能源管理系統(tǒng)分析

1、 鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)(EMS設(shè)計(jì)方案(基于高端RTU產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)美國(guó)SIXNET公司北京代表處(SIXNET Direct Factory Rep Beijing 一、概述能源管理系統(tǒng)(Energy management system,簡(jiǎn)稱EMS是鋼鐵企業(yè)信息化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,在能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、分析,處理以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源設(shè)備、能源實(shí)績(jī)、能源計(jì)劃、能源平衡、能源預(yù)測(cè)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(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,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(

2、LDG、天然氣(NG、氧氣(O2、氮?dú)?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、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(mén)開(kāi)閉、調(diào)節(jié)閥開(kāi)度、開(kāi)關(guān)信號(hào)、動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、主生產(chǎn)線設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。環(huán)保信息包括:環(huán)保設(shè)備的運(yùn)行情況、外排水中主要污染物的濃度、流量、主要廢氣排放點(diǎn)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(cè)、廠界噪音。二、方案設(shè)計(jì)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)

3、采集單元等三級(jí)物理結(jié)構(gòu)(如圖示?；诨A(chǔ)自動(dòng)化向信息化建設(shè)發(fā)展的原則,并分析比較了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和SCADA軟件的技術(shù)特點(diǎn),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(kù)產(chǎn)品和技術(shù)建立一套先進(jìn)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/O Server實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)在線的數(shù)據(jù)監(jiān)視、工藝操作和實(shí)時(shí)的能源管理功能;基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)開(kāi)發(fā)具有模型背景的能源管理功能并對(duì)外提供接口。通訊網(wǎng)絡(luò):采用工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī),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(jìn)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)

4、品為核心,通過(guò)信號(hào)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(shí)、可靠的數(shù)據(jù)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(kù)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(jì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、歷史壓縮存儲(chǔ)、二次計(jì)算和為監(jiān)控畫(huà)面提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器負(fù)責(zé)計(jì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的收集和存儲(chǔ),作為能源(物資計(jì)量統(tǒng)計(jì)管理數(shù)據(jù)庫(kù);工作站上運(yùn)行計(jì)量數(shù)據(jù)監(jiān)控與管理系統(tǒng)軟件,對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、設(shè)備管 理、權(quán)限分配、報(bào)表打印以及調(diào)閱等;Web服務(wù)器負(fù)責(zé)將指定的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)畫(huà)面和動(dòng)態(tài)曲線以網(wǎng)頁(yè)的形式在公司網(wǎng)上發(fā)布,供其他部門(mén)網(wǎng)

5、上在線查閱,并提供系統(tǒng)與用戶的各種人機(jī)界面。根據(jù)能源管理系統(tǒng)功能需求及實(shí)際各部門(mén)業(yè)務(wù)流程規(guī)定,EMS數(shù)據(jù)流圖可用下圖表示: 3、系統(tǒng)功能EMS的監(jiān)控系統(tǒng)分為4個(gè)子系統(tǒng),即供配電系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)和環(huán)保系統(tǒng)。其中動(dòng)力系統(tǒng)包括燃?xì)庀到y(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、氧氮?dú)逑到y(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(shí)時(shí)采集與監(jiān)控通過(guò)建立可靠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng)對(duì)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(kāi)、停、閥門(mén)開(kāi)度、報(bào)警信號(hào)等等進(jìn)行采 集;提供過(guò)程監(jiān)視、操作控制、實(shí)時(shí)調(diào)整等畫(huà)面,過(guò)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

6、監(jiān)視功能;提供過(guò)程控制和實(shí)時(shí) 調(diào)整,參數(shù)設(shè)定窗口等實(shí)現(xiàn)控制功能;并對(duì)信息進(jìn)行歸檔。、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理包括介質(zhì)參數(shù)管理、維護(hù)單位管理、計(jì)量設(shè)備管理、測(cè)點(diǎn)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(jìn)行歸納、分析和整理,結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃和檢修計(jì)劃的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)能源 管理功能,包括能源實(shí)績(jī)分析管理、能源計(jì)劃管理、運(yùn)行支持管理、能源質(zhì)量管理、能 源平衡管理、在線預(yù)測(cè)分析等。、環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)對(duì)環(huán)保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè),對(duì)水、煙氣等排放進(jìn)行監(jiān)測(cè)、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:

7、能源中心序號(hào)名稱描述數(shù)量備注實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器SCADA I/O Server數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用應(yīng)用服務(wù)器 Web發(fā)布等服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘發(fā)布GPS磁盤(pán)陣列數(shù)據(jù)備份調(diào)度員操作站按動(dòng)力、電力、水道/環(huán)境和管理等子功能配置大屏幕顯示系統(tǒng)依規(guī)模配置打印機(jī)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)UPS電源防雷裝置對(duì)電源、通訊、信號(hào)進(jìn)行防雷操作系統(tǒng)(服務(wù)器 Windows 2003 Server操作系統(tǒng)(操作站 Windows XP Professional數(shù)據(jù)庫(kù)軟件 OracleSCADA軟件 CitectSCADA(Full LicenseSCADA軟件 CitectSCADA(Display Clients遠(yuǎn)程采集單元軟件系統(tǒng)

8、配置及編程軟件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和輔助設(shè)備中心站交換機(jī)工業(yè)管理級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)環(huán)網(wǎng)型交換機(jī)用于區(qū)域冗余環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)安全裝置防火墻等遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)RTURTU/Gateway VT-MIPM三、主要產(chǎn)品技術(shù)描述1、SCADA軟件采用國(guó)際主流的SCADA軟件建立I/O Server實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器功能,通過(guò)在線的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流程圖、參數(shù)表、趨勢(shì)曲線等監(jiān)控功能,并與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)建立通訊。技術(shù)特點(diǎn)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器以及趨勢(shì)、 報(bào)警、 報(bào)表和文件等功能模塊的冗余； I/O 通訊冗余，主通訊中斷時(shí)自動(dòng)切換到旁路； 支持在線組態(tài)， 即在不影響操作的情況下

9、， 允許全部或部分應(yīng)用程序進(jìn)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、SQL Server、dBASE 等。 系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置不同級(jí)別的用戶操作權(quán)限而防止越權(quán)操作保護(hù)系統(tǒng)的安全。 2、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元MIPM RTU 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元采用美國(guó) SIXNET 公司 MIPM 系列 RTU 產(chǎn)品。 SIXNET 高端 RTU 產(chǎn)品（IPM 級(jí)）具有 32 位處理器、大容量存儲(chǔ)空間，不但提供標(biāo)準(zhǔn) 串口（RS232/RS485）通訊和 IEC61131-3

10、 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(jí)編程和網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用程序，例如 Web Server、Internet 訪問(wèn)、高級(jí) 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(shí)具有多種國(guó)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(diǎn)為： 、同時(shí)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(chǔ)空間：適合就地運(yùn)算和大量數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)。 、更高的適應(yīng)惡劣環(huán)境應(yīng)用：工作環(huán)境溫度為-40 70ºC、國(guó)際品質(zhì)認(rèn)證等。 3、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用美國(guó) SIXNET 公司產(chǎn)品。 SIXNET

11、 近 30 余年的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造經(jīng)驗(yàn)，使其充分了解各種工業(yè)場(chǎng)合的 應(yīng)用需求。 并將其成熟的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念注入工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品中， 能夠真正 經(jīng)受各種惡劣工業(yè)環(huán)境的長(zhǎng)期考驗(yàn)。 SIXNET 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)具有卓越的工業(yè)品質(zhì)，低功耗、無(wú)風(fēng)扇電路設(shè)計(jì)、寬范圍工 作環(huán)境溫度（- 40 - 85 ） 、美國(guó)軍標(biāo) MIL-STD-1275 防浪涌保護(hù)以及嚴(yán)格的國(guó)際質(zhì)量認(rèn) 證（包括危險(xiǎn)場(chǎng)所 2 區(qū)防爆認(rèn)證、DNV 船級(jí)社認(rèn)證）等特性確保在各種惡劣工業(yè)環(huán)境現(xiàn)場(chǎng) 長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠、安全使用。 實(shí)現(xiàn)快速容錯(cuò)環(huán)網(wǎng) SIXNET 實(shí)時(shí)環(huán)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)專有 Real-time RingTM 技術(shù)

12、， 冗余，并具有端口配置、端口鏡像、優(yōu)先級(jí)劃分等高級(jí)網(wǎng)管功能，可保證信息交換的 實(shí)時(shí)性和確定性，支持 Modbus 方式監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，可以方便地進(jìn)行故障診斷、 報(bào)告和定位。尤其適合如 PLC，DCS，SCADA 自動(dòng)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(hào)分散在工廠的各個(gè)角落，許多能源計(jì)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(dòng)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(shí)、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。RTU/Gatew

13、ay 產(chǎn)品是對(duì)傳統(tǒng) PLC 系統(tǒng)在遠(yuǎn)傳和分 布式應(yīng)用的產(chǎn)品補(bǔ)充， 提供更強(qiáng)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)。 MIPM RTU 預(yù)集成了 PLC、記錄儀、流量計(jì)算機(jī)、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 MIPM RTU 預(yù)集成了數(shù)據(jù)記錄（Datalogging）功能。作為系統(tǒng)工具軟件（I/O Tool Kit） 選項(xiàng)之一的 Sixlog 軟件，提供了工程向?qū)团渲脩?yīng)用，無(wú)需編程。 SIXNET 的 Datalogging 功能具有以下優(yōu)點(diǎn)： 可按時(shí)間、事件等方式啟動(dòng)數(shù)據(jù)記錄 時(shí)間間隔可設(shè)置（10 毫秒49 天） 大容量、非易失數(shù)據(jù)

14、存儲(chǔ)（16M） 同一控制器支持多個(gè) Datalog 配置 服務(wù)器/客戶機(jī)式雙向數(shù)據(jù)恢復(fù)方式 工程向?qū)团渲媒缑?，無(wú)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(shí)現(xiàn) SOE 功能，用于記錄故障報(bào)警事件發(fā)生的時(shí)間順序；可以實(shí)現(xiàn)重 要能源計(jì)量數(shù)據(jù)的備份， 防止因?yàn)橥ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)故障等原因?qū)е逻@些重要數(shù)據(jù)的丟失； 同時(shí)保證 貼有時(shí)間標(biāo)簽的能源采集數(shù)據(jù)的完整性。 RTU 取代無(wú)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(bǔ)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(shí)間標(biāo)簽存儲(chǔ)在非易失的存 儲(chǔ)器中。然后按照用戶定

15、義的時(shí)間表或在發(fā)生特定事件（例如遠(yuǎn)程傳輸故障恢復(fù)后）時(shí)把記 錄的歷史數(shù)據(jù)傳送到一個(gè)或多個(gè)中心控制站，從 RTU 傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)包括控制站地址、時(shí) 間標(biāo)簽、紀(jì)錄序列號(hào)等識(shí)別數(shù)據(jù)。多個(gè)站點(diǎn)傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)堆入輸入數(shù)據(jù)緩存，等待順序處 理。 補(bǔ)傳的數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)到 ASCII 文件（.csv）中，可方便地被 SCADA 軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用， 完成數(shù)據(jù)回填。 每站點(diǎn)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(jìn)行文件更新。 同時(shí)，CitectSCADA 軟件專為 SIXNET 數(shù)據(jù)記錄功能開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器驅(qū)動(dòng)，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(shì)文件中。 3、建立先進(jìn)的系統(tǒng)通訊機(jī)制

16、傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（包括 DCS/PLC）的通訊機(jī)制是主、從方式，既輪巡通訊。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(jī)式的通訊能力。在 客戶機(jī)方式下， RTU 作為主站， 可主動(dòng)向控制中心發(fā)起通信， 這種模式常常用做“例外報(bào)告”。 RTU 作為客戶機(jī)可實(shí)時(shí)地報(bào)告事件的發(fā)生， 實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)。 這種“例外報(bào)告”機(jī)制可 減少傳統(tǒng)輪詢系統(tǒng)中的通信負(fù)荷與等待時(shí)間。在大型 SCADA 系統(tǒng)中，I/O 響應(yīng)時(shí)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(jī)結(jié)構(gòu)的好處就越明顯。 主站輪巡與“例外報(bào)告” 相結(jié)合是先進(jìn) SCADA 系統(tǒng)的通訊機(jī)制！ 4、嵌入式技術(shù)的應(yīng)用 作為真正的開(kāi)放式自動(dòng)化產(chǎn)品，MIPM RTU 提供了嵌入式開(kāi)發(fā)能力，使用 IADK 開(kāi)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(yùn)行。IADK 提供訪 問(wèn) I/O 寄存器的庫(kù)函數(shù)，具有讀寫(xiě)控制器 I/O 寄存器和通訊端口的最高訪問(wèn)能力。 嵌入式技術(shù)的應(yīng)用， 有利于快速開(kāi)發(fā)專有的