能源管控信息系统

能源管控信息系统

1、能源管控系统概述

1.1定义

能源管控系统具有完整能源监控、管理、分析和优化功能的管控一体化计算机信息系统。它是指采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业能源系统的生产、输配和消耗环节实施集中扁平化的动态监控和数字化管理，改进和优化能源平衡，实现系统性节能降耗的管控一体化系统。

1.2应用范围

一般而言，能源管控系统最基本要求是涵盖企业主要产能、用能和二次能源生产、利用范围，“管”和“控”各自包涵的内容主要是，“管”包括数据的采集、处理和利用过程，“控”包括直接和间接控制，直接控制又细分为集中控制和分散控制，能源管控信息系统根据企业的管理和技术水平虽然有差异，但应包涵上述基本内容。

2、能源管控系统体系结构

能源管控系统整个体系结构五个层次，整个系统网络层次从底层逐级向上可分为单机设备层、数采/控制设备层、网络传输层、监控层和数据服务层以及管理层五个层次。如下图1所示：

图1 能源管控体系结构

能源管控系统体系结论只是一个整体能源框架，还需从其应用结构而言，将体系结构进行衍生说明，如下图2所示：

图2 能源管控系统应用结构

3、能源管控系统功能结构（细化说明）

3.1 L1设备层

设备层作为海烟太仓薄片厂能源管控系统的底层，整个厂包括生产区域、生活区域和污水处理。主要使用的能源介质有蒸汽、水、电。

底层设备层生产环节有七工段，对应7个控制室。分别是投料后、萃取段、浓缩段、配药段、制浆段、抄造段和后处理段。投料段使用三个烟梗预浸罐设备。萃取段使用热水罐和两个储液罐设备。浓缩段使用三个涂布液调配罐设备。制浆段使用高浓磨机、烟浆扣前罐、烟浆精浆机、水力碎浆机、木浆扣前罐及抄前浆罐等设备。抄造段使用高位箱、蜘蛛型布浆机及助剂中间罐等。

生活区域则包括浴室、空调、食堂及绿化等。

3.2 L2数采/控制设备层

数采/控制设备层安装有各种检测采样设备，如流量计、液位计、压力计、电度表或污水处理站在线检测仪器等，用于完成数据采集、储存、发送及命令接收等方面的功能。

现在系统中主要有8个蒸汽管道，12根输水管道和5台变电器分别供给生产车间、生活区域和污水治理。在蒸汽管网放入蒸汽流量计测量蒸汽的流量，在水管网放入水表用来测量用水量，在电网安放电表，用来测量用电量。还有就是在生产区域各个生产车间投入各类流量仪表、压力表温度仪或其它串口设备，以及各类变送器还有PLC设备，便于现场计量测量和控制设备。之后就是在生活区域投入水表测量各个生活区域段的用水情况。

3.3 L3网络传输层

L3层为网络传输层，指用于实现数据传输的实体，包括有线和无线两种方式。通过网络传输层和数采/设备控制层进行相互通讯，交换数据、指令下达，以实现对数采/设备控制层的集中远程监控。

海烟太仓薄片厂能源管控系统主要能源介质分有水、电、蒸汽。由于设备分布范围广、距离远，所以网络实施方案还必须考虑地理位置因素，故将网络传输按其能源介质的不同采用不同的传送方案。

对于能源介质水的数据传输方案：12块水表需要更换为可远传水表，通过GPRS无线传输方式传输，通过协议转换器将RS485/MODBUS转换为TCP/IP，通讯至服务器和PLC。

对于能源介质蒸汽的数据传输方案：蒸汽仪表8个，原蒸汽仪表数据已被抄造PLC采集，通过网络传送到新能源PLC中，通过AB软件管理监控网络中传输数据，新能源PLC通过网络传输到能源监控层的I/O服务器中供客户端使用。

对于能源介质电力的数据传输方案：变压站#3，#4，#5已安装的电表，有数据采集，其数据需新建通讯连接到能源管控的监控层I/0服务器中。1#污水站，2#生活办公和2个变压总控柜所有的电表数据需要新建GPRS无线传输方式传输通讯连接到能源管控的监控层I/O服务器中。对18个100KW以上大功耗的电器，在相应工段的柜子里新增智能电表，测量电能数据，仪表数据通过本站PLC读取，再通过网络传到能源系统PLC中。

3.4 L4监控层与数据服务层

L4层为能源监控与数据服务层，能源监控指在监视和控制，显示实时控制图形和数据，监视现场用能情况和检查现场设备的异常报警情况，防止跑冒滴漏。监控层提供能源各介质集中监视与控制功能，实现现场各能源数据的集中采集以及下发命令控制现场的执行机构。监控层选用AB组态软件FactoryTalk View 进行开发，将原始数据通过RSLinx传送到FactoryTalk Historian实时历史数据库中便于统计归档。

监控层收集设备层生产区域、生活区域以及薄片厂水、电、蒸汽管网各检测仪表的数据，将数据以人机界面的形式投放大屏。按能源介质的不同，客户端可分成水、电及蒸汽三个监控系统。下面对监控层应用软件主要功能进行概略说明：监控层的人机界面可由过程监视画面、数据设定画面、曲线画面、报警画面以及流程图的WEB应用组成，而过程监视画面又可分为管网监控、生产用能监控以及生活区域监控以及各设备状态的显示。还有就是要增加相应的报警功能、设备操作功能、数据归档功能、报表功能以及数据查询功能。

3.4.1 对操作功能的说明

设备的操作控制联锁主要在各工艺单元内完成，能源管控系统内主要完成操作控制功能。供配电系统的信号是通过通信方式传输的，在能源管控系统内只经过计算机的处理，所有操作和控制联锁应该在变电所的自动化系统内完成。在能源管控系统的计算机内只对重要设备做有限的操作条件闭锁。而蒸汽监控系统，按可实现能源管控系统远程控制考虑，在能源中心可对主要设备进行操作和控制调节。

3.4.2 对报警功能的说明

现场被检测的数据可以设限，电压、电流超限告警，通信中断自动报警，非法闯入报警、巡检未到位报警及有害气体超标告警等。

报警的种类：报警可分为重故障、轻故障、一般信息（事件）三种。重故障报警是指严重的报警，会影响主设备的运行，需要马上做处理。如上上限报警等。轻故障报警是指一般性的故障，或需要对操作人员提醒的报警，如上限报警等。一般信息指不属于故障，但要让操作人员知道的信息，如门开的信号。为便于对

事件的记录和查询，将设备的状态信号和操作信号也列入操作系统，作为一般信息处理。

报警的方式：重故障、轻故障应有铃声或蜂鸣器报警声。重大故障有语音报警。一般事件信息没有声音报警和语音报警。画面上显示当前报警信息和历史报警信息。

报警信息的显示：每幅画面上有一报警信息条，可以显示最新的一条还未被确认的报警信息，画面有报警一览画面和历史报警信息汇总画面，在报警一览画面上显示当前存在的报警信息，在历史报警信息汇总画面上显示已经恢复的报警信息。

3.4.3对报表和数据归档时间的说明

对报表的说明：报表有日报、月报、年报。日报、月报、年报可选择自动打印。

对数据归档的说明：

1）能源管控系统从现场获取的数据通常仅包括最小的集合，但实际运行时，往往需要更多的数据。此时，需要对数据做更多的处理。数

据基本处理包括流量的累积、多个数据之和或差等

2）为了对系统的过程实时数据进行管理，以便有效进行故障分析和能源消耗分析，软件系统设计对模拟信号和报警信号进行归档。归档

数据的采集周期按不同的数据类型采用不同的归档周期，通常为2S。

报警信号为实时的归档，数据保存时间通常可为6个月，具体视信

号的工艺用途设计时确定。实时归档数据存入实时数据库。

3）系统应设计有以统计数据归档为目的标准数据库系统，应优先考虑采用安全、可靠和功能强大的数据库系统。能源过程数据的统计归

档采用按时间段（计算最小值、最大值、平均值、累计值、准点值）

压缩的数据，时间段通常应包括小时值/天值/月值，

3.5 L5管理层

L5层为管理层，所谓管理层就是指在信息管理，让用户了解全场各部门和设备的能耗情况，包括能耗计划、统计、对比、预测，并提供用户打印日、月、年报表等功能。此次做到能源信息管理层的标准规范、计划管理、统计分析及决

策支持。

管理层作为能源管理系统在线平衡调度及在线能源管理的补充，对能源管理系统功能的发挥和从宏观角度提供能源系统管理和考核的支持十分重要。

管理层包括能源计划管理、能源实绩管理、能源生产运行支持、能源对比分析等模块。这些模块以能源管理系统的实时数据为基础，同时提取ERP系统的生产实绩和生产计划等信息，经过系统的分析和处理，以友好的设计界面提供给能源管理的专业人员和运行管理专业人员使用，从整体角度向能源系统管理人员提供一体化的安全保障机制和完善的管理平台。

-能源供需计划管理

根据公司生产计划、检修计划、能源消耗历史平均值和供能状况，编制能源供需计划报表，包括电力供需计划、蒸汽供需计划、压缩空气供需计划、用水供需计划等报表。能源供需计划为公司生产计划的重要组成部分，其主要功能是指导能源系统按照供需计划组织生产，向主生产线提供所需要的能源量，实现能源管理由事后管理向事前管理转变。

- 能源供需实绩管理

能源供需实绩主要对各种能源介质实际发生量、主要用户的使用量，能源介质放散量等数据进行采集、抽取和整理，取得能源生产运行的实绩数据,实现日能源实绩报表、月能源实绩报表等的管理。能源管理部门编制的能源供需实绩报表为公司的唯一能源消耗数据来源，所有部门均以此数据为基准编制各类其他报表。

- 能源对比分析管理

针对分配给各级调度单元的生产任务，利用计算机数据分析技术，对历史数据进行分析并根据公司生产与设备运行安排，进行能源供需、能耗实绩与计划的比较，用以指导企业能源管理工作，提高企业能源管理水平和能源管理效率。包括能源供需计划分析、能源供需实绩分析等。

- 能源质量管理

对水、蒸汽等能源介质的质量指标进行检测管理，编制各类能源质量报表，同时对各类指标进行跟踪监控和趋势分析，避免质量事故。

制定检测内容：制定检测内容和检测标准。

质量管理维护：能源介质质量标准，编制质量管理报表。

质量分析：质量变化、趋势预测及分析。

- 能源运行支持管理

能源生产运行管理原则：能源生产运行实行能源集中管制和调度制度。能源管制中心在与生产管制中心和设备管制中心协调统一下，负责公司能源系统生产运行管理工作，执行日作业计划，有权处理正常生产和事故状态下能源供应过程中的问题。所有用户必须严格执行能源管制中心调度指令。通过对能源生产运行的管理，能充分依靠本系统内能源设备能力，做到按计划供能，满足生产厂对各种能源的需求。包括调度日志管理、停复役管理管理、运行方式管理等功能。

调度日志管理：定义调度日志条目并在交接班时进行调度日志编写及管理。

运行单管理：定义运方单条目，并对运方单的运转流程进行处理和维护。

停复役管理：定义停复役单的条目并对停复役单的运转流程进行处理和维护。

4、与ERP系统的接口

5、能源管控系统的功能作用

完善能源信息的采集、存储、管理和利用完善的能源信息采集系统，便于获得第一手运行工艺数据，实时掌握系统运行情况、及时采取调度措施，使系

统尽可能运行在最佳状态，并将事故的影响降到最低。在企业能源管理部门的指导下，对能源系统采集分散控制盒集中管理。针对能源工艺系统的分散和能源管理要求集中的特点，建立能源管理系统可以满足能源工艺系统特点的分散控制和集中管理，使企业的能源管理水平适应企业的战略发展需要。 减少能源管理环节，优化能源管理流程，建立客观能源消耗评价体系能源管理系统的建设，可实现在信息分析基础上的能源监控和能源管理的流程化再造，实现能源设备管理、运行管理，有效实施客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，绩效考核，减少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及时了解真实的能耗情况和提出节能降耗的技术和管理措施，向能源管理要效益。

减少能源系统运行管理成本，提高劳动生产率。大型企业的能源系统规模较大，结构复杂。传统的现场管理、运行值班和检修及其管理的工作量大，成本高。能源中心的建设，将为企业的管理体制改革中发挥重要示范作用。中小企业虽然虽然测量点稍少一些，能源管理将更加直观有效。系统的最终目标可以实现远程抄表统一监控，简化能源运行管理，减少日常管理的人力投入，节约人力资源成本，提高劳动生产率。

加快能源系统的故障和异常处理，提高对企业性能源事故的反应能力。能源调度可以通过系统迅速从全局的角度了解系统的运行状况，发现故障点，以便及时采取措施，降低损失。这在能源管理系统非常情况下特别有效。通过优化能源调度和平衡指挥系统，节约能源和改善环境。能源管理系统的集成，将通过优化能源管理的方式和方法，改进能源平衡的技术手段，实时了解企业的能源需求和消耗状况，使能源的合理利用达到一个新的水平。为进一步对能源数据进行挖掘、分析、加工和处理提供条件。数据是财富，数据可以成为信息，它将为企业的高端能源管理提供现实的可能性。从上面可以看到，建设能源管理系统对提高能源系统运行和管理的水平，减少能源消耗，提高供能质量，强化和完善能源考核和评价体系，提高劳动生产率，改善环境质量，从而提高企业产品的市场竞争力，都具有良好的作用和效果。