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基于AriEMS框架下能源管理系统设计与实现 |
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能源管理系统(Energy management systems,简称EMS)实施能源的扁平化管理。EMS建成集过程监控、能源调度、能源管理为一体的企业级管控一体化计算机系统。该系统对能源的发生、储配、转换、消耗进行系统管理;具备完备的信息、科学的分析能力、安全高效的调度技术。
1 能源管理系统总体设计
1.1 设计原则
系统设计充分考虑到企业对各种能源介质进行集中监控、统一调度和平衡优化的要求,以及对无人值守站所设备进行远程操作和控制的要求。并充分满足过程控制、信息管理和数据库的一体化系统集成需求。
在系统设计过程中还考虑EMS对海量信息的处理、无人职守的技术安全、快速的响应能力等特别需求,选用先进并且成熟的解决方案。同时,除了能满足当前需要外,还充分考虑了时间、空间上的可扩充性,采用开放的体系结构,增强与第三方的可连接性,并且易于扩充。以延长系统的生命周期,增强发展后劲,适应市场激烈竞争的需要。
1.2 系统架构
能源管理系统从功能层次上设计为三层结构。底层为信息采集层,中层为实时数据处理层,上层为应用管理层。信号采集层由RTU、PLC、远程I/O等采集设备组成,主要实现数据采集和实时控制;中层主要设备是I/O服务器,主要完成实时数据处理和短时归档;上层主设备有应用服务器、数据库服务器、工程师站、操作员工作站、大屏幕控制系统等。上述设在各种软件支持下组成功能齐全的系统,实现过程控制、平衡调度能源信息管理管理。
2 应用功能概要说明
EMS应用功能主要由过程监控和能源信息管理两部分组成。
2.1 过程监控
EMS过程监控主要是通过现场采集站把现场实时状态采集到EMS中,通过EMS画面展现给用户,并为调度提供操控手段。
过程监控把所有信息做归纳整理,分区分时间存储在实时数据库中,提供趋势、报警、报表等功能。按介质或对象不同分为五个子系统:
1)供配电系统:包括总降变电站、区域变电站、发电站等,不包括各车间变电站、电气室、开关站;但特别重要,负荷特别大的车间变电站,可做监视。便于调度了解大负荷的投退。需要监控的变电站,主要实现四遥功能。遥控无人值守变电站的开关、刀闸、变压器有载调压装置分接头:遥信包括开关刀闸、故障报警、保护动作、火灾报警、门禁等;遥测包括每个间隔的电流、有功功率、无功功率、功率因数、电压、频率、档位等,根据实际情况。每个间隔只取部分遥测;管辖范围内所有电度量信号。车间变电站等有人值守站所,不做遥控,根据需要可以监视。
2)煤气系统:管理动力厂所管辖的煤气柜、煤气放散塔、煤气加压站、煤气混合装置对这些区域的设备实现监视;无人值守的站所实现遥控。
3)其他气体:包括蒸汽系统、高炉鼓风系统、压缩空气系统、氧氮氙系统。蒸汽系统、高炉鼓风系统的生产单元都与现场其他主工艺密切相关,所以控制都在现场进行,EMS只监视;氧氮氩系统工艺复杂,必须在现场控制,EMS只采集信息。压缩空气系统只对区域性的空压站做监控。
4)水系统:现场水站分为取水站、管网送水站、各车间循环水站、污水站等。循环水站是配合各主工艺单元,操作都在工艺单元侧控制。EMS只管理管网的送水泵站,对送水泵控制,稳定水压。
5)环境监测:EMS对全厂除尘器进行管理,了解现场除尘器的运转状态。对全厂其他环保数据实现监测,有排水水质、粉尘、NO2等。
2.2 能源信息管理
能源信息管理主要利用实时数据库提供的生产实绩信息,ERP、MES系统提供的生产、计划信息,以及系统存入的一些技术参数,对能源进行精细管理。挖掘节能潜力。通过系统提供的总结数据作为基准对各用户进行考核,强化节能意识。主要功能有:能源实绩平衡分析、能源计划管理、能源预测优化调度、能源成本管理、能源质量管理、能源设备运行管理、能源报表管理、基于WEB运行管理支持、用电系统优化、能源GIS、循环经济管理等。如图1所示。
图1 能源信息管理模块关系图 3 能源信息数据采集说明
能源信息采集数据主要包括:外购能源的购入量、使用量,损失量及质量;自产能源的生产量、分配量、消耗量、损失量及质量;能源管网参数,重点能源设备运行参数,重点工艺设备和能源设备的安全与报警信息;能源计算有关的产量、质量和成品率等数据。
能源管理系统采集的数据主要有三大来源:
EMS从现场采集站以在线方式采集处理的能源数据;
通过离线输入EMS系统的数据,如定额、价格、资源量等;
从其它信息系统(EMP,MES)获得的信息,如生产计划、产量实绩等。
在线采集数据主要包括:
电力系统的电量、电压、电流、频率、有功功率、无功功率等;
动力系统的流量、压力、柜位、温度等:
给排水系统的流量、压力、水位等;
重点能源设备的运行参数;
4 能源管理数据处理、归档
该部分使用成熟的数据平台,主要提供标签配置、标签中心、标签写入器、标签读取器、标签缓存器、标签初始化器、消息中心等后台服务。
4.1 标签
定义:
存储在标签中心中的过程量,以名称作为唯一标记,如“BF6.CO2”。为详细说明,标签还应该具有类型、来源、单位、说明等属性。
分类:
4.1.1 直接过程量
直接从一级接收的量,如温度、压力、流量、阀门开度。周期采集量,模拟信号,等时间周期采集,如温度、压力、流量。开关量,数字(binary)信号,仅当值发生改变时读取,如阀门状态。
间接过程量,过程系统间接计算的量,提供无法直接测量的值。
1)事件标签。可以看成组合几个单一事件成为高级过程事件;
2)计算标签。过程量的组合计算得到一个更复杂的过程量。
4.2 标签获取
基于灵活的C/S模式,标签中心作为服务器接收和发送全部过程量。它接收各种过程量并在内存中保存。当被请求数据时,标签中心发送数据到其他进程进一步处理;
当获取数据时,几个进程负责向标签中心发送数据。
系统启动时,各进程从数据库配置表中检查其要处理的标签,包括标签扫描周期、一级位置、条件、公式。运行期间,数据从一级和其他进程发送到标签中心做进一步处理的分发,具体分工如表1所示。
一级通讯处理器:从数据库配置(LIOPC-TAG表)中读标签名、扫描率,然后通过OPC Server从PLC上读数后发送给标签中心;标签计算器、事件标签生成器:首先标签中心发送必要的计算输入量(所需数据的配置在数据库中)。计算结果发送回标签中心。
4.3 数据处理和存储
数据发送到标签中心之后其他进程可以使用它们,包括:
1)一级通讯处理器。二级的计算量或模型标签能够发送到一级;
2)数据库写入器(DB Writer)。存储到数据库,可以写统计量如最大、最小、均值;
3)标签缓存器(Tag Memory)。缓存一定时间的标签历史数据,提高如趋势显示的效率。
图2 能源数据处理流程图 处理过程仍然是启动时进程从数据库配置表中获取要处理的标签。标签中心为每个过程量维护一个订阅者集合。当过程量有变时通知订阅者,订阅者进行计算。
5 结束语
该系统为生产管理提供了一个对各种能源介质进行集中监控、统一调度和平衡优化的网络化的能源信息管理平台,系统设计过程中充分考虑到了可靠性、实时性、扩展性、安全性、易维护性的原则,提供了先进与友好的图形人机界面功能,让使用者方便快捷共享各种能源数据信息。(end)
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(3/10/2012) |
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