南山科技-冶金工业能源管理系统

1、1 概述今天，制造业竞争越来越激烈，如何在实现生产目标的同时将运作成本降到最低，已经成为挑战性的任务。随着能源价格不断上涨，能源成本的增加已经影响到公司收益，要想降低能源开支就必须采取有效的管理方式。 钢铁企业是能源消耗大户，节能一直是困扰我国冶金行业的重大问题，除了依靠节能技术降低能耗外，向能源管理要效益同样是我们努力的方向。传统的能源调度为电力、动力、水道各自独立，采用以电话调度为主的方式进行能源调配，结果是信息量少、响应速度慢、准确性差，已不适应现代化大规模生产的能源调配需要。 能源管理是钢铁企业实现优化资源配置、合理利用能源、改善环境、实现从单一的装备节能向系统优化节能的战略转变的重要

2、措施，也是创建节约型企业、实施清洁生产的必然要求。 建立集中监控管理功能于一身的能源管理系统（EMS，Energy Management System），实现了能源系统电力、动力、水道等各单元的数据采集和控制、集中调度和管理、环保监测和控制、能源介质需求的分析与预测，为提供经济、高质的能源和优质、高效的服务创造了良好条件，同时也为公司能源管理打下良好基础。 监控管理的能源介质主要有：电力、焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、混合煤气、压缩空气、氧气、氮气、氩气、蒸汽、生产水、生活水等。 能源管理系统是以能源管理平台软件、大型实时数据库为基础，并融合了现场总线技术、数据库技术、Web技术、JAVA技术

3、、SCADA/HMI技术、C/S及B/S技术等的一体化数据采集监控优化系统方案，用于监视、分析和控制能源的使用，从而降低能耗成本。 能源中心实现对电、蒸汽、压缩空气、风、燃气和水等有关能源介质的检测及控制，进而完成能源的优化调度和管理，将能耗信息集成，提供有效的分析手段，指导能源的合理配置和利用，实现安全、优良供能、提高工作效率、降低能耗，能源中心设计工作围绕电力、水、动力等三项展开。2 组成结构整个能源管理系统是以计算机为核心并采用流行的、可靠的计算机网络构成的分布式数据采集监控分析管理系统。全厂设置一个集中能源动力管理监控中心。全厂能源动力管理监控中心通过网络从各信息采集点中获取能源数据，

4、实现全厂的能源数据集中监控和管理，并统一发布调度指令。全厂能源动力管理监控中心和各信息采集点间通过能源专用网络有机的结合在一起构成一个完整的系统。 能源管理系统采用国外成熟的大型实时历史数据库为基础数据应用平台，并以与之相配套的数据可视化软件为WEB实时信息组装平台，通过基于该实时数据库平台的二次软件应用开发，基于模型库的数据优化分析VC+开发来建立企业统一的能源系统信息集成及管理平台。 对于电气（变电站）监控，设置具有自有知识产权的PowerSys SCADA电力调度自动化系统，实现供电系统统一监控和调度；水、动力系统的监控使用国外专业公司的SCADA组态软件。各种能源介质的预测，优化分析除

5、针对单独介质局部实现以外，同时提供建立在大型实时数据库平台之上数据的全局分析。 能源中心管理系统的软件体系结构如下图所示： 能源中心管理系统的网络架构如下图所示： 2.1 系统架构EMS的基本网络结构按功能的不同分成三个层次(如图所示。底层为信号采集层，中层为实时数据处理层，上层为应用管理层。信号采集层由子站和远程站组成，主要实现分布数据的集中采集、实时控制。采集站间采用环型拓扑结构，由光纤组成工业以太网，网络传输速率1000Mb/s。中层的主要设备是I/0服务器，作为底层和上层之间的桥梁，主要完成实时数据的处理、短时归档；还包括工程师站、HMI操作员站、大屏幕控制器和网络打印机等，主要完成人

6、机交互和管理等功能。上层包括应用服务器、数据库服务器、WEB服务器、防火墙，上层中央以太网采用双绞线连接、TCP/IP协议、总线结构，网络传输速率1000 Mb/s。采用千兆工业以太网设备组建控制层，采用千兆以太网设备组建应用层/管理层主干网络。全千兆网络，支持服务器和功能站的千兆接入。为整体网络性能提供保障。现场级网络设备采用可组环的工业级以太网设备，以环网获得低成本的高可靠性网络联接。同时，通过双电源、冗余的信号触点等，保障可靠性。网络管理监控站安装专用网管软件，将实时监控网络设备的运行状况，一旦发现网络链路故障，马上报警。使网络故障在第一时间得以排除，避免多点故障引起网络通讯中断。采用双

7、网络、双服务器冗余热备结构，网络模块可在线热插拔，整个系统在其中一台主机的CPU、磁盘、网络或电源等失败的情况下，仍能正常工作。硬件组成如下图：2.2 系统应用EMS将现场各公用辅助单元按电力、动力、水道系统采集的能源介质过程信号(包括介质趋势、能源设备运行状态、故障报警等采集到服务器，进行数据的基本处理和存储，再将这些信息传送到操作员站、数据库服务器、应用服务器等，进行能源介质系统运行趋势及主要能源设备运行状态的显示、报警、归档和其他处理，同时调度人员可以通过EMS对能源系统主要设备进行运行参数设定、远程操作和实时调整。2.3 软件组成主要的软件应用技术平台包括：实时数据库平台、监控组态软件

8、平台、应用开发平台等。实时数据库平台实时数据库平台要求性能好、容量大、可靠性高、安全性强、支持分布式应用。适用于数据存储、生产管理、先进控制、优化控制、流程模拟等应用，是企业信息化的桥梁，可以提高工厂管控一体化水平，有效降低企业成本。其主要功能特点如下：分布式结构真正的分布式数据库。数据服务器、Web服务器、设备驱动、人机界面、实用工具可任意组合，分别运行在相同或不同机器上。实时数据，历史数据，过程报警，事件等作为整个系统的共有资源，可为其他客户端和数据库共享。高性能历史存储长时间、高分辨率历史存储。历史保存时间可以精确到毫秒级，高效的数据存储算法，不但让你快速存取数据，而且能够进行快速历史数

9、据插值。计算功能支持形式表示各种运算功能，组态方便，层次清晰，便于调试、维护。事故追忆功能与事件相关点的历史状态进行详实记录，以便事后对事件产生原因进行分析。事件的种类、数量、关联点、事件发生前后时间范围等都可以自由指定。多进程与多线程采用多进程与多线程设计模式，系统更稳定。数据库、设备驱动、网络通信、实用工具、人机界面等程序分别是不同进程。由于进程运行在独立的地址空间中，一个程序的错误不会影响到另一个程序。同时可以将不同进程放到不同机器中，从而更合理的分配机器负荷，将重要的控制运算功能放到更为安全的机器上。同时，因为每个程序功能较单一，结构清晰，独立性强，调试和维护更加方便，因此能够更好的保

10、证数据的实时性和可靠性，适合于大型应用。在线修改可在线修改数据库组态内容，组态完后，不必重新启动数据库，就可以将组态内容下装到数据库中。多种开放接口用户可以通过系统提供的API接口，COM控件，OPC服务器、DDE服务器与数据库进行通讯。与关系型数据库无缝连接通过简单组态即可完成与关系数据库双向数据交换，也可以利用脚本实现更复杂的数据库操作、也可以通过SQL功能块实现事件驱动式的数据交互。其他实用工具系统还提供了许多其他工具，如查询工具、过程趋势统计分析工具、数据浏览器、系统监控台等。国外比较成熟的数据库平台有：GE Proficy iHistorian、Wondware Historian（

11、InSQL）、OSI PI、Honeywell-PHD。监控软件平台PowerSys是由南山科技推出的面向电力调度、集控的新一代计算机数据采集和监控系统。PowerSys是由南山科技推出的面向电力调度、集控的新一代计算机数据采集和监控系统。PowreSys以Windows2000/2003操作系统为基础，采用实时层次数据库和MS SQL Server关系数据库相结合技术，既保证响应速度，又具有通用性。系统可作为实时监控系统开发平台，网络采用Softbus软总线技术。本系统除具有完善的SCADA功能之外，还充分运用先进的网络技术，数据库技术，支持电力EMS/DMS高层电力应用软件。PowerSy

12、s系统具有很好的开放性，稳定性和可扩充性。系统主要功能：数据采集和处理数据库的建立和维护控制操作报警处理事件顺序记录及事故追忆画面生成及显示在线计算及制表电能量处理时钟同步人机界面接口（HMI）系统自诊断与恢复外部系统和设备通信接口实时WEB管理通用SCADA监控软件平台需要一个支持可伸缩的，灵活的，可靠的工业自动化监控系统应用，它能够确保重要的生产数据随时易用，从而使你的生产运营轻松无压，也可以根据变化的需要，随时扩展和修改我们的系统。SCADA监控组态软件种类很多，应该结合现场PLC/RTU采集控制设备和站级监控软件的配置和应用要求， 给予综合的考虑。系统主要功能：数据采集和控制调节高级报

13、警管理可视化过程图形实时和历史趋势报表生成管理统计过程控制（SPC）多线程的脚本编程语言强大的分析工具商务系统数据集成应用开发接口（API）JavaEE 自动化开发平台使用源码级自动化开发的思想，可以使人员专著于自己的应用需求，实现快速建模及标准化程序生成。基于南山软件平台的应用系统开发，可以使工程技术人员不再深陷于底层平台和一些技术细节问题的处理上，而是全力集中在业务和业务逻辑的处理，并通过自动化的业务组件生成、应用组装等技术，节省开发人员70-90%的工作量。一个典型的开发流程，如下图所示。开发人员首先针对项目或产品进行分割，直到获得一个个的业务对象，在南山软件平台里直接生成它所对应的业务

14、组件。这些业务组件将包括数据库相关的脚本、Java代码(Bean、BeanAction和JSP代码，从功能上覆盖了工作流、业务数据的新建、修改、删除、列表、查看、权限等。这些代码可以方便地进行二次开发。采用JAVA开发工具，按MVC的设计框架，符合J2EE规范无平台、环境的依赖性，可以灵活布署在任何一台J2EE应用服务器上，不依赖操作系统，很便利的在各种主流数据库软件间进行转换能显著提高软件开发生产力平台工具对开发人员技术要求不高，能明显降低软件开发的技术门槛平台工具及相应系统应用框架易于上手，操作便利，可以灵活的进行系统移植和开发良好的售前、售后技术服务体系，全方位的技术支持方式尽量减少人员

15、投入，缩短开发时间，软件质量高JavaEE开发平台可以与实时数据库平台很好的集成，提高稳定性和开发效率。3 系统功能能源管理系统的功能主要包括：数据采集、实时调控、实时数据平台的建立、实时数据再现、历史数据的分析、报表生成、WEB服务、能源数据分类查询、能源量参数分类统计、优化分析、负荷预测等功能。能源中心实时监控与信息管理系统的总目标是建立一个全局性的能源管理系统，构成覆盖基础自动化、过程监控及管理三个功能层次的计算机网络系统，并建立数据通讯网络，完成监测、控制、优化、故障诊断等各类应用软件，实现对电、蒸汽、压缩空气、燃煤和水等有关能源介质的自动控制及监测，进而完成能源的优化调度和管理。实现

16、安全、优良供能、提高工作效率、降低能耗，从而达到降低产品成本的目的。其中包括数据采集，现场监控，数据发布，和数据分析管理。EMS系统将能耗信息集成，提供有效的分析手段，指导能源的合理配置和利用，实现安全、优良供能、提高工作效率、降低能耗,能源中心功能设计围绕电力、水、动力等三项展开。EMS系统监控管理的能源介质有：电力、焦炉煤气、高炉煤气、压缩空气、氧气、氮气、氩、蒸汽以及各种水等。a.电力设施：输电设施、发电设施；b.给排水系统：水源、用水量、给排水系统设置；c.燃气、气系统：高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、氧气站，厂区及车间燃气管道及氧气、氮气、氩气球罐；d.热力系统概况：高炉冷风、蒸汽、压

17、缩空气及脱盐水等介质的生产及供应。能源中心管理系统的系统功能架构如下图所示：3.1 无人站室监控及操作除分区控制外，可以应管理要求在能源中心对无人站室进行远方监控。3.2 生产管理及设备分析根据现场设备运行记录，结合设备工艺参数，综合统计分析，完成设备管理，设备分析功能，辅助生产管理。3.3 能源实绩能源管理系统通过遍布全厂的能源测控点全面控制和管理能源管网和设备，为生产调度提供准确、实时的工艺数据、运行参数，保证生产的正常运行。出具实绩报表，及趋势图等。由于电力的特殊性，采用南山高科自主研发并大量应用的调度自动化系统PowerSys，本系统可以提供数据给实时数据库平台。为增强操作安全，可在变

18、电站装设五防闭锁系统，无人站实现五防逻辑，增加操作的安全性。对于水、燃气及其他介质的监控，结合现场已有控制系统的使用情况，可以选用前述的SCADA监控系列软件。3.4 能源计量对全厂的水、电、蒸汽、压缩空气、燃煤等能源点进出口量进行计量与监测，为上层应用服务。电力系统单独装设电能量采集系统，在每个变电站装设电能量采集终端，该终端采集站内智能表的数据，同时将数据送入调度中心的电能量采集系统后台。方便进行网损分析及准确核算用电量和计算用电成本。该数据可采集进入实时库，供其他应用使用数据。3.5 能源指标进行指标核算，如能耗指标、考核指标等，方便进行指标管理。3.6 能源质量计算出有关能源质量分析的数据，方便管理。3.7 能源协调能源平衡及能源供需计划的实现和管理。3.8 能源预测预测各种能源介质的需量，提高能源准备，保证能源供应。为下一步生产计划提供一定的参考。3.9 能源优化根据与能源相关的边界条件及工厂工艺参数等进行优化，对运行进行指导。4 设计原则4.1 安全性采用安全可靠的隔离技术，在EMS实时网络与ERP网络之间建立数据传输通道。同时，EMS系统应具有完备的策略以保证EMS