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。建設一個全廠級的集中統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)對能源數(shù)據(jù)進行在線采集、計算、分析及處理，從而對能源物料平衡、調(diào)度與優(yōu)化、能源設備運行與管理等方面發(fā)揮著重要的作用。

      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)中的一個基本應用構(gòu)件，作為大型企業(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結(jié)合起來，使之能夠運用先進的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進行離線生產(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、預測分析等。實現(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，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

2. 設計內(nèi)容與原則

2.1設計內(nèi)容

     ★自動化系統(tǒng)

     能源管控中心網(wǎng)絡系統(tǒng)及設備系統(tǒng)；

     能源管控中心軟硬件平臺系統(tǒng)；

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

     調(diào)度及操作人員所需的人機界面系統(tǒng)；

     設備冗余，安全監(jiān)測系統(tǒng)；

     歷史數(shù)據(jù)海量存儲及分析系統(tǒng)等。

     ★輔助系統(tǒng)

     能源系統(tǒng)視頻安全監(jiān)控；

     能源系統(tǒng)配套報警系統(tǒng)；

     能源系統(tǒng)大屏幕顯示系統(tǒng)等。

2.2設計原則

     ★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

     ★為進一步對能源數(shù)據(jù)進行挖掘、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、遠程數(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、遠程數(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特點如下：

     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，并且遵循低功耗設計原則，具備遠程管理功能，方便部署與升級。

     信息安全防護：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)標準協(xié)議透傳，還能防止非法入侵等網(wǎng)絡攻擊。

     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綜合管理平臺軟件通過對耗能設備的特性進行分析，加裝合適的改造設備,可以提高設備的性能，提高用電設備的效率，降低原料損耗。根據(jù)設備運行歷史記錄合理安排檢修，能夠有效的提高設備安全運行時間，降低維護成本。設置報警參數(shù)，設備運行不穩(wěn)定及時報警，保障安全運行。對企業(yè)能源進行集中監(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)能運轉(zhuǎn)分析的依據(jù)，避免了人為判斷的疏失，幫助企業(yè)強化能源消耗、能源核算管理，使企業(yè)管理更加科學化。

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)庫服務器、歷史數(shù)據(jù)庫服務器、Web發(fā)布服務器、操作站及數(shù)字大屏顯示系統(tǒng)等組成。

     設計采用實時數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對現(xiàn)場能源數(shù)據(jù)和能源設備的采集和控制，并對采集的數(shù)據(jù)進行計算、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)采集服務器，實現(xiàn)對整個能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制，并兼作應用服務器。

     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是由北京三維力控科技有限公司開發(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、響應速度等主要技術(shù)指標都與國際知名品牌產(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，可實現(xiàn)無縫接入，其開放性和穩(wěn)定性也在長期的應用中得到了證實。

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綜合管理平臺軟件獲取企業(yè)各項能源數(shù)據(jù)，并可實現(xiàn)對企業(yè)運行數(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)，將負責日常的能源生產(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急調(diào)度策略，確保能源供應的安全穩(wěn)定，達到節(jié)能增效。

     3）基礎能源管理功能

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

     4）大屏幕監(jiān)視功能

     在能源管理調(diào)度中心設置能源系統(tǒng)信息顯示大屏，實現(xiàn)遠程監(jiān)視能源系統(tǒng)重點現(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、能源設施管理、能源調(diào)度平衡及分析優(yōu)化為一體的計算機系統(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)計算出的預期能耗進行比較。提高能源數(shù)據(jù)測量和計算的可靠性，據(jù)此提供給企業(yè)領導或管理部門進行計劃、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)，必須具備一個強大的能源管理調(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)之間進行綜合動態(tài)平衡。同時支持系統(tǒng)正常運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)計劃和能源預測，協(xié)調(diào)能源供應和控制，即滿足生產(chǎn)過程的能量需求，又能合理避免負荷高峰。

     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)通過服務器的處理后，以能源網(wǎng)絡圖的直觀形式，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

     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，在此基礎上給出能源控制指標，以便對能源績效進行考核管理。

     6）能源預測

     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)進行處理，通過對比前一時刻的數(shù)據(jù)，并查詢數(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)管理及設備分析

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

5結(jié)語

     力控能源管理系統(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)公用設施的能耗。對公用設施數(shù)據(jù)進行分析，建立能耗模型得出企業(yè)本身的能耗改進空間；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，從而幫助企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。