基于紫金橋實時歷史數據庫平臺的企業(yè)級能源管控中心建設

概述

鋼鐵工業(yè)是國民經濟重要基礎產業(yè)，能源消耗量約占全國工業(yè)總能耗的15%，廢水和固體廢棄物排放量分別占工業(yè)排放總量的14%和17%，是節(jié)能減排的重點行業(yè)。當前，鋼鐵行業(yè)發(fā)展面臨嚴峻挑戰(zhàn)和新的發(fā)展機遇，傳統(tǒng)的粗放型發(fā)展模式已難以為繼，迫切要求行業(yè)企業(yè)以節(jié)能減排為抓手，積極轉變發(fā)展方式，利用高新技術和信息化技術改造、提升行業(yè)技術管理水平，走科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的新型工業(yè)化道路。

企業(yè)能源管理中心是一項整合自動化和信息化技術的管控一體化節(jié)能新技術，是通過對企業(yè)能源生產、輸配和消耗實施動態(tài)監(jiān)控和管理，改進和優(yōu)化能源平衡，從而實現系統(tǒng)性節(jié)能降耗。為鋼鐵企業(yè)在日益激烈的市場競爭中進一步降低成本、實現節(jié)能降耗，促進行業(yè)平穩(wěn)、較快、可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要作用。

建立能源管理系統(tǒng)是《“十二五”中國鋼鐵企業(yè)信息化發(fā)展建議》重要內容之一，也是《國務院關于加強節(jié)能的決定》（國發(fā)〔2006〕28號）和《國務院關于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》（國發(fā)〔2007〕15號）中重點支持的主要內容。

一. 系統(tǒng)設計目標

² 通過中心建設，合理規(guī)劃和完善網絡，奠定信息化系統(tǒng)網絡基礎；

² 通過能源管理系統(tǒng)的建立，實現能源數據的自動收集、集中管控、集中平衡，降低能耗，提高能源的利用率；

² 將現有的計質量數據接入中心平臺，為能源調度提供數據支持。

² 構建能管中心平臺，實現能源的集中管控。

² 建立能管中心大屏系統(tǒng)，提升甲方對外形象。

總體效果如圖1所示。

圖1

二.項目概況

紫金橋實時歷史數據庫系統(tǒng)采用分布式結構，即在公司信息中心設置一臺紫金橋實時歷史數據庫服務器，該服務器負責存儲公司所有裝置控制系統(tǒng)的生產數據。接口機分布在各裝置控制室現場，廠長、總工、科室和車間管理人員通過紫金橋實時歷史數據庫來了解現場裝置的生產情況。在與局域網相連的每個用戶的PC機上安裝紫金橋客戶端軟件或直接通過IE來瀏覽紫金橋服務器中的生產數據。在公司管理層每個辦公室的電腦上看到的生產數據與DCS、PLC等系統(tǒng)保持同步，幾乎沒有時間上的延時。紫金橋實時歷史數據庫系統(tǒng)是一個可擴展的系統(tǒng)，基于紫金橋實時歷史數據庫平臺，開發(fā)全公司各分廠的能源管理信息系統(tǒng)。

軟件分布式體系架構如圖2所示，系統(tǒng)架構如圖3所示。

圖2 軟件分布式體系架構

圖3 系統(tǒng)架構圖

架構描述：

Ø 系統(tǒng)分為三層：數據采集層、存儲轉發(fā)層、業(yè)務應用層

Ø 數據采集層由各個采集站組成，采集站負責采集各PLC系統(tǒng)、二次儀表、一次儀表、通信控制器等的能源數據和工藝數據。采集軟件可以通過各種不用的協(xié)議來采集瞬時和累計數據并打包成平臺支持的標準數據格式。

Ø 存儲轉發(fā)層主要有主采集服務器（實時歷史數據庫）、數據庫服務器、消息服務器組成，主要負責將各采集站發(fā)上來的數據通過消息總線模式轉發(fā)到消息中間件服務器的同時也可通過數據同步模式進行關系型數據庫和（或）工廠歷史數據庫的級聯(lián)存儲。

Ø 業(yè)務應用層主要是負責能源計劃、能源實績、數據監(jiān)測和控制、統(tǒng)計分析、成本核算及分攤等各種能源系統(tǒng)中的管理功能。

Ø 業(yè)務應用層采用B/S模式，任意甲方只需用瀏覽器就能完成能源系統(tǒng)的監(jiān)控、管理、維護等操作。

Ø 能源綜合報表、決策分析報表可以通過集團網絡上傳到集團總部的數據中心。

Ø 使用獨立的權限系統(tǒng)，分單位、部門、級別、模塊等多種方式提供權限管理。

三.網絡建設

在鋼廠信息化建設中，網絡是基礎，穩(wěn)定合理的網絡是信息化實施的關鍵。

全網分為兩部分：骨干網絡和網絡中心。

骨干網絡采用核心層、匯聚層、接入層的部署思路。

網絡拓撲結構如圖4所示：

圖4 網絡拓撲結構圖

四.數據采集系統(tǒng)設計

系統(tǒng)架構如圖5所示。

圖5 數據采集系統(tǒng)架構

五.能源管理系統(tǒng)功能框架

系統(tǒng)功能框架如圖6所示。

圖6 能源管理系統(tǒng)功能框架

六.系統(tǒng)建設目標：能源應用可視化

從能源使用的全生命周期角度實現靈活可靠的工業(yè)能源過程監(jiān)控。通過對重要的能源運行數據的集成，建立透明度更高的能源調度與管理平臺，在更低能耗、更低排放的水平下獲取運行優(yōu)化和最大化生產力：

Ø 圖形化的能源運行 (變配電、煤氣柜、發(fā)電、鍋爐房、給排水、泵站等)

Ø 實時能源介質測量 (電、氮氧氬、蒸汽、壓縮空氣、煤氣、天然氣、水等)

Ø 直觀歷史和實時趨勢 (壓力、溫度、功率、質量等)

Ø 豐富的能源管理報表 (班組、批次、產品、設備能耗報表)

Ø 強大的分析工具 (時間、批次、電能質量分析、功率因數等)

Ø 跨企業(yè)的能源使用消耗可視化界面 (設備、車間、分廠、企業(yè)、集團等)

Ø 動態(tài)實時能源使用消耗狀況 (秒、分鐘、小時、班組、日、月、年等)

系統(tǒng)應用效果圖如圖7、圖8、圖9、圖10、圖11所示。

圖7

圖8

圖9

圖10

圖10

圖11

七.通過建設能源管理系統(tǒng)，我們將達到的目的
　　1.完善能源信息的采集、存儲、管理和利用完善的能源信息采集系統(tǒng)，便于獲得第一手運行工藝數據，實時掌握系統(tǒng)運行情況、及時采取調度措施，使系統(tǒng)盡可能運行在最佳狀態(tài)，并將事故的影響降到最低。在企業(yè)能源管理部門的指導下，對能源系統(tǒng)采用分散控制和集中管理。針對能源工藝系統(tǒng)的分散和能源管理要求集中的特點 , 建立能源管理系統(tǒng)可以滿足能源工藝系統(tǒng)特點的分散控制和集中管理 , 使企業(yè)的能源管理水平適應企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展需要。
　　2.減少能源管理環(huán)節(jié)，優(yōu)化能源管理流程，建立客觀能源消耗評價體系能源管理系統(tǒng)的建設，可實現在信息分析基礎上的能源監(jiān)控和能源管理的流程優(yōu)化再造，實現能源設備管理、運行管理，有效實施客觀的以數據為依據的能源消耗評價體系，計效考核，減少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及時了解真實的能耗情況和提出節(jié)能降耗的技術和管理措施，向能源管理要效益。
　　3.減少能源系統(tǒng)運行管理成本，提高勞動生產率。大型企業(yè)的能源系統(tǒng)規(guī)模較大，結構復雜。傳統(tǒng)的現場管理、運行值班和檢修及其管理的工作量大，成本高。能源中心的建設，將為企業(yè)的管理體制改革中發(fā)揮重要示范作用。中小企業(yè)雖然測量點稍少一些，能源管理將更加直觀有效。系統(tǒng)的最終目標可以實現遠程抄表統(tǒng)一監(jiān)控，簡化能源運行管理，減少日常管理的人力投入，節(jié)約人力資源成本，提高勞動生產率
　　4.加快能源系統(tǒng)的故障和異常處理，提高對企業(yè)性能源事故的反應能力。 能源調度可以通過系統(tǒng)迅速從全局的角度了解系統(tǒng)的運行狀況，發(fā)現故障點，以便及時采取措施，降低損失。這在能源管理系統(tǒng)非常情況下特別有效。通過優(yōu)化能源調度和平衡指揮系統(tǒng)，節(jié)約能源和改善環(huán)境。 能源管系統(tǒng)的建成，將通過優(yōu)化能源管理的方式和方法，改進能源平衡的技術手段，實時了解企業(yè)的能源需求和消耗的狀況，使能源的合理利用達到一個新的水平。為進一步對能源數據進行挖掘、分析、加工和處理提供條件。數據是財富，數據可以成為信息，它將為企業(yè)的高端能源管理提供現實的可能性。 從上面可以看到，建設能源管理系統(tǒng)對提高能源系統(tǒng)運行和管理的水平，減少能源消耗，提高供能質量，強化和完善能源考核和評價體系， 提高勞動生產率，改善環(huán)境質量，從而提高企業(yè)產品的市場競爭力，都具有良好的作用和效果。

八.總結

目前，企業(yè)能源管理中心技術的發(fā)展已從單純設備監(jiān)控轉向過程和系統(tǒng)綜合監(jiān)控，并繼續(xù)向管控一體化方向發(fā)展；部分鋼鐵企業(yè)著手開展優(yōu)化節(jié)能調度和綜合平衡方法的研究，在應用功能上，成功引入預測模型和平衡模型等技術。由于能源利用與環(huán)境保護的高度關聯(lián)性，企業(yè)能源管理中心系統(tǒng)將逐步與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)融合，以實現相互促進、協(xié)同管理，這將是未來鋼鐵企業(yè)能源管理中心系統(tǒng)的發(fā)展方向。

隨著高耗能企業(yè)規(guī)模的擴大、技術不斷進步、信息產業(yè)的高速發(fā)展，EMS面向生產運行的能源介質(包括水、電力、重油、各種煤氣、天然氣、蒸汽、壓縮空氣、氧、氮、氬等)實現能源預測、降低能耗，實時監(jiān)控的綜合能源信息管理平臺。此系統(tǒng)平臺適用于鋼鐵、有色冶金、石化、電力、建材、紡織印染、輕工、機械等高耗能生產制造業(yè)。

基于紫金橋實時歷史數據庫平臺構建的能源管理信息系統(tǒng)，完善能源信息的采集與存儲管理；實現企業(yè)級全局能源管理；減少管理漏洞，優(yōu)化管理流程；降低能源系統(tǒng)運行成本；能源故障快速響應；優(yōu)化調度節(jié)能降耗。

通過紫金橋實時歷史數據庫平臺，建立高質量的、可擴展的能源管理系統(tǒng)，為企業(yè)應對發(fā)展挑戰(zhàn)、環(huán)保挑戰(zhàn)、建立數字化管理奠定良好基礎；從而在競爭激烈的市場利于不敗之地！