EMS全时动态能源管理系统应用.docx

EMS介绍目录系统概述2传统能耗监测管理模式2EMS全时动态能源管理系统3适用标准3系统应用4典型应用领域4典型应用功能4系统应用目标4EMS 系统架构5系统架构5与现场控制系统的数据共享5系统互联和设备兼容性与5系统构建6监测管理硬件6数据通讯网络硬件6数据处理系统硬件6数据传输的网络介质7系统拓扑结构7电能系统管理8冷( 热) 量管理9燃气系统管理9水资源系统管理9建筑能耗监测9技术文件和图纸9EMS软件功能9系统软件9监测管理功能9数据采集9状态监测与报警10操作管理10能耗管理与数据报表10历史记录与趋势分析11故障分析与设备维护管理11成本分析11EMS 系统数据处理硬件11主站系统11分区操作站EMS-DCU11EMS系统软件12EMS 网络设备12EMS 典型案例13行政大楼概况13系统概况13系统配置描述13系统功能14预期收益计算14系统概述今天，能源已成为人类社会不可或缺的基本要素。在这个星球上， 随着能源日益紧张和环境恶化， 获得经济方便环保的能源变成一个关系人类生存与可持续发展的急迫问题， 寻找提高能源利用效率的解决之道成为小到社会家庭，大到企业与政府等全社会的共同责任。各类水、电、气设备与分类能耗是工业设施、社会基础设施与各类建筑建设投资和日常运营成本的主要构成部分之一，合理布局能源设施配置和管控功能可以显著提高设施与能源利用效率并降低成本。传统能耗监测管理模式局限的能耗监测 粗放的能源管理 大量管理盲区传统能源管理系统对能耗监测管理比较粗放，对能耗设施的耗能情况及耗能过程缺乏细致的管理，对建筑的各项能源消耗管理完全是事后统计的模式，表现为如下特征：运行参数与能源消耗统计粗放传统能源管理多局限于对一些主要的耗能节点进行监视（如配电系统的高低压进线，给排水系统的总进水管流量，暖通，空调的气体总流量等），只有整体能耗情况的统计，缺乏对实际能耗使用细节的关注，而且多采用手工记录，存在记录不同步于实时等问题，能耗数据与运行参数流于形式。存在大量能耗管理盲区传统的能耗监测管理系统基本局限于对各主要耗能设施的耗情况的关注对设备数量极大、能量消耗主体的 能耗状态信息和能耗数据基本缺位，存在大范围管理盲区，故障排查困难，工作量大，导致管理效率低。对整体能耗缺少系统思考传统的能耗监测系统缺少对用户整体能耗状况的系统思考，对建筑各分类能耗数据（电量、水耗量、燃气量、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量等）的采集管理分散，对各类能耗设施的能耗管理条块分割，不成系统，能耗数据综合可用率低，不利于从整体上实施节能措施。同时，设施能耗管理过程中大量依赖员工个人经，缺乏系统手段，运行效率低，系统可利用率低。EMS全时动态能源管理系统完善的用户端能耗监测管理EMS 全时动态能源管理系统实现了全面的能耗监测和综合管理功能；完善的能耗监测管理EMS 全时动态能源管理系统利用现代测量控制技术和数据处理与通讯技术，再经济合理的成本下实现对用户端包括电源进线到终端用电设备在内的全部配电用电系统以及其他能源实施的管理控制，大幅提高水，电，气等能源系统与设施的运行与管理效率，降低运营成本。运行抄表记录能耗数据自动生成。精益的能源消耗成本管理EMS 基于完善的能耗监测管理手段，建立了完善的用户能耗数据库和细致的管理手段，保障了设施内能耗数据的及时获得和数据的系统性，提供了丰富全面的数据报表与趋势分析，帮助用户实现降低运行能耗和成本的目标。完善合理的系统整合设计EMS 全时动态能源管理系统采用了低成本的微处理器分散控制器和交流采样技术，凭借完善合理的功能配置，可以实现在合理成本下的用户整体能耗设施的能耗数据的信息化，达到对用户能耗设施能耗细节和能耗过程的完全掌握，帮助用户实现低成本运营。适用标准EMS 全时动态能源管理系统有关产品电气安全和抗干扰性能均通过严格测试，全面遵循有关国家标准和国际电气标准，包括：1. 符合国际IEC 255 IEC 687 IEC 1000-4 IEC 60255 IEEE519 相关标准规定；2. 所有硬件通过欧盟LVD 和EMC 电气安全认证，产品附CE 认证标志；3. 系统平台软件符合国际软件标准，支持ODBC、OPC 等标准应用；4. 符合国家机关办公建筑及大型公共建筑能耗监测系统技术导则。系统应用EMS 全时动态能源管理系统设计用于建筑与工业系统用户的电、水、燃气和其他能源系统的运行管理和能耗管理控制。典型应用领域EMS 全时动态能源管理系统的典型应用涵盖下列领域用户： 大型公共建筑与综合建筑群：文化教育建筑、医疗卫生建筑、宾馆饭店建筑； 办公楼、商场、体育建筑、综合建筑、其他建筑； 工业企业：化工、钢铁、汽车、电子、机械制造、水泥、玻璃建材、造纸； 矿山采掘：石油天然气开采、煤矿； 大型园区：科技工业园区、物流园区、大学城； 基础设施：电信枢纽、发电厂、机场、车站、港口、水厂等。EMS 全时动态能源管理系统可以实现涵盖上述用户包括电力、燃气、水等各类能源在内诸如变配电系统设施、空调设施、集中供热/ 冷设施、给排水系统、锅炉系统等所有相关设施的耗能情况的全面监测管理。典型应用功能EMS 全时动态能源管理系统可实现企业与大型建筑电力、燃气、水等各类能耗的分类和分项数据的采集、在线监测和趋势分析等功能，对建筑的整体能耗状况进行统一监测管理；通过以太网与其他高级应用系统如MIS、ERP/MRP II/MES、CIMS 等联结，为建筑节能管理和节能改造提供依据。EMS 采用现场总线测控网络连接电力、燃气、水等各类能耗系统，通过安装在各能耗系统上的智能电表、智能燃气表、智能水表、数字流量计等智能测量装置将电量、水耗量、燃气量、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量、其它能源应用量等能耗数据送到位于中央控制室的系统管理控制计算机，从而实现对整个建筑与设施的能耗数据的采集、存储和分析等。更多的，EMS 系统基于上述基本能耗数据采集功能提供了包括：建筑能耗状况在线监测、能耗趋势分析管理、能耗成本分摊分析等增强功能。系统应用目标EMS 全时动态能源管理系统帮助用户对于建筑能耗监测实现了以下目标： 建筑整体能耗状况的实时监测和细致化管理； 电力、燃气、水等分类能耗数据和电量各分项能耗数据的透明化； 为其他高级应用提供建筑能耗的全方位数据； 为用户建筑节能管理和节能改造提供依据； 能耗总量统计和趋势分析； 能耗成本结构优化； 电力、燃气、水等能源供应中断、事故跳闸、故障原因分析； 趋势记录帮助优化资源和业务模式规划。EMS 系统架构EMS 全时动态能源管理系统采用分层分布式系统体系结构，对建筑的电力、燃气、水等各分类能耗数据进行采集、处理，并分析建筑能耗状况，实现建筑节能应用等。系统架构EMS 全时动态能源管理系统体系结构如下图所示：在上图EMS 全时动态能源管理系统整体架构中，清楚地标明了EMS 在工业系统、基础设施和大型楼宇等综合管理系统架构中的位置。在建筑管理应用方面EMS 全时动态能源管理系统直接嵌入BAS 楼宇自控系统，作为该系统的子系统，实现对整个建筑的能耗监测及管理。与现场控制系统的数据共享EMS 全时动态能源管理系统底层硬件既可以通过模拟量端口向现场工艺控制系统提供能耗参数，也可通过当地通讯服务器向工艺控制系统提供打包数据，极大简化现场能耗数据采集接线并优化工艺控制对能耗参数的要求，在节省控制系统数据采集和控制部分的硬件投资的同时，可以减少后续使用维护成本和工作量。系统互联和设备兼容性与ERP MRP-II MES CIMS 或BAS 的数据交互 EMS 系统软件的开放性和兼容性保证本系统可方便的接入其他系统，包括通过以太网接入ERP/MRP-II/MES 或CIMS 等，及通过串口或以太网接入智能楼宇系统BAS。硬件设备兼容性 EMS 系统软件支持大量底层硬件装置，包括IPM 系列各型号智能配电测控管理单元、温度传感器、压力传感器和智能流量计测单元等。EMS 系统底层通讯服务器支持上百种通讯协议，支持各类符合IEC 系列国际标准并具有标准通讯接口的IED 装置，包括各国际化公司如GE、SCHNEIDER、SIEMENS、ABBROCKWELL Ab 等的综合数字保护装置和测控装置。EMS 全时动态能源管理系统提供了各类总线通讯方式，包括通过以太网RS485/422/232 等串行通讯联接到监测管理系统的计算机、PLC、DCS 或RTU等。系统构建EMS 全时动态能源管理系统的构件包括分布于电力、燃气、水各分类能源系统进行数据采集管理的智能测控装置、网络设备、网络传输介质、数据处理设备与数据处理系统软件以及对应的各能耗设备等。EMS 全时动态能源管理系统的监测管理对象主要是企业和建筑设施内所有电力、水、燃气及其他各类能源系统以及相应耗能设备，监测各个设备的能耗状况，有关能耗分项包括： 照明与插座用电：计算机等办公设备、灯具照明设备等设备； 空调用电：冷水机组、冷冻泵、采暖循环泵、全空气机组、新风机组、分体式空调器等； 动力用电：电梯、水泵、风机等； 特殊用电：信息中心、洗衣房、厨房、园艺设施、游泳池或其他特殊用电； 有关水资源消耗：生活设施、喷泉园艺设施等； 用气：燃气锅炉、燃气空调等； 其他能源消耗：集中供热与供冷系统设施。监测管理硬件EMS 全时动态能源管理系统的监测管理功能在底层主要依靠分散布置在各能耗系统设备中的下列装置实现能耗数据的采集和操作管理，包括： 电力、压力、流量、温度等的测量、控制、管理装置； 电动机、馈电回路、发电机组、配电变压器数字综合保护装置； 电动机保护控制管理单元、软启动器或变频驱动装置； 无功功率调节控制器； 可编程控制器PLC、柴油发电机组控制器； 流量计、温度传感器、压力传感器等燃气、水的监测与计量装置； 冷冻机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、新风机组中装设的智能装置等。数据通讯网络硬件EMS 全时动态能源管理系统通过现场总线网络实现系统管理软件与下层监测管理装置即电、燃气、水等分类能耗计量装置之间的数据传输， 包括下列网络硬件： 网络连接组件； 通讯子站等数据汇集与协议处理设备（包括智能通讯服务器等）。数据处理系统硬件EMS 全时动态能源管理系统的所有数据的收集存储和分析处理以及操作控制主要由系统管理计算机平台实现，包括硬件： 系统服务器和操作管理计算机； 网络交换与路由设备； 网络浏览服务器（选项）。数据传输的网络介质EMS 通过两种标准工业网络实现数据传输: RS485 现场总线，支持MODBUS RTU，需要时可采用PROFIBUS； TCP/IP 工业以太网络。通讯介质采用同轴电缆、双绞线、光纤、无线数据传输链路（如GPRS 等）。如果需要与上述两种标准之外其他网络的进行集成连接和互联，可通过EMS 提供的通讯服务器网关实现。系统拓扑结构EMS 全时动态能源管理系统根据用户能耗系统规模可分为小规模系统、中型规模系统以及大型系统等。小规模系统下图是采用EMS 全时动态能源管理系统构建的一个单主机小型动态能源管理系统的拓扑结构，单主机系统也是构建大型动态能源管理系统的基础和局部网络。图二典型适用对象适用于中小规模的能耗单位，如较大规模的单体建筑、能耗设备相对集中且数量不大的工厂、水厂和其他基础设施等。大型全时动态能源管理系统对于大型工业企业、大型区域建筑群( 如大学城、大型居住区等)、大型工业园区（如港口、空港以及物流园区等），将采用以单主机动态能源管理系统为基础功能模组的大型EMS 全时动态能源管理系统，将所有单中心节点的局部系统采用高可靠性和数据通讯能力的网络实现全局联网接入系统中央监控系统，构建数据共享交换，既可当地操作也能上传下达的分层分布系统。系统中央监控管理站EMS 全时动态能源管理系统在大型设施中应用时，根据用户管理需要设置全设施能耗统一的监控管理中心(CMS)， 又称为全设施能耗中央监控站，以方便进行全设施能耗系统的统一管理。这样的监控中心往往设置在与其他智能系统公用的建筑内统一调度管理控制中心。有关的实际中央监控站的情形可参见右图。图三EMS 全时动态能源管理系统中央监控管理站包括主备服务器、应用操作站、维护工程师站、报表打印机、告警管理设备以及网络通讯设备等，此外还包括系统工作电源系统（UPS 等。 其他系统包括设施级的管理信息系统都从中央监控站接入EMS 全时动态能源管理系统获得有关能耗设施的能耗数据。图四大型动态能源管理系统的构建如上图所示，将由通过网络联结的全设施分区动态能源管理系统和中央监控站构成，是典型的分层分布网络结构，其中网络构成了全局和全设施监控管理中心的桥梁。在类似大型工厂、园区建筑、油田和港口基础设施等大型设施中，电力、燃气、水等分类能耗系统基本是分散分布的，呈现多个区域中心的团组结构，因此建构全设施级动态能源管理系统时，最优化的系统框架将是以各区域中心为基础的分散分布网络，其中每个分区:动态能源管理系统构成一个小型EMS 网络，成为EMS 子站网络。分区动态能源管理系统的通讯管理与数据处理由当地管理单元（EMS_LCU）执行。EMS_LCU 与本区域内安装在各能耗设备上的电能计量装置、流量计、温度传感器、压力传感器、电动机控制单元、柴油发电机组管理单元GMU、UPS 智能管理模块、空调机组、给排水系统等进数据通讯，实现对能耗系统和耗能设施的能耗参数的测量监视管理，同时同设施中央监控站进行数据通讯，上传运行数据接收下发管理控制指令。EMS_LCU 在需要时可以配置人机界面进行当地值班管理，一般由维护工程师使用移动维护站进行日常巡视维护。网络结构EMS 全时动态能源管理系统中央监控管理站与分区EMS_LCU 间数据通讯网络根据设施实际状况可以采用多种通讯介质，网络结构也可随需变化。EMS 全时动态能源管理系统应用于大型设施能源管理系统的典型架构如下图所示图五EMS 全时动态能源管理系统的测控管理对象是建筑设施内的电力、燃气、水等各分类能耗系统，通过带有通讯功能的智能测控装置采集能耗数据，并与中央监控站通讯，实现对建筑整体能耗状况的集中监测管理，参考如下图示意。根据建筑用能类别，分类能耗数据采集包括电量、水耗量、燃气量、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量、其他能源应用量（如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等）。图六电能系统管理在企业和建筑设施中，电力设施主要包括照明、空调系统和各类动力设备设施。采用多功能电能表采集各个回路电能参数（包括三相电流、电压、有功功率、功率因数、有功电能、最大需量、总谐波含量等），将采集的电能参数通过485 总线传到各分区子站或中央监控站进行处理存储，统计电能消耗量，进行能耗状态分析等。冷( 热) 量管理对于集中供热与供冷系统设施。采用设置在分集水器总管道上的带485 通讯接口的热量表对系统总供冷及供热量进行计量，通过485 总线上传到各分区子站或中央监控站，计算冷热量消耗量。燃气系统管理燃气消耗设施主要包括燃气空调、燃气锅炉等设施，采用带485 通讯接口的气体流量计采集建筑燃气管道总入口阀门处气体流量及各个功能分支管道入口阀门处的气体流量，通过485 总线上传到各分区子站或中央监控站，计算燃气消耗量。水资源系统管理水的消耗主要是办公生活用水、空调系统用水、食堂饮食用水及保洁、绿化用水。采用带485 通讯接口的液体流量计采集建筑供水管道总入口阀门处的水流量及各个功能分支管道入口阀门处的水流量，通过485 总线上传到各分区子站或中央监控站，计算水耗量。建筑能耗监测将各能耗数据通过总线传到中央监控站后，操作人员可通过监控计算机对电力、燃气、水等能耗状况进行实时监测管理，计算能耗总量，分析能耗趋势，采取有效措施降低能耗及运营成本。技术文件和图纸全时动态能源管理系统涉及多方面技术的相互配合，如需深入了解请洽本公司客户技术服务部门获取有关技术文件和典型图纸电子版。EMS软件功能系统软件EMS 全时动态能源管理系统采用了基于用户电力、燃气、水等能耗系统地理布置的图形化虚拟环境界面， 实现具有高度现场感的操作体验；系统带有丰富的控制管理工具和图形、声音等多媒体功能，方便灵活的实现对建筑能耗系统的参数采集管理、能耗信息的详细记录及趋势分析等。EMS 全时动态能源管理系统软件以开放平台监控软件为基础开发，具备可与其他系统集成的兼容和开放的接口与数据库，如企业资源计划ERP/MRP II（如SAP/R3 等）、集成制造管理系统CIMS/MES 和智能楼宇系统BAS 等监测管理功能采用建筑模拟图、电气单线图和供水供气管网图等系统图形设施界面，实现对导则要求的建筑基本情况和电力、燃气、水等各分类能耗状态及能耗参数的直观监测管理。数据采集系统采集的来自测控管理装置的能耗参数包括: 电量(I、U、Hz、P、Q、kWh 等)； 水耗量(m3 / h）； 燃气量(m3 / h）； 集中供热耗热量； 集中供冷耗冷量； 其他能源应用量（如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等）； 温度、压力等状态参数。并可对采集的能耗参数进行有效性验证、分项能耗数据计算、分类能耗数据计算、建筑总能耗计算等，并存储更新数据库，判断能耗状态，进行报警提示。状态监测与报警对于正常操作、异常状态和事故等可实现按告警重要性等级分类的多媒体告警，包括监控显示器画面和语音提示。操作管理对于所有装设了带有控制功能的测控管理装置的能耗设备，在控制中心可进行操作管理和调节，如： 断路器的开关、电机的启停、电容无功补偿的投切、直流系统充放电、变压器分接开关档位的投退、发电机的启停等状态的监视与管理； 冷冻机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、新风机组等的运行状态的监视与管理； 水泵、热水循环泵等的运行状态的监视与管理。能耗管理与数据报表为了更加科学、规范地实现对公共建筑能耗系统的实时监测，EMS 全时动态能源管理系统的软件设计参考了国家住房与城乡建设部颁发的国家机关办公建筑及大型公共建筑能耗监测系统技术导则按照导则相关设计要求进行各分类、分项能耗数据的实时采集、传输处理及分析管理，对建筑基本情况和电力、燃气、水各分类能耗参数进行汇总统计、实时显示，并根据用户要求生成和定时打印各类报表，生成各类相关能耗指标图表，帮助用户实现能耗的智能化管理，具体包括：建筑基本情况、分类分项能耗情况及相关能耗指标显示： 建筑基本情况数据：包括建筑名称、建筑地址、建设年代、建筑层数、建筑功能、建筑总面积、空调面积、采 暖面 积、建筑空调系统形式等表征建筑规模、建筑功能、建筑用能特点的参数； 分类能耗：电量、水耗量、燃气量、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量； 电量分项能耗：系统将根据不同建筑统计要求，提供明细电量分项能耗指标，包括照 明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电等等； 能耗指标：系统将提供建筑总能耗( 折算标准煤量)、总用电量、分类能耗量、分项用电量、单位建筑面积用电量、单位空调面积用电量、单位建筑面积分类能耗量、单位空调面积分类能耗量、单位建筑面积分项用电量、单位空调面积分项用电量等等能耗指标报表。各监测支路的以上各分类分项能耗逐时原始读数列表： 各监测支路的以上各分类分项能耗逐时、逐日、逐月、逐年能耗值（列表图）； 各类相关能耗指标图、表，包括：饼图、柱状图（普通柱状图以及堆栈柱图）; 线图、区域图、分布图、混合图、甘特图、仪表盘或动画等; 与同类参考建筑相关能耗指标（如标杆值、平均值等）的比较（列表和图）。历史记录与趋势分析系统收集各监测管理装置采集的能耗数据，并存储在一个开放式数据库中予以保存，系统可保存长时段（多年）的历史记录。系统可以标准和设定文件格式随时调用和打印上述历史数据。根据历史数据记录可进行各参数的年度、月度和日变化趋势分析，进行分类和综合比较分析，为节能降耗提供依据。故障分析与设备维护管理系统依据建筑基本数据采集、实时的分类和分项能耗数据记录和趋势曲线记录可进行故障和事件的成因分析；此外，系统统计开关等设备的状态参数和累积寿命参数，可据此提出设备维护预告。成本分析系统提供的辅助管理工具，可以帮助进行能耗成本分摊分析，从而实现能耗管理的组织优化。EMS 系统数据处理硬件主站系统功能应用 系统数据运行所需硬件平台，实现现场运行参数与状态实时信息的汇集处理与归纳显示，生成各种数据图表、历史曲线和网页，提供值班操作的人机交流界面； 可根据系统规模和实际功能需求进行配置。配置 标准配置数据处理硬件：系统服务器、系统操站； 功能增强所需选配硬件：系统维护移动工作站、工程师工作站、网页服务器； 系统辅助功能硬件：报表打印机、系统多媒体告警装置、远程告警装置。有关上述硬件的基本入门配置如下表所示：图七分区操作站EMS-DCU功能应用适用于大型设施的分区当地值班操作管理，设有反映该分区所有能源设施实时运行数据的人机界面可执行运行值班监视和授权操作等功能。配置 人机界面：标准为12 寸液晶显示器，可选配15、17、19、22 寸等多种规格液晶显示器或触摸屏； 软件版本：EMS_DCU； 数据通讯：配置 RS485 接口和以太网接口，下行MODBUS RTU 或MODBUS TCP/IP 通讯协议； 工作电源：标准220VAC50Hz，备用自持电源30 分钟；220VDC 可选。其他 电气认证：CE 认证； 数据库标准/ 应用软件：支持国际标准 OPC 和 COM/DCOM、 ActiveX 等应用工具ACCES、SQL、Server、Oracle、Sybase、Informix、DB2 等国际标准数据库。EMS系统软件功能应用系统数据的采集、存储、运算、分析与显示等，实现现场运行参数与状态实时信息的汇集处理与归纳显示，生成各种数据图表与历史曲线，提供值班操作的人机交流界面。配置 系统主站服务器软件：EMS2006 SERVER.K*（据系统规模自500.，200000）； 系统操作站软件：EMS2006.CLIENT； 数据库模块：EMS/DB * I/O（据系统规模自500.，200000）； 多媒体报警软件模块：FA V.100； 网络通讯软件模块：MB100； 多重冗余： 硬件级； 现场总线网络级； LAN 网络级； SCADA 级。EMS 网络设备通讯子站单元应用于实现分区内的能耗数据传输，将分区内能耗数据上传到中央监控站，有以下三种型号：图八图九EMS 典型案例行政大楼概况某行政办公大楼面积14.6 万平方米，有1600KVA 变压器8 台，2 台800KW 的柴油发动机。常规情况下，该行政大楼每年每平方米建筑用电量为41 度，用水量为0.5 吨，用气量0.071 吨。系统概况本项目配电系统包括4 个位于不同区域的高低压配电房，总高压配电房采用单母分段接线，从变电站引来两路独立10kV 电源，每路均能承担本工程全部负荷，两路电源同时工作，互为备用，当其中一路环网电源发生故障时，另外一路环网电源通过联络柜带上所有负载。高压进线通过环网柜接入配电变压器，供给低压配电系统用电。系统配置描述本项目EMS 全时动态能源管理系统采用分层分布式系统体系结构