鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)(EMS)解決方案

1、鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)（EMS）解決方案一、概述 能源管理系統(tǒng)（Energymanagementsystem，簡稱EMS）是鋼鐵企業(yè)信息化系統(tǒng)的一個重要組成部分，在能源數(shù)據(jù)進行采集、加工、分析，處理以實現(xiàn)對能源設(shè)備、能源實績、能源計劃、能源平衡、能源預(yù)測等方面發(fā)揮著重要的作用。在企業(yè)信息化系統(tǒng)的架構(gòu)中，把能源管理作為MES的一個基本應(yīng)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，如圖示：能源介質(zhì)種類主要包括：高爐煤氣（BFG）、焦?fàn)t煤氣（COG）、轉(zhuǎn)爐煤氣（LDG）、天然氣（NG）、氧氣（O2）、氮氣（N2）、氬氣（Ar）、壓縮空氣（Air）、蒸汽、氫氣（H2）、采暖熱網(wǎng)、生活水、工業(yè)凈環(huán)水

2、、工業(yè)濁環(huán)水、濃鹽水、除鹽水、酚氰水、軟化水、電力等。能源介質(zhì)信息包括：壓力、流量、溫度、煤氣熱值、供水品質(zhì)（水質(zhì)）、閥門開閉、調(diào)節(jié)閥開度、開關(guān)信號、動力設(shè)備運行狀態(tài)、主生產(chǎn)線設(shè)備的運行狀態(tài)等。環(huán)保信息包括：環(huán)保設(shè)備的運行情況、外排水中主要污染物的濃度、流量、主要廢氣排放點的外排放廢氣中煙（粉）塵、SO2、NOx、CO2等污染因子的濃度和流量、污染物排放總量、大氣質(zhì)量指標(biāo)、廠區(qū)視頻檢測、廠界噪音。二、方案設(shè)計1、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)（如圖示）?；诨A(chǔ)自動化向信息化建設(shè)發(fā)展的原則，并分析比較了實時數(shù)據(jù)庫和SCADA軟件的技術(shù)特點

3、，本方案以SCADA系統(tǒng)為核心構(gòu)建能源管理系統(tǒng)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品和技術(shù)建立一套先進的、符合鋼鐵企業(yè)管理應(yīng)用功能的能源管理系統(tǒng)。系統(tǒng)建立:-能源中心：以SCADA軟件為核心，建立I/OServer實時數(shù)據(jù)服務(wù)器，實現(xiàn)在線的數(shù)據(jù)監(jiān)視、工藝操作和實時的能源管理功能；基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)具有模型背景的能源管理功能并對外提供接口。-通訊網(wǎng)絡(luò)：采用工業(yè)級以太網(wǎng)交換機，建立分區(qū)域的冗余環(huán)網(wǎng)，環(huán)與環(huán)之間采用耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行連接，從而建立高可靠專有的能源數(shù)據(jù)采集通訊網(wǎng)絡(luò)。-數(shù)據(jù)采集：RTU產(chǎn)品為核心，通過信號采集、通訊、協(xié)議轉(zhuǎn)換等技術(shù)手段，將能源介質(zhì)參數(shù)的采集與生產(chǎn)控制系統(tǒng)隔離，提供連續(xù)、真實、可靠的數(shù)據(jù)

4、依據(jù)。2、系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖能源中由心I/O數(shù)據(jù)服務(wù)器、Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器和工作站組成。I/O數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)原始計量數(shù)據(jù)的實時采集、歷史壓縮存儲、二次計算和為監(jiān)控畫面提供實時數(shù)據(jù)；Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)計量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的收集和存儲，作為能源（物資）計量統(tǒng)計管理數(shù)據(jù)庫；工作站上運行計量數(shù)據(jù)監(jiān)控與管理系統(tǒng)軟件，對計量數(shù)據(jù)進行分析處理、設(shè)備管理、權(quán)限分配、報表打印以及調(diào)閱等；Web服務(wù)器負(fù)責(zé)將指定的實時數(shù)據(jù)監(jiān)測畫面和動態(tài)曲線以網(wǎng)頁的形式在公司網(wǎng)上發(fā)布，供其他部門網(wǎng)上在線查閱，并提供系統(tǒng)與用戶的各種人機界面。根據(jù)能源管理系統(tǒng)功能需求及實際各部門業(yè)務(wù)流程規(guī)定，EMS數(shù)據(jù)流圖可用下圖表

5、示：3、系統(tǒng)功能EMS的監(jiān)控系統(tǒng)分為4個子系統(tǒng)，即供配電系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)和環(huán)保系統(tǒng)。其中動力系統(tǒng)包括燃?xì)庀到y(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、氧氮氬系統(tǒng)，給排水系統(tǒng)包括化學(xué)水、工業(yè)水和生活水。、數(shù)據(jù)的實時采集與監(jiān)控通過建立可靠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）對能源潮流數(shù)據(jù)（如電流、電壓、壓力、溫度、流量、環(huán)境數(shù)據(jù)等）、設(shè)備狀態(tài)（如開、停、閥門開度、報警信號等）等進行采集；提供過程監(jiān)視、操作控制、實時調(diào)整等畫面,過程曲線及信息顯示等輔助界面、大屏幕等完成能源中心管轄范圍的能源設(shè)備狀態(tài)及潮流的監(jiān)視功能；提供過程控制和實時調(diào)整,參數(shù)設(shè)定窗口等實現(xiàn)控制功能；并對信息進行歸檔。、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理包括介質(zhì)參數(shù)管理、維護單

6、位管理、計量設(shè)備管理、測點耗量關(guān)系、用戶權(quán)限設(shè)置、以及其他需人工錄入的參數(shù)管理界面。、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)計劃和檢修計劃的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基礎(chǔ)能源管理功能，包括能源實績分析管理、能源計劃管理、運行支持管理、能源質(zhì)量管理、能源平衡管理、在線預(yù)測分析等。、環(huán)境監(jiān)測與保護對環(huán)保設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測，對水、煙氣等排放進行監(jiān)測、分析和管理。4、基本配置能源管理系統(tǒng)基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，采用C/S和B/S混合系統(tǒng)架構(gòu)方式。典型的配置和設(shè)備組成如下：三、主要產(chǎn)品技術(shù)描述1、SCADA軟件采用國際主流的SCADA軟件建立I/OServer實時數(shù)據(jù)服務(wù)器功能，通過在線的數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)

7、動態(tài)流程圖、參數(shù)表、趨勢曲線等監(jiān)控功能，并與關(guān)系數(shù)據(jù)庫建立通訊。技術(shù)特點如下：軟件體系采用真正的客戶/服務(wù)器（C/S）體系結(jié)構(gòu)；能夠完全做到實時數(shù)據(jù)服務(wù)器以及趨勢、報警、報表和文件等功能模塊的冗余；I/O通訊冗余，主通訊中斷時自動切換到旁路；支持在線組態(tài)，即在不影響操作的情況下，允許全部或部分應(yīng)用程序進行修改；支持ODBC、OPC、API、DDE等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換方式；網(wǎng)絡(luò)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的NetBIOS，支持IPX/SPX、TCP/IP等協(xié)議；支持多種關(guān)系型數(shù)據(jù)，包括Oracle、SQLServer、dBASE等。系統(tǒng)通過設(shè)置不同級別的用戶操作權(quán)限而防止越權(quán)操作保護系統(tǒng)的安全。2、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元M

8、IPMRTU遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元采用美國SIXNET公司MIPM系列RTU產(chǎn)品。SIXNET高端RTU產(chǎn)品（IPM級）具有32位處理器、大容量存儲空間，不但提供標(biāo)準(zhǔn)串口（RS232/RS485）通訊和IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)編程功能。還提供以太網(wǎng)通訊端口，并具有嵌入式功能，可支持高級編程和網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用程序，例如WebServer、Internet訪問、高級C/C+編程及專有通訊協(xié)議的定制等，是最新一代控制器產(chǎn)品。同時具有多種國際工控產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證，提供高可靠品質(zhì)應(yīng)用。其產(chǎn)品主要技術(shù)特點為：、同時提供多種通訊端口：以適應(yīng)分散應(yīng)用和本地的不同通訊要求。、提供大容量程序和數(shù)據(jù)存儲空間：適合就地運算和大量數(shù)

9、據(jù)安全存儲。、更高的適應(yīng)惡劣環(huán)境應(yīng)用：工作環(huán)境溫度為-4070C、國際品質(zhì)認(rèn)證等。3、工業(yè)以太網(wǎng)交換機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的工業(yè)以太網(wǎng)交換機采用美國SIXNET公司產(chǎn)品。SIXNET近30余年的工業(yè)自動化產(chǎn)品設(shè)計、制造經(jīng)驗，使其充分了解各種工業(yè)場合的應(yīng)用需求。并將其成熟的工業(yè)自動化產(chǎn)品設(shè)計理念注入工業(yè)以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品中，能夠真正經(jīng)受各種惡劣工業(yè)環(huán)境的長期考驗。SIXNET工業(yè)以太網(wǎng)交換機具有卓越的工業(yè)品質(zhì)，低功耗、無風(fēng)扇電路設(shè)計、寬范圍工作環(huán)境溫度（-40-85）、美國軍標(biāo)MIL-STD-1275防浪涌保護以及嚴(yán)格的國際質(zhì)量認(rèn)證（包括危險場所2區(qū)防爆認(rèn)證、DNV船級社認(rèn)證）等特性確保在各種惡劣工業(yè)環(huán)境現(xiàn)

10、場長期穩(wěn)定、可靠、安全使用。SIXNET實時環(huán)工業(yè)以太網(wǎng)交換機專有Real-timeRingTM技術(shù)，實現(xiàn)快速容錯環(huán)網(wǎng)冗余，并具有端口配置、端口鏡像、優(yōu)先級劃分等高級網(wǎng)管功能，可保證信息交換的實時性和確定性，支持Modbus方式監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)，可以方便地進行故障診斷、報告和定位。尤其適合如PLC，DCS，SCADA自動化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建100/1000Mbps工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)。四、高端產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)EMS系統(tǒng)采集的信號分散在工廠的各個角落，許多能源計量參數(shù)已納入原有生產(chǎn)控制系統(tǒng)，能源數(shù)據(jù)的采集將面臨繁雜的通訊協(xié)議和接口。采用新一代的自動化產(chǎn)品（RTU/Gateway），構(gòu)筑分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將能源

11、介質(zhì)參數(shù)的采集與生產(chǎn)控制系統(tǒng)隔離，提供連續(xù)、真實、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。RTU/Gateway產(chǎn)品是對傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)在遠(yuǎn)傳和分布式應(yīng)用的產(chǎn)品補充，提供更強的數(shù)據(jù)處理和通訊能力，從而構(gòu)建新一代能源管理系統(tǒng)的架構(gòu)。MIPMRTU預(yù)集成了PLC、記錄儀、流量計算機、通訊網(wǎng)關(guān)等多種功能，其高端產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)如下：1、預(yù)集成的數(shù)據(jù)記錄功能MIPMRTU預(yù)集成了數(shù)據(jù)記錄（Datalogging）功能。作為系統(tǒng)工具軟件（I/OToolKit）選項之一的Sixlog軟件，提供了工程向?qū)团渲脩?yīng)用，無需編程。SIXNET的Datalogging功能具有以下優(yōu)點：可按時間、事件等方式啟動數(shù)據(jù)記錄時間間隔可設(shè)置（10毫秒4

12、9天）大容量、非易失數(shù)據(jù)存儲（16M）同一控制器支持多個Datalog配置服務(wù)器/客戶機式雙向數(shù)據(jù)恢復(fù)方式工程向?qū)团渲媒缑?，無需編程多種通用軟件瀏覽的歷史數(shù)據(jù)文件支持?jǐn)?shù)據(jù)記錄冗余服務(wù)器功能數(shù)據(jù)記錄可用于實現(xiàn)SOE功能，用于記錄故障報警事件發(fā)生的時間順序；可以實現(xiàn)重要能源計量數(shù)據(jù)的備份，防止因為通訊網(wǎng)絡(luò)故障等原因?qū)е逻@些重要數(shù)據(jù)的丟失；同時保證貼有時間標(biāo)簽的能源采集數(shù)據(jù)的完整性。RTU取代無紙記錄儀，提供更靈活、更安全的數(shù)據(jù)備份功能！2、RTU的數(shù)據(jù)補傳和調(diào)用功能利用數(shù)據(jù)記錄（Datalogging）功能，RTU把數(shù)據(jù)加上精確的時間標(biāo)簽存儲在非易失的存儲器中。然后按照用戶定義的時間表或在發(fā)生特

13、定事件（例如遠(yuǎn)程傳輸故障恢復(fù)后）時把記錄的歷史數(shù)據(jù)傳送到一個或多個中心控制站，從RTU傳送上來的數(shù)據(jù)包括控制站地址、時間標(biāo)簽、紀(jì)錄序列號等識別數(shù)據(jù)。多個站點傳送上來的數(shù)據(jù)堆入輸入數(shù)據(jù)緩存，等待順序處理。補傳的數(shù)據(jù)可存儲到ASCII文件（.csv）中，可方便地被SCADA軟件和數(shù)據(jù)庫調(diào)用，完成數(shù)據(jù)回填。每站點的數(shù)據(jù)分別保存在不同的文件中，用戶可以按周期配置進行文件更新。同時，CitectSCADA軟件專為SIXNET數(shù)據(jù)記錄功能開發(fā)了數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器驅(qū)動，可以直接調(diào)用RTU內(nèi)記錄的歷史數(shù)據(jù)并恢復(fù)到趨勢文件中。3、建立先進的系統(tǒng)通訊機制傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（包括DCS/PLC）的通訊機制是主、從方式，既輪巡

14、通訊。這是在專有布線結(jié)構(gòu)下工控領(lǐng)域所遵循的通訊原則。而RTU產(chǎn)品具有服務(wù)器/客戶機式的通訊能力。在客戶機方式下，RTU作為主站，可主動向控制中心發(fā)起通信，這種模式常常用做“例外報告”。RTU作為客戶機可實時地報告事件的發(fā)生，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)。這種“例外報告”機制可減少傳統(tǒng)輪詢系統(tǒng)中的通信負(fù)荷與等待時間。在大型SCADA系統(tǒng)中，I/O響應(yīng)時間是決定系統(tǒng)品質(zhì)的重要因素，你的系統(tǒng)越大，這種分布式客戶機結(jié)構(gòu)的好處就越明顯。主站輪巡與“例外報告”相結(jié)合是先進SCADA系統(tǒng)的通訊機制！4、嵌入式技術(shù)的應(yīng)用作為真正的開放式自動化產(chǎn)品，MIPMRTU提供了嵌入式開發(fā)能力，使用IADK開發(fā)工具包可以編譯和調(diào)試自己專有的應(yīng)用程序，然后在控制器和RTU中運行。IADK提供訪問I/O寄存器的庫函數(shù)，具有讀寫控制器I/O寄存器和通訊端口的最高訪問能力。嵌入式技術(shù)的應(yīng)用，有利于快速開發(fā)專有的通訊驅(qū)動，