能源管理系統(tǒng)(Energy management systems，簡稱EMS)實(shí)施能源的扁平化管理。EMS建成集過程監(jiān)控、能源調(diào)度、能源管理為一體的企業(yè)級(jí)管控一體化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)能源的發(fā)生、儲(chǔ)配、轉(zhuǎn)換、消耗進(jìn)行系統(tǒng)管理；具備完備的信息、科學(xué)的分析能力、安全高效的調(diào)度技術(shù)。
1 能源管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
1.1 設(shè)計(jì)原則
系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮到企業(yè)對(duì)各種能源介質(zhì)進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度和平衡優(yōu)化的要求，以及對(duì)無人值守站所設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制的要求。并充分滿足過程控制、信息管理和數(shù)據(jù)庫的一體化系統(tǒng)集成需求。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中還考慮EMS對(duì)海量信息的處理、無人職守的技術(shù)安全、快速的響應(yīng)能力等特別需求，選用先進(jìn)并且成熟的解決方案。同時(shí)，除了能滿足當(dāng)前需要外，還充分考慮了時(shí)間、空間上的可擴(kuò)充性，采用開放的體系結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)與第三方的可連接性，并且易于擴(kuò)充。以延長系統(tǒng)的生命周期，增強(qiáng)發(fā)展后勁，適應(yīng)市場(chǎng)激烈競爭的需要。
1.2 系統(tǒng)架構(gòu)
能源管理系統(tǒng)從功能層次上設(shè)計(jì)為三層結(jié)構(gòu)。底層為信息采集層，中層為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理層，上層為應(yīng)用管理層。信號(hào)采集層由RTU、PLC、遠(yuǎn)程I/O等采集設(shè)備組成，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制；中層主要設(shè)備是I/O服務(wù)器，主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和短時(shí)歸檔；上層主設(shè)備有應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、工程師站、操作員工作站、大屏幕控制系統(tǒng)等。上述設(shè)在各種軟件支持下組成功能齊全的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)過程控制、平衡調(diào)度能源信息管理管理。
2 應(yīng)用功能概要說明
EMS應(yīng)用功能主要由過程監(jiān)控和能源信息管理兩部分組成。
2.1 過程監(jiān)控
EMS過程監(jiān)控主要是通過現(xiàn)場(chǎng)采集站把現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)采集到EMS中，通過EMS畫面展現(xiàn)給用戶，并為調(diào)度提供操控手段。
過程監(jiān)控把所有信息做歸納整理，分區(qū)分時(shí)間存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，提供趨勢(shì)、報(bào)警、報(bào)表等功能。按介質(zhì)或?qū)ο蟛煌譃槲鍌�(gè)子系統(tǒng)：
1)供配電系統(tǒng)：包括總降變電站、區(qū)域變電站、發(fā)電站等，不包括各車間變電站、電氣室、開關(guān)站；但特別重要，負(fù)荷特別大的車間變電站，可做監(jiān)視。便于調(diào)度了解大負(fù)荷的投退。需要監(jiān)控的變電站，主要實(shí)現(xiàn)四遙功能。遙控?zé)o人值守變電站的開關(guān)、刀閘、變壓器有載調(diào)壓裝置分接頭：遙信包括開關(guān)刀閘、故障報(bào)警、保護(hù)動(dòng)作、火災(zāi)報(bào)警、門禁等；遙測(cè)包括每個(gè)間隔的電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電壓、頻率、檔位等，根據(jù)實(shí)際情況。每個(gè)間隔只取部分遙測(cè)；管轄范圍內(nèi)所有電度量信號(hào)。車間變電站等有人值守站所，不做遙控，根據(jù)需要可以監(jiān)視。
2)煤氣系統(tǒng)：管理動(dòng)力廠所管轄的煤氣柜、煤氣放散塔、煤氣加壓站、煤氣混合裝置對(duì)這些區(qū)域的設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)視；無人值守的站所實(shí)現(xiàn)遙控。
3)其他氣體：包括蒸汽系統(tǒng)、高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、氧氮氙系統(tǒng)。蒸汽系統(tǒng)、高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)的生產(chǎn)單元都與現(xiàn)場(chǎng)其他主工藝密切相關(guān)，所以控制都在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，EMS只監(jiān)視；氧氮?dú)逑到y(tǒng)工藝復(fù)雜，必須在現(xiàn)場(chǎng)控制，EMS只采集信息。壓縮空氣系統(tǒng)只對(duì)區(qū)域性的空壓站做監(jiān)控。
4)水系統(tǒng)：現(xiàn)場(chǎng)水站分為取水站、管網(wǎng)送水站、各車間循環(huán)水站、污水站等。循環(huán)水站是配合各主工藝單元，操作都在工藝單元側(cè)控制。EMS只管理管網(wǎng)的送水泵站，對(duì)送水泵控制，穩(wěn)定水壓。
5)環(huán)境監(jiān)測(cè)：EMS對(duì)全廠除塵器進(jìn)行管理，了解現(xiàn)場(chǎng)除塵器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。對(duì)全廠其他環(huán)保數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，有排水水質(zhì)、粉塵、NO2等。
2.2 能源信息管理
能源信息管理主要利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫提供的生產(chǎn)實(shí)績信息，ERP、MES系統(tǒng)提供的生產(chǎn)、計(jì)劃信息，以及系統(tǒng)存入的一些技術(shù)參數(shù)，對(duì)能源進(jìn)行精細(xì)管理。挖掘節(jié)能潛力。通過系統(tǒng)提供的總結(jié)數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)對(duì)各用戶進(jìn)行考核，強(qiáng)化節(jié)能意識(shí)。主要功能有：能源實(shí)績平衡分析、能源計(jì)劃管理、能源預(yù)測(cè)優(yōu)化調(diào)度、能源成本管理、能源質(zhì)量管理、能源設(shè)備運(yùn)行管理、能源報(bào)表管理、基于WEB運(yùn)行管理支持、用電系統(tǒng)優(yōu)化、能源GIS、循環(huán)經(jīng)濟(jì)管理等。如圖1所示。
圖1 能源信息管理模塊關(guān)系圖
3 能源信息數(shù)據(jù)采集說明
能源信息采集數(shù)據(jù)主要包括：外購能源的購入量、使用量，損失量及質(zhì)量；自產(chǎn)能源的生產(chǎn)量、分配量、消耗量、損失量及質(zhì)量；能源管網(wǎng)參數(shù)，重點(diǎn)能源設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，重點(diǎn)工藝設(shè)備和能源設(shè)備的安全與報(bào)警信息；能源計(jì)算有關(guān)的產(chǎn)量、質(zhì)量和成品率等數(shù)據(jù)。
能源管理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)主要有三大來源：
EMS從現(xiàn)場(chǎng)采集站以在線方式采集處理的能源數(shù)據(jù)；
通過離線輸入EMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，如定額、價(jià)格、資源量等；
從其它信息系統(tǒng)(EMP，MES)獲得的信息，如生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)量實(shí)績等。
在線采集數(shù)據(jù)主要包括：
電力系統(tǒng)的電量、電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等；
動(dòng)力系統(tǒng)的流量、壓力、柜位、溫度等：
給排水系統(tǒng)的流量、壓力、水位等；
重點(diǎn)能源設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)；
4 能源管理數(shù)據(jù)處理、歸檔
該部分使用成熟的數(shù)據(jù)平臺(tái)，主要提供標(biāo)簽配置、標(biāo)簽中心、標(biāo)簽寫入器、標(biāo)簽讀取器、標(biāo)簽緩存器、標(biāo)簽初始化器、消息中心等后臺(tái)服務(wù)。
4.1 標(biāo)簽
定義：
存儲(chǔ)在標(biāo)簽中心中的過程量，以名稱作為唯一標(biāo)記，如“BF6.CO2”。為詳細(xì)說明，標(biāo)簽還應(yīng)該具有類型、來源、單位、說明等屬性。
分類：
4.1.1 直接過程量
直接從一級(jí)接收的量，如溫度、壓力、流量、閥門開度。周期采集量，模擬信號(hào)，等時(shí)間周期采集，如溫度、壓力、流量。開關(guān)量，數(shù)字(binary)信號(hào)，僅當(dāng)值發(fā)生改變時(shí)讀取，如閥門狀態(tài)。
間接過程量，過程系統(tǒng)間接計(jì)算的量，提供無法直接測(cè)量的值。
1)事件標(biāo)簽�？梢钥闯山M合幾個(gè)單一事件成為高級(jí)過程事件；
2)計(jì)算標(biāo)簽。過程量的組合計(jì)算得到一個(gè)更復(fù)雜的過程量。
4.2 標(biāo)簽獲取
基于靈活的C/S模式，標(biāo)簽中心作為服務(wù)器接收和發(fā)送全部過程量。它接收各種過程量并在內(nèi)存中保存。當(dāng)被請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，標(biāo)簽中心發(fā)送數(shù)據(jù)到其他進(jìn)程進(jìn)一步處理；
當(dāng)獲取數(shù)據(jù)時(shí)，幾個(gè)進(jìn)程負(fù)責(zé)向標(biāo)簽中心發(fā)送數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，各進(jìn)程從數(shù)據(jù)庫配置表中檢查其要處理的標(biāo)簽，包括標(biāo)簽掃描周期、一級(jí)位置、條件、公式。運(yùn)行期間，數(shù)據(jù)從一級(jí)和其他進(jìn)程發(fā)送到標(biāo)簽中心做進(jìn)一步處理的分發(fā)，具體分工如表1所示。
表1
一級(jí)通訊處理器：從數(shù)據(jù)庫配置(LIOPC-TAG表)中讀標(biāo)簽名、掃描率，然后通過OPC Server從PLC上讀數(shù)后發(fā)送給標(biāo)簽中心；標(biāo)簽計(jì)算器、事件標(biāo)簽生成器：首先標(biāo)簽中心發(fā)送必要的計(jì)算輸入量(所需數(shù)據(jù)的配置在數(shù)據(jù)庫中)。計(jì)算結(jié)果發(fā)送回標(biāo)簽中心。
4.3 數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)
數(shù)據(jù)發(fā)送到標(biāo)簽中心之后其他進(jìn)程可以使用它們，包括：
1)一級(jí)通訊處理器。二級(jí)的計(jì)算量或模型標(biāo)簽?zāi)軌虬l(fā)送到一級(jí)；
2)數(shù)據(jù)庫寫入器(DB Writer)。存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫，可以寫統(tǒng)計(jì)量如最大、最小、均值；
3)標(biāo)簽緩存器(Tag Memory)。緩存一定時(shí)間的標(biāo)簽歷史數(shù)據(jù)，提高如趨勢(shì)顯示的效率。
圖2 能源數(shù)據(jù)處理流程圖
處理過程仍然是啟動(dòng)時(shí)進(jìn)程從數(shù)據(jù)庫配置表中獲取要處理的標(biāo)簽。標(biāo)簽中心為每個(gè)過程量維護(hù)一個(gè)訂閱者集合。當(dāng)過程量有變時(shí)通知訂閱者，訂閱者進(jìn)行計(jì)算。
5 結(jié)束語
該系統(tǒng)為生產(chǎn)管理提供了一個(gè)對(duì)各種能源介質(zhì)進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度和平衡優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)化的能源信息管理平臺(tái)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中充分考慮到了可靠性、實(shí)時(shí)性、擴(kuò)展性、安全性、易維護(hù)性的原則，提供了先進(jìn)與友好的圖形人機(jī)界面功能，讓使用者方便快捷共享各種能源數(shù)據(jù)信息。
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