能源管理系統(tǒng)(Energy management systems，簡稱EMS)實施能源的扁平化管理。EMS建成集過程監(jiān)控、能源調(diào)度、能源管理為一體的企業(yè)級管控一體化計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)對能源的發(fā)生、儲配、轉(zhuǎn)換、消耗進行系統(tǒng)管理；具備完備的信息、科學(xué)的分析能力、安全高效的調(diào)度技術(shù)。
1 能源管理系統(tǒng)總體設(shè)計
1.1 設(shè)計原則
系統(tǒng)設(shè)計充分考慮到企業(yè)對各種能源介質(zhì)進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度和平衡優(yōu)化的要求，以及對無人值守站所設(shè)備進行遠程操作和控制的要求。并充分滿足過程控制、信息管理和數(shù)據(jù)庫的一體化系統(tǒng)集成需求。
在系統(tǒng)設(shè)計過程中還考慮EMS對海量信息的處理、無人職守的技術(shù)安全、快速的響應(yīng)能力等特別需求，選用先進并且成熟的解決方案。同時，除了能滿足當前需要外，還充分考慮了時間、空間上的可擴充性，采用開放的體系結(jié)構(gòu)，增強與第三方的可連接性，并且易于擴充。以延長系統(tǒng)的生命周期，增強發(fā)展后勁，適應(yīng)市場激烈競爭的需要。
1.2 系統(tǒng)架構(gòu)
能源管理系統(tǒng)從功能層次上設(shè)計為三層結(jié)構(gòu)。底層為信息采集層，中層為實時數(shù)據(jù)處理層，上層為應(yīng)用管理層。信號采集層由RTU、PLC、遠程I/O等采集設(shè)備組成，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和實時控制；中層主要設(shè)備是I/O服務(wù)器，主要完成實時數(shù)據(jù)處理和短時歸檔；上層主設(shè)備有應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、工程師站、操作員工作站、大屏幕控制系統(tǒng)等。上述設(shè)在各種軟件支持下組成功能齊全的系統(tǒng)，實現(xiàn)過程控制、平衡調(diào)度能源信息管理管理。
2 應(yīng)用功能概要說明
EMS應(yīng)用功能主要由過程監(jiān)控和能源信息管理兩部分組成。
2.1 過程監(jiān)控
EMS過程監(jiān)控主要是通過現(xiàn)場采集站把現(xiàn)場實時狀態(tài)采集到EMS中，通過EMS畫面展現(xiàn)給用戶，并為調(diào)度提供操控手段。
過程監(jiān)控把所有信息做歸納整理，分區(qū)分時間存儲在實時數(shù)據(jù)庫中，提供趨勢、報警、報表等功能。按介質(zhì)或?qū)ο蟛煌譃槲鍌�子系統(tǒng)：
1)供配電系統(tǒng)：包括總降變電站、區(qū)域變電站、發(fā)電站等，不包括各車間變電站、電氣室、開關(guān)站；但特別重要，負荷特別大的車間變電站，可做監(jiān)視。便于調(diào)度了解大負荷的投退。需要監(jiān)控的變電站，主要實現(xiàn)四遙功能。遙控無人值守變電站的開關(guān)、刀閘、變壓器有載調(diào)壓裝置分接頭：遙信包括開關(guān)刀閘、故障報警、保護動作、火災(zāi)報警、門禁等；遙測包括每個間隔的電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電壓、頻率、檔位等，根據(jù)實際情況。每個間隔只取部分遙測；管轄范圍內(nèi)所有電度量信號。車間變電站等有人值守站所，不做遙控，根據(jù)需要可以監(jiān)視。
2)煤氣系統(tǒng)：管理動力廠所管轄的煤氣柜、煤氣放散塔、煤氣加壓站、煤氣混合裝置對這些區(qū)域的設(shè)備實現(xiàn)監(jiān)視；無人值守的站所實現(xiàn)遙控。
3)其他氣體：包括蒸汽系統(tǒng)、高爐鼓風系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、氧氮氙系統(tǒng)。蒸汽系統(tǒng)、高爐鼓風系統(tǒng)的生產(chǎn)單元都與現(xiàn)場其他主工藝密切相關(guān)，所以控制都在現(xiàn)場進行，EMS只監(jiān)視；氧氮氬系統(tǒng)工藝復(fù)雜，必須在現(xiàn)場控制，EMS只采集信息。壓縮空氣系統(tǒng)只對區(qū)域性的空壓站做監(jiān)控。
4)水系統(tǒng)：現(xiàn)場水站分為取水站、管網(wǎng)送水站、各車間循環(huán)水站、污水站等。循環(huán)水站是配合各主工藝單元，操作都在工藝單元側(cè)控制。EMS只管理管網(wǎng)的送水泵站，對送水泵控制，穩(wěn)定水壓。
5)環(huán)境監(jiān)測：EMS對全廠除塵器進行管理，了解現(xiàn)場除塵器的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。對全廠其他環(huán)保數(shù)據(jù)實現(xiàn)監(jiān)測，有排水水質(zhì)、粉塵、NO2等。
2.2 能源信息管理
能源信息管理主要利用實時數(shù)據(jù)庫提供的生產(chǎn)實績信息，ERP、MES系統(tǒng)提供的生產(chǎn)、計劃信息，以及系統(tǒng)存入的一些技術(shù)參數(shù)，對能源進行精細管理。挖掘節(jié)能潛力。通過系統(tǒng)提供的總結(jié)數(shù)據(jù)作為基準對各用戶進行考核，強化節(jié)能意識。主要功能有：能源實績平衡分析、能源計劃管理、能源預(yù)測優(yōu)化調(diào)度、能源成本管理、能源質(zhì)量管理、能源設(shè)備運行管理、能源報表管理、基于WEB運行管理支持、用電系統(tǒng)優(yōu)化、能源GIS、循環(huán)經(jīng)濟管理等。如圖1所示。
圖1 能源信息管理模塊關(guān)系圖
3 能源信息數(shù)據(jù)采集說明
能源信息采集數(shù)據(jù)主要包括：外購能源的購入量、使用量，損失量及質(zhì)量；自產(chǎn)能源的生產(chǎn)量、分配量、消耗量、損失量及質(zhì)量；能源管網(wǎng)參數(shù)，重點能源設(shè)備運行參數(shù)，重點工藝設(shè)備和能源設(shè)備的安全與報警信息；能源計算有關(guān)的產(chǎn)量、質(zhì)量和成品率等數(shù)據(jù)。
能源管理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)主要有三大來源：
EMS從現(xiàn)場采集站以在線方式采集處理的能源數(shù)據(jù)；
通過離線輸入EMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，如定額、價格、資源量等；
從其它信息系統(tǒng)(EMP，MES)獲得的信息，如生產(chǎn)計劃、產(chǎn)量實績等。
在線采集數(shù)據(jù)主要包括：
電力系統(tǒng)的電量、電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等；
動力系統(tǒng)的流量、壓力、柜位、溫度等：
給排水系統(tǒng)的流量、壓力、水位等；
重點能源設(shè)備的運行參數(shù)；
4 能源管理數(shù)據(jù)處理、歸檔
該部分使用成熟的數(shù)據(jù)平臺，主要提供標簽配置、標簽中心、標簽寫入器、標簽讀取器、標簽緩存器、標簽初始化器、消息中心等后臺服務(wù)。
4.1 標簽
定義：
存儲在標簽中心中的過程量，以名稱作為唯一標記，如“BF6.CO2”。為詳細說明，標簽還應(yīng)該具有類型、來源、單位、說明等屬性。
分類：
4.1.1 直接過程量
直接從一級接收的量，如溫度、壓力、流量、閥門開度。周期采集量，模擬信號，等時間周期采集，如溫度、壓力、流量。開關(guān)量，數(shù)字(binary)信號，僅當值發(fā)生改變時讀取，如閥門狀態(tài)。
間接過程量，過程系統(tǒng)間接計算的量，提供無法直接測量的值。
1)事件標簽�？梢钥闯山M合幾個單一事件成為高級過程事件；
2)計算標簽。過程量的組合計算得到一個更復(fù)雜的過程量。
4.2 標簽獲取
基于靈活的C/S模式，標簽中心作為服務(wù)器接收和發(fā)送全部過程量。它接收各種過程量并在內(nèi)存中保存。當被請求數(shù)據(jù)時，標簽中心發(fā)送數(shù)據(jù)到其他進程進一步處理；
當獲取數(shù)據(jù)時，幾個進程負責向標簽中心發(fā)送數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)啟動時，各進程從數(shù)據(jù)庫配置表中檢查其要處理的標簽，包括標簽掃描周期、一級位置、條件、公式。運行期間，數(shù)據(jù)從一級和其他進程發(fā)送到標簽中心做進一步處理的分發(fā)，具體分工如表1所示。
表1
一級通訊處理器：從數(shù)據(jù)庫配置(LIOPC-TAG表)中讀標簽名、掃描率，然后通過OPC Server從PLC上讀數(shù)后發(fā)送給標簽中心；標簽計算器、事件標簽生成器：首先標簽中心發(fā)送必要的計算輸入量(所需數(shù)據(jù)的配置在數(shù)據(jù)庫中)。計算結(jié)果發(fā)送回標簽中心。
4.3 數(shù)據(jù)處理和存儲
數(shù)據(jù)發(fā)送到標簽中心之后其他進程可以使用它們，包括：
1)一級通訊處理器。二級的計算量或模型標簽?zāi)軌虬l(fā)送到一級；
2)數(shù)據(jù)庫寫入器(DB Writer)。存儲到數(shù)據(jù)庫，可以寫統(tǒng)計量如最大、最小、均值；
3)標簽緩存器(Tag Memory)。緩存一定時間的標簽歷史數(shù)據(jù)，提高如趨勢顯示的效率。
圖2 能源數(shù)據(jù)處理流程圖
處理過程仍然是啟動時進程從數(shù)據(jù)庫配置表中獲取要處理的標簽。標簽中心為每個過程量維護一個訂閱者集合。當過程量有變時通知訂閱者，訂閱者進行計算。
5 結(jié)束語
該系統(tǒng)為生產(chǎn)管理提供了一個對各種能源介質(zhì)進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度和平衡優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)化的能源信息管理平臺，系統(tǒng)設(shè)計過程中充分考慮到了可靠性、實時性、擴展性、安全性、易維護性的原則，提供了先進與友好的圖形人機界面功能，讓使用者方便快捷共享各種能源數(shù)據(jù)信息。
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本文標題：基于AriEMS框架下能源管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
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