基于AriEMS框架下能源管理系统设计与实现日用五金

基于AriEMS框架下能源管理系统设计与实现

基于AriEMS框架下能源管理系统设计与实现 2012年03月10日 来源： 能源管理系统(Energy management systems，简称EMS)实施能源的扁平化管理。EMS建成集过程监控、能源调度、能源管理为一体的企业级管控一体化计算机系统。该系统对能源的发生、储配、转换、消耗进行系统管理；具备完备的信息、科学的分析能力、安全高效的调度技术。1 能源管理系统总体设计1.1 设计原则系统设计充分考虑到企业对各种能源介质进行集中监控、统一调度和平衡优化的要求，以及对无人值守站所设备进行远程操作和控制的要求。并充分满足过程控制、信息管理和数据库的一体化系统集成需求。在系统设计过程中还考虑EMS对海量信息的处理、无人职守的技术安全、快速的响应能力等特别需求，选用先进并且成熟的解决方案。同时，除了能满足当前需要外，还充分考虑了时间、空间上的可扩充性，采用开放的体系结构，增强与第三方的可连接性，并且易于扩充。以延长系统的生命周期，增强发展后劲，适应市场激烈竞争的需要。1.2 系统架构能源管理系统从功能层次上设计为三层结构。底层为信息采集层，中层为实时数据处理层，上层为应用管理层。信号采集层由RTU、PLC、远程I/O等采集设备组成，主要实现数据采集和实时控制；中层主要设备是I/O服务器，主要完成实时数据处理和短时归档；上层主设备有应用服务器、数据库服务器、工程师站、操作员工作站、大屏幕控制系统等。上述设在各种软件支持下组成功能齐全的系统，实现过程控制、平衡调度能源信息管理管理。2 应用功能概要说明EMS应用功能主要由过程监控和能源信息管理两部分组成。2.1 过程监控EMS过程监控主要是通过现场采集站把现场实时状态采集到EMS中，通过EMS画面展现给用户，并为调度提供操控手段。过程监控把所有信息做归纳整理，分区分时间存储在实时数据库中，提供趋势、报警、报表等功能。按介质或对象不同分为五个子系统：1)供配电系统：包括总降变电站、区域变电站、发电站等，不包括各车间变电站、电气室、开关站；但特别重要，负荷特别大的车间变电站，可做监视。便于调度了解大负荷的投退。需要监控的变电站，主要实现四遥功能。遥控无人值守变电站的开关、刀闸、变压器有载调压装置分接头：遥信包括开关刀闸、故障报警、保护动作、火灾报警、门禁等；遥测包括每个间隔的电流、有功功率、无功功率、功率因数、电压、频率、档位等，根据实际情况。每个间隔只取部分遥测；管辖范围内所有电度量信号。车间变电站等有人值守站所，不做遥控，根据需要可以监视。2)煤气系统：管理动力厂所管辖的煤气柜、煤气放散塔、煤气加压站、煤气混合装置对这些区域的设备实现监视；无人值守的站所实现遥控。3)其他气体：包括蒸汽系统、高炉鼓风系统、压缩空气系统、氧氮氙系统。蒸汽系统、高炉鼓风系统的生产单元都与现场其他主工艺密切相关，所以控制都在现场进行，EMS只监视；氧氮氩系统工艺复杂，必须在现场控制，EMS只采集信息。压缩空气系统只对区域性的空压站做监控。4)水系统：现场水站分为取水站、管网送水站、各车间循环水站、污水站等。循环水站是配合各主工艺单元，操作都在工艺单元侧控制。EMS只管理管网的送水泵站，对送水泵控制，稳定水压。5)环境监测：EMS对全厂除尘器进行管理，了解现场除尘器的运转状态。对全厂其他环保数据实现监测，有排水水质、粉尘、NO2等。2.2 能源信息管理能源信息管理主要利用实时数据库提供的生产实绩信息，ERP、MES系统提供的生产、计划信息，以及系统存入的一些技术参数，对能源进行精细管理。挖掘节能潜力。通过系统提供的总结数据作为基准对各用户进行考核，强化节能意识。主要功能有：能源实绩平衡分析、能源计划管理、能源预测优化调度、能源成本管理、能源质量管理、能源设备运行管理、能源报表管理、基于WEB运行管理支持、用电系统优化、能源GIS、循环经济管理等。如图1所示。

图1 能源信息管理模块关系图

3 能源信息数据采集说明能源信息采集数据主要包括：外购能源的购入量、使用量，损失量及质量；自产能源的生产量、分配量、消耗量、损失量及质量；能源管网参数，重点能源设备运行参数，重点工艺设备和能源设备的安全与报警信息；能源计算有关的产量、质量和成品率等数据。能源管理系统采集的数据主要有三大来源：EMS从现场采集站以在线方式采集处理的能源数据；通过离线输入EMS系统的数据，如定额、价格、资源量等；从其它信息系统(EMP，MES)获得的信息，如生产计划、产量实绩等。在线采集数据主要包括：电力系统的电量、电压、电流、频率、有功功率、无功功率等；动力系统的流量、压力、柜位、温度等：给排水系统的流量、压力、水位等；重点能源设备的运行参数；4 能源管理数据处理、归档该部分使用成熟的数据平台，主要提供标签配置、标签中心、标签写入器、标签读取器、标签缓存器、标签初始化器、消息中心等后台服务。4.1 标签定义：存储在标签中心中的过程量，以名称作为唯一标记，如“BF6.CO2”。为详细说明，标签还应该具有类型、来源、单位、说明等属性。分类：4.1.1 直接过程量直接从一级接收的量，如温度、压力、流量、阀门开度。周期采集量，模拟信号，等时间周期采集，如温度、压力、流量。开关量，数字(binary)信号，仅当值发生改变时读取，如阀门状态。间接过程量，过程系统间接计算的量，提供无法直接测量的值。1)事件标签。可以看成组合几个单一事件成为高级过程事件；2)计算标签。过程量的组合计算得到一个更复杂的过程量。4.2 标签获取基于灵活的C/S模式，标签中心作为服务器接收和发送全部过程量。它接收各种过程量并在内存中保存。当被请求数据时，标签中心发送数据到其他进程进一步处理；当获取数据时，几个进程负责向标签中心发送数据。系统启动时，各进程从数据库配置表中检查其要处理的标签，包括标签扫描周期、一级位置、条件、公式。运行期间，数据从一级和其他进程发送到标签中心做进一步处理的分发，具体分工如表1所示。

一级通讯处理器：从数据库配置(LIOPC-TAG表)中读标签名、扫描率，然后通过OPC Server从PLC上读数后发送给标签中心；标签计算器、事件标签生成器：首先标签中心发送必要的计算输入量(所需数据的配置在数据库中)。计算结果发送回标签中心。4.3 数据处理和存储数据发送到标签中心之后其他进程可以使用它们，包括：1)一级通讯处理器。二级的计算量或模型标签能够发送到一级；2)数据库写入器(DB Writer)。存储到数据库，可以写统计量如最大、最小、均值；3)标签缓存器(Tag Memory)。缓存一定时间的标签历史数据，提高如趋势显示的效率。

图2 能源数据处理流程图

处理过程仍然是启动时进程从数据库配置表中获取要处理的标签。标签中心为每个过程量维护一个订阅者集合。当过程量有变时通知订阅者，订阅者进行计算。5 结束语该系统为生产管理提供了一个对各种能源介质进行集中监控、统一调度和平衡优化的网络化的能源信息管理平台，系统设计过程中充分考虑到了可靠性、实时性、扩展性、安全性、易维护性的原则，提供了先进与友好的图形人机界面功能，让使用者方便快捷共享各种能源数据信息。(end)

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