據(jù)生產(chǎn)計劃和能源預(yù)測，協(xié)調(diào)能源供應(yīng)和控制，即滿足生產(chǎn)過程的能量需求，又能合理避免負(fù)荷高峰。

3）能源質(zhì)量

       通過一定的檢化驗手段，例如：質(zhì)量分析、質(zhì)量跟蹤、趨勢評估、越線警告等，對外供的各種能源介質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制，平衡能源介質(zhì)品質(zhì)與產(chǎn)品成本的矛盾。

4）能源實績

       各能源消耗數(shù)據(jù)通過服務(wù)器處理后，以能源網(wǎng)絡(luò)圖的直觀形式，顯示能源量在各個工位的分布情況，并給出各種能源消耗的統(tǒng)計結(jié)果。

5）能源指標(biāo)

       根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)計的能源計量數(shù)據(jù)，結(jié)合產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，計算出各生產(chǎn)能耗，在此基礎(chǔ)上給出能源控制指標(biāo)，以便對能源績效進(jìn)行考核管理。

6）能源預(yù)測

       能源管理調(diào)度中心實時接收能量流和特征生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通過對比前一時刻的數(shù)據(jù)，同時查詢數(shù)據(jù)庫中已有的歷史數(shù)據(jù)，對于各工序能源用戶，針對不同的生產(chǎn)和運(yùn)行狀態(tài)，采用能源信息流模型或統(tǒng)計的方法，計算出能源預(yù)測結(jié)果，并給出能源消耗的發(fā)展趨勢。

7）生產(chǎn)管理及設(shè)備分析

       通過系統(tǒng)模型及時調(diào)整能源設(shè)備的運(yùn)行，并根據(jù)單臺設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)積累設(shè)備運(yùn)行規(guī)律曲線，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行不正常及時發(fā)出報警信息；在積累大量設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)前提下，對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備使用壽命等進(jìn)行分析，為設(shè)備的計劃檢修提供依據(jù)。

5.結(jié)語

       力控企業(yè)能源管理系統(tǒng)平臺通過合理的節(jié)能策略，配以能耗監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地降低企業(yè)公用設(shè)施的能耗。對公用設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立能耗模型，得出企業(yè)本身的能耗改進(jìn)空間；通過對各項數(shù)據(jù)的綜合監(jiān)管，消除信息孤島和節(jié)能死角，幫助企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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