能源管理中心技术方案1

许继集团能源管理中心监控及配电智能工程实施

技

术

方

案

2012.1

一、概述

在我国的能源消耗中，工业是我国能源消耗的大户，能源消耗量占全国能源消耗总量的70%左右。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》提出：“十一五”期末单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20%左右，这一指标是“十一五”规划目标中最重要的约束性指标之一，也是我国“十一五”期间节能工作的奋斗目标。因此，加强企业能源计量管理，开展企业节能降耗行动，提高能源利用率是减少资源消耗、保护环境的最有效途径，也是我国走新型工业化道路的重要内容，这对于提高企业经济效益，缓解社会经济发展面临的能源和环境约束，完成“十一五”规划目标有着十分重要的意义。

为了能使企业更好的完成资源调配、组织生产、部门结算、成本核算，需要建立一套有效的自动化能源数据获取系统，对能源供应进行监测，以便企业实时掌握能源状况，为实现能源自动化调控扎下坚实的数据基础，同时方便企业的计量和成本核算工作。

能源数据具有标准化、专业化、科学化、时效性强的特点，采集难度较高。同时，考虑到能源数据对于企业决策的重要意义，以及能源本身具备危险性的特点，需要对企业建立的能源数据获取系统提出更高的要求。因此，企业能源管理系统（以下简称EMS）必须满足专业性强、实时性好、可进行远程资料交换、可用性强的需求。

二、企业能源管理的现状和需求

企业认识到数据资料对于企业管理的重要性，并采用各种仪器、仪表对能源数据进行采集，并派专人对仪器、仪表、与采集的数据进行现场维护、抄取，并逐级统计、上报，建立数据库对数据进行管理。这样的缺点是手工操作效率低，不能满足大范围的数据采集需要。因此，建立企业能源管理系统，是深化企业管理、维护企业的正常运营具有重要意义。

企业能源管理系统对于一个企业来说其安装范围包括总厂供水用量（无论是地下水还是城市管网供水）数据采集，供水水压，水温等实时数据采集，各个分厂供水用量数据采集，其他相关独立核算部门数据采集等。各个分厂产品产量采集等。动力分厂实时供给数据采集，动力分厂生产各种能源产品实时数据采集或登记等。其他各种能源的总厂供给数据和各个独立核算单位的供给数据采集或记录。由于企业能源管理是一个复杂和庞大的计算机信息化系统。这需要企业内部完善的企业局域网（Intranet）系统的有力支持。就目前各个企业的现状而言，基本上都建立起了其内部Intranet，而且建立在企业内部局域网系统的各种应用系统也在逐渐完善的过程中，企业能源管理系统就是建立在企业内部局域网系统的一种应用系统，它需要与企业其他应用系统（如企业内部办公系统）紧密结合，协调完成各项工作。

由于能源管理系统涉及范围广、数量和类别较多，所采用的通信协议不一致，各个企业所采用的计量设备也千差万别，各个企业和分厂车间的不同能源系统也不尽相同。因此，我们采用统一管理界面，分别采集的方法。在下面系统结构中我们会详细介绍。

三、企业能源管理系统解决方案

3.1系统概述

企业能源管理系统是依托计算机网络技术、通信技术、计量控制技术等信息化技术，实现能源管理、能源调度、能源计量的数字化、网络化和空间可视化，完善能源基础数据体系，为重点能耗企业建立一套科学完善的能源利用监督、管理、评价体系，创新能源管理模式，系统的总目标是：采用智能技术组建数据库、构建智能化的能源管理信息系统，实现对重点能耗企业能源利用状况进行实时、准确的动态监管，以现代技术手段加强节能管理，加大节能监管力度，提企业节能工作的管理水平。

通过该系统的实施，能够达到以下几个目的：

一是实现两个层次的服务，即一方面为企业领导提供直观、简明、快捷的数据信息查询和决策支持服务；另一方面是为相关管理部门实现企业能源消耗情况的动态数据和信息共享服务。

二是系统的运行能够充分利用现代网络技术和数据库，通过与企业生产网络平台的对接，实现信息快速传递、共享、管理和应用。

三是利用数学模型、预测和预警、数据仓库和数据挖掘等理论方法和技术对有关数据进行深入的加工处理及分析，以提高监控数据的应用水平。

3.2系统需求

企业能源管理系统包括能源信息管理中心控制系统(EMS系统)、供电调度自动化系统、供气监控系统、供水(蒸汽)调度系统、网络建设、计量计费系统。

EMS系统负责能源分析，它是基于电力调度、能源调度和计量实时数据的高级分析。

能源监控系统包括能源调度中心(SCADA)和汽水热站现地监控。实现对企业能源动力数据的集中处理、图像化显示及报表打印、越限报警及WEB发布等功能。

计量计费系统包括计量计费主站和电水气热等现地计量，能完成各种能源计量数据的采集，处理，历史数据存储，计量计费等功能。

各现地子系统根据实际情况，采用工业级冗余环形以太网方式，将数据上传至电力调度、能源调度、计量主站。

3.3系统构架

3.3.1系统体系架构：

系统设计采用InFusion的面向对象、面向服务（OO SOA）的ArchestrA架构进行集成，在能源管理信息系统专用局域网络里，位于PLC /DCS层和ERP层间的应用软件将通过OO SOA架构结合在一起。

基于OO SOA 架构的集成策略

InFusion ArchestrA 架构的核心是“工厂数据模型”，该模型利用专用的应用软件，对物理过程的控制和管理进行逻辑表述。

3.3.2 系统逻辑架构

系统在逻辑上分五个部分，即：电力监控、能源监控、计量计费、图像监控、能源分析。这五个部分既相互独立各成系统，又紧密互联溶为一体，五个部分协同工作，全面完成全厂的能源信息管理任务。 3.3.3网络部署架构网络入口

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3.4系统功能

EMS系统是通过先进的网络化、数字化、信息化技术建立一个灵活、全面的生产管理平台，以实时数据库系统为核心，全面、实时、有效地集成生产数据，为作业优化提供依据，实现从生产一线到管理决策，从计划信息到车间业务执行，从产品管理到现场操作的信息无缝整合，使企业能源管理与能源生产使用的全过程有机结合，深度挖掘生产过程的根源性问题，达到生产能力和管理水平的同步提高。

3.4.1EMS系统主要创新点

◆EMS软件架构设计采用网络分布式体系结构，以软总线和组件为基础共同组成系

统底层的数据交互接口，为企业综合的能源管理提供开放的应用平台。

◆系统将企业用能状况作为监测和管理对象进行规划设计，数据信息的建模基于

IEC61970的CIM参考模型定义，并在关系型数据库上做持久化处理，实现诸多形

式能源的统一描述和定义。

◆系统参照ISA-95MES标准对系统的软件功能，物理模型、业务流程和生产流程进行

定义和部署，将各生产流程中的诸多能源统一归纳集中管理，为企业ERP系统、MES

系统和相关职能部门的PCS系统提供开放的能源数据接口。

◆系统采用创新的单总线多协议共享通讯技术，实现与生产现场的PCS系统包括DCS、

PLC、智能监测仪表和计量仪表等的接口设计能够方便组态，并且可将处在同一地

点的多个不同类型的设备集中后经过单一通道上传到能源中心系统，做到既节省了

通讯设施的建设投资，也能达到可靠通讯的目的。

◆系统采用现场数据采集技术采集数据，不再依赖手工录入，采集并存储现场的实时

数据、对实时及历史能源数据处理进行系统分析和处理，剥离对人工输入的依赖性，

规避了人工输入过程中数据出错的风险，提高了数据的准确性，绘制能源消耗的实

时曲线，实时反映能源消耗情况。

◆系统通过对能源数据的实时分析，动态跟踪能源消耗，根据历史数据，进行数据挖

掘，并以一定权重预测下一生产时间单位生产一定数量的产品所需消耗能源总量，

来完成能源预测，实现能源购进及生产。

◆系统引入能源生产、供应动态系统平衡调度的思想，将企业的能源系统自左至右划

分为购入贮存、加工转换、输送分配、最终使用四个环节，将能量划分为供入能量、

有效能量、回收利用和损失能量四个部分，从统筹规划的角度方便企业用户随时跟

踪能源消耗的流向和利用率。

◆系统通过现场能源数据的收集、整理，根据大量历史数据设定设备、工段、班组的

能源额定值，设定能源额定上限，若实际生产过程中耗能值高于下限，则提示报警，

及时提示能耗问题，降低能耗额外损失。

◆系统通过现场能源数据的收集、整理、核实；出具各类直观简洁的生产报表和图表，

同时按照任务书要求进行相关的计算分析与评审，为耗能企业按照国家规定标准厨

具能源审计表。

3.4.2EMS系统的总体目标

建立全面的、统一的能源管理系统数据库：全面、实时的数据是一个企业能源分析和决策基础。对于一个企业来说，能源管理系统的数据采集对象应该包括：

●总厂各种能源（蒸汽、水、电）用量；

●生产设备各种能源（蒸汽、水、电）用量数据及设备本身的关键参数，例如：温度、压力等实时数据；

●各个分厂、车间、工组各种能源（蒸汽、水、电）用量数据及相关产品的产量；

●其他相关独立核算部门各种能源（蒸汽、水、电）用量数据及相关产品的产量；

因此，企业能源管理需要建立一个以工业现场网络和企业管理网络一体化的计算机信息化系统，同时需要与企业其他应用系统（如企业内部办公系统）紧密结合，协调完成企业能源的管理工作。

由于能源管理系统涉及范围广、数量和类别较多，所采用的通信协议不一致，各个企业所采用的计量设备也千差万别，各个企业和分厂车间的不同能源系统也不尽相同。建立的计算机系统需要统一各种现场协议，建立统一的数据采集平台，为企业能源管理系统的基础。

3.4.3系统结构

系统典型的拓扑结构如上图所示，各部分功能如下：

1)EMS数据层：

●通过DCS/PLC获取现场设备的数据，这部分数据分为两部分：基础数据和一次

数据：基础数据是直接从DCS/PLC的读取的数据；一次数据是经过简单处理的

数据，例如：求和、求平均值等。这两部分数据取出后直接存入EMS的数据库

中。

●EMS的数据库分为两部分：实时数据库和关系型数据库，实时数据库主要存储

变化频率比较高的现场设备的历史数据，关系型数据库主要存储变化频率比较

低的现场设备的历史数据。

2)数据访问层：

●主要是对原始数据(EMS数据库)的操作层，而不是指原始数据，也就是说，是

对数据的操作，而不是数据库，具体为业务逻辑层或表示层提供数据服务，但

是和具体业务完全无关。

●为更好的满足用户的需求，这层在实现时需要融入经典的设计模式：抽象工厂

模式，通过这种设计对于不同的数据库进行不同的编程实现，可以满足对不同

主流数据库的支持（例如：SQLServer、Oracle等）

3)业务逻辑层：

●业务逻辑层的关注点主要集中在业务规则的制定、业务流程的实现等与业务需

求有关的系统设计。业务逻辑层在体系架构中的位置非常关键，它扮演了两个

不同的角色。对于数据访问层而言，它是调用者；对于表示层而言，它却是被

调用者。依赖与被依赖的关系都纠结在业务逻辑层上，如何实现依赖关系的解

耦，则是除了实现业务逻辑之外留给设计师的任务。

4)业务外观层：

●业务外观层的目的是隔离系统功能的提供者和使用者，更明确地说，是隔离业

务逻辑层和用户界面层。

●作为系统不同模块之间的调用接口。一个系统通常会包含很多模块，这些模块

相对独立，又可能互相调用。为了减少各个不同部分之间的耦合度，必须采用

一定的设计方法，外观模式就是非常有效的一种，也是业务外观层的基础。

5)用户界面层：

●用户界面层是将数据呈现给用户或处理用户输入的应用程序或系统一部分。用

户界面也称为客户端、前端，它通过输入向服务器请求数据，然后以一定的格

式显示结果。

●客户端层用来实现企业级应用系统的操作界面和显示层。另外，某些客户端程

序也可实现业务逻辑。可分为基于Web的和基于非Web的客户端两种情况。基

于Web的情况下，主要作为企业Web服务器的浏览器。非基于Web的客户端层

则是独立的应用程序，可以完成瘦客户机无法完成的任务。

3.5系统功能概述

3.5.1 业务及信息流图

3.5.2实时监控模块

系统为企业操作人员提供图形化的应用界面，将生产过程中各个环节监测到的实时数据、历史数据通过曲线图、折线图进行多元化展示同时以动态画面加以呈现；对生产作业全过程进行全方位跟踪、监控，实现生产流程图动态再现，对设备事故停机进行定量分析，能够快速找出事故发生原因和故障位置，优化设备运行，为设备维护提供有力的帮助，大大提高了企业的监管效率。

3.5.3列表展示

实时采集企业的主要能耗相关数据（电力、水、蒸气等），动态跟踪能源消耗，根据历史数据，进行数据挖掘，并以一定权重预测下一生产时间单位生产一定数量的产品所需消耗能源总量，来完成能源预测，实现能源购进及生产。

3.5.4工艺流程图

用一定的图标、文字、符号、单位将生产各单元有机的结合在一起，完整准确的表达出生产的图表，具体表现形式为2D图形。包括主要管线布局，设备节点，控制开关（开、停、阀门开度、报警信号）等。

节点信息悬停：

当鼠标悬停在流程图上的各个管线，设备节点，控制开关上时，鼠标指针处自动弹出一个TIP，该TIP提示当前所选中元素的状态（流量，热值，阀门开关程度等）。

流程动态监控：

根据实时的数据，进行二维动画或3D图形的方式动态的演示工艺的流程的整个过程（设计思想类似软件开发中的调试与手动逐行调试）。

节点报警：

对管线，设备节点，控制开关等进行动态的能源流量监控，发生异常时，图形节点进行报警（泛红，闪烁等）。

3.5.5实时曲线

实时记录当前各类能源生产量，对比当前耗能总量，计算各能源产量与能源有效量的比例，绘制各能源有效利用率实时曲线，进行实时跟踪，反映总厂生产能源有效利用率情况，设定能源生产有效利用率额定最低值，若实际利用率低于额定值，则报警提示，节能办及生产技术部根据报警信息及时调整该类能源的生产量，降低能源浪费。

二维图，一条连续的曲线，以选定的时间为横轴，竖轴为用户选择的需要监控的项目（如某设备或园区的瞬时能耗）时间轴为用户选定的时间粒度为单元区间。

3.5.6历史曲线

根据历史数据，进行数据挖掘，分析历史生产过程中某一产品的所需消耗量。二维图表，对保存在企业历史数据库里的生产资料，以时间为标准用连续曲线的形式来反映企业某一时间区间的用能情况。

3.6企业能源计划与预测模块

根据当前工艺设备的耗能定额和耗能的发展曲线，计划当前时间段各类能源的消耗量，完成企业的能源计划，包含企业能源的生产、购进、存储和使用。实现系统设备的实时预警，自动搜索相关国家、省限额标准进行对标分析，对超限额现象提出报警；实时监视模块的工艺流程图模拟实际的生产工艺以及设备能耗的实时值，对超出指标的数值进行报警；同时根