1. 引言

1.1. 概述

在我國(guó)的能源消耗中，工業(yè)是我國(guó)能源消耗的大戶，能源消耗量占全國(guó)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(duì)能源消耗都會(huì)產(chǎn)生不同的影響。建設(shè)一個(gè)全廠級(jí)的集中統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行在線采集、計(jì)算、分析及處理，從而對(duì)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)揮著重要的作用。

能源管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱EMS）是企業(yè)信息化系統(tǒng)的一個(gè)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(gè)基本應(yīng)用構(gòu)件，作為大型企業(yè)自動(dòng)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(dòng)化、信息化技術(shù)建立能源管理調(diào)度中心，實(shí)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(dòng)化、高效化、科學(xué)化管理。從而使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來，使之能夠運(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(jì)報(bào)表、平衡分析、實(shí)績(jī)管理、預(yù)測(cè)分析等。實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度。優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、最大限度地高效利用能源，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(jì)內(nèi)容與原則

2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容

★自動(dòng)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(tái)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(cè)系統(tǒng)；

歷史數(shù)據(jù)海量存儲(chǔ)及分析系統(tǒng)等。

★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(bào)警系統(tǒng)；

能源系統(tǒng)大屏幕顯示系統(tǒng)等。

2.2設(shè)計(jì)原則

★完善能源信息的采集、存儲(chǔ)、管理和利用

★規(guī)范能源系統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

★實(shí)現(xiàn)對(duì)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(píng)價(jià)體系

★減少能源系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率

★加快能源系統(tǒng)的故障和異常處理，提高對(duì)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(duì)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(jí)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(jí)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?cái)?shù)據(jù)采集管理器可現(xiàn)場(chǎng)安裝，并且遵循低功耗設(shè)計(jì)原則，具備遠(yuǎn)程管理功能，方便部署與升級(jí)。

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?jìng)鳎€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、有效的管理能源信息，建立好合理的能源策略。

力控能源SCADA綜合管理平臺(tái)軟件通過對(duì)耗能設(shè)備的特性進(jìn)行分析，加裝合適的改造設(shè)備,可以提高設(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，能夠有效的提高設(shè)備安全運(yùn)行時(shí)間，降低維護(hù)成本。設(shè)置報(bào)警參數(shù)，設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定及時(shí)報(bào)警，保障安全運(yùn)行。對(duì)企業(yè)能源進(jìn)行集中監(jiān)視、測(cè)量、控制和管理，實(shí)現(xiàn)能源實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)、分析功能，實(shí)現(xiàn)了能源管理的自動(dòng)化。充分利用真實(shí)數(shù)據(jù)，作為節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)分析的依據(jù)，避免了人為判斷的疏失，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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)能源數(shù)據(jù)和能源設(shè)備的采集和控制，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析、統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)共配置2臺(tái)互為冗余的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)/數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制，并兼作應(yīng)用服務(wù)器。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)采用基于Linux平臺(tái)的力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace，pSpace是由北京三維力控科技有限公司開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個(gè)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(guó)際知名品牌產(chǎn)品相同或接近。

SCADA/HMI軟件采用北京三維力控科技有限公司開發(fā)的eForceCon SD 組態(tài)軟件，該產(chǎn)品與力控pSpace具有很好的兼容性，可實(shí)現(xiàn)無縫接入，其開放性和穩(wěn)定性也在長(zhǎng)期的應(yīng)用中得到了證實(shí)。

4.2能源理調(diào)度中心系統(tǒng)主要功能

1）數(shù)據(jù)采集功能

通過力控能源SCADA綜合管理平臺(tái)軟件獲取企業(yè)各項(xiàng)能源數(shù)據(jù)，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)視、報(bào)警、分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)等功能。

2）監(jiān)控功能

對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和實(shí)時(shí)調(diào)整。實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)潮流監(jiān)視、系統(tǒng)故障報(bào)警與分析及系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度。作為能源生產(chǎn)調(diào)度指揮控制中心支撐系統(tǒng)，將負(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(shí)施能源應(yīng)急調(diào)度策略，確保能源供應(yīng)的安全穩(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(jì)劃的數(shù)據(jù)，進(jìn)行基礎(chǔ)能源管理工作，包括能源實(shí)績(jī)分析管理、能源質(zhì)量管理、能源平衡管理、能源預(yù)測(cè)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視能源系統(tǒng)重點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)工況視頻信息，并綜合監(jiān)視各個(gè)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(gè)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)化為一體的計(jì)算機(jī)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(jì)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)）被周期性地集中和報(bào)告，實(shí)際能源消耗與根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)計(jì)算出的預(yù)期能耗進(jìn)行比較。提高能源數(shù)據(jù)測(cè)量和計(jì)算的可靠性，據(jù)此提供給企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)或管理部門進(jìn)行計(jì)劃、觀測(cè)和控制的依據(jù)，為節(jié)能項(xiàng)目做出規(guī)劃。

2）能源協(xié)調(diào)

對(duì)于連續(xù)的生產(chǎn)系統(tǒng)，必須具備一個(gè)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(dòng)態(tài)平衡，并在所有介質(zhì)之間進(jìn)行綜合動(dòng)態(tài)平衡。同時(shí)支持系統(tǒng)正常運(yùn)行就必須有多樣而又靈活的調(diào)節(jié)技術(shù)手段，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和能源預(yù)測(cè)，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(yàn)手段，例如：質(zhì)量分析、質(zhì)量跟蹤、趨勢(shì)評(píng)估、越線警告等，對(duì)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(shí)績(jī)

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

5）能源指標(biāo)

根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的能源計(jì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)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(duì)能源績(jī)效進(jìn)行考核管理。

6）能源預(yù)測(cè)

能源管理調(diào)度中心實(shí)時(shí)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(duì)比前一時(shí)刻的數(shù)據(jù)，并查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)于各工序能源用戶，針對(duì)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(jì)的方法，計(jì)算出能源預(yù)測(cè)結(jié)果，并給出能源消耗的發(fā)展趨勢(shì)。

7）生產(chǎn)管理及設(shè)備分析

通過系統(tǒng)模型及時(shí)調(diào)整能源設(shè)備的運(yùn)行，并根據(jù)單臺(tái)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(shí)發(fā)出報(bào)警信息，并在積累大量設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)前提下，對(duì)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(jì)劃?rùn)z修提供依據(jù)。

5結(jié)語(yǔ)

力控能源管理系統(tǒng)平臺(tái)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(duì)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(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的綜合監(jiān)管，消除信息孤島和節(jié)能死角，從而幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。