力控能源管理系统方案设计.docx

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力控能源管理系统方案设计

XXX能源管理中心EMS系统

技术方案

1.

综述

随着我国经济快速增长，各项建设都取得了巨大成就，但同时也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐。

我国“十一五”规划纲要提出，“十一五”期间，单位国内生产总值能耗要降低20%左右，主要污染物排放总量减少10%。

在一个企业中，能源是企业正常生产的根本保障，同时也是生产成本的主要构成部分。

企业相应生产和使用的能源包括水、电、汽、气。

过去，由于能源的消耗成本占生产成本的比重非常小，多年来，在良好的经济效益掩盖下，企业更多地关注了主工艺生产的质量、效率、成本。

而企业对动力部门更多强调的是安全与保障体系，对能源的加工、贮存、供给过程中的损耗、设备管理、计量检定、能量平衡与调度关注不够。

多年以来，企业的动力能源体系或多或少一直存在以下几方面的问题：

能源成本核算体系不健全，单箱成品成本核算中的能源成本基于推算或估算。

能源的加工、贮存、供给过程中的隐形损失无法评估，如：

生产、生活、消防、绿化用水量的隐形损失。

计量检定手段落后，人力成本很高。

能量的动态平衡缺乏统计分析与计算。

能源调度方法为人工调度。

需要有统一的设备管理体系。

本方案从企业基本情况出发，结合我公司自身项目实践的经验，提出建设能源中心管理系统的业务模型和规划，供决策参考。

待下一步对现场动力能源部分做全厂范围的调研和评估后，可进一步做出实施方案。

本方案采用用于企业网络环境下的全厂生产过程数据采集、数据存储、数据查看、数据处理和数据管理的软件系统，使能源计量管理的信息，包括生产的动态数据、历史数据、各项离线采集的数据等，都能够通过系统实现实时、方便、高效、统一的管理和监控，形成各车间和厂级的能源成本核算依据。

迄今已完成了上百个客户的系统工程项目，为用户提供完整的专业化服务。

我公司有能力、有信心与用户建立良好而又深入的合作关系，保证实现能源计量管理系统的及早投入与长期稳定运行。

通过能源计量管理系统让您在企业的任何地方都可以实时监控企业的生产状况，了解生产在生产过程中消耗和产出情况，方便企业管理，给企业带来源源不断的经济效益。

1.1.用户现状分析

采集点情况

序号

系统厂家

系统型号及版本

投运时间

有无监控软件

接口方式

连网距离

流量点数

备注

1

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1.2.设计原则

本方案设计主要基于需求进行设计，在提供高性能、高可靠性、可扩展性的基础上，尽量降低系统的初期投资成本。

针对存在的生产、业务问题及信息化现状，方案采用管理能源中心过程信息管理网系统来统一解决能源信息的运行、录入信息的集成、存储、web浏览、分析、设备状态监视等方面问题。

方案涉及到数据采集、网络铺设、网络安全管理、能源计量管理系统等方面。

开放性

考虑到本系统中将涉及到不同厂商的设备技术，以及系统的扩展需求，在本项目的产品技术选型中，我们将尽量避免采用专有技术，从而使本系统中的软硬件平台具有充分的开放性。

先进性

本系统中的软硬件平台建设、应用系统的设计开发以及系统的维护管理所采用的产品技术均综合考虑当今互联网的发展趋势，采用相对先进同时市场相对成熟的产品技术，以满足系统未来的发展需求。

实时性

本系统数据采集周期最低50ms，客户端数据刷新周期500ms，充分保证数据的一致性和同步性。

在保证高速数据采集的同时不影响控制系统和其他二次仪表的运行速度。

高性能

考虑到本系统为大量远端用户提供WEB服务以及OPC通讯功能，系统设计将从服务器处理能力、网络带宽传输能力、软件系统效率等角度综合分析，合理设计结构、配置，以确保大量用户并发访问的峰值时段，系统具有足够的处理能力，保障服务质量。

安全性

本系统对安全性问题予以高度重视，从操作系统层，网络层，应用层每个层次都有相应的措施。

系统运用了网段隔离，用户验证等技术以解决传输安全，系统安全和信息安全的需求。

另外，该系统拥有全部源代码，且源代码不公开。

保证在任何情况下（如病毒侵入、网络堵塞、系统崩溃等）不影响控制系统和其他二次仪表运行。

可靠性

本系统的设计将在尽可能减少投资的情况下，从系统结构、网络结构、技术措施、设备选型等方面综合考虑，以确保系统中任何一个环节都没有单故障节点。

系统采用模块化管理，数据采集进行区域管理，不会因为局部问题影响整体通讯，并实现7×24×365的不间断服务。

扩展性

在本系统中，所有的网络、服务器、存贮、应用软件的设计都将遵循可扩充的原则，以实现随着生产管理业务的发展而扩展。

易用性

管理能源中心系统本公司版权所有，按照中文操作习惯开发，全中文界面，易于操作，经简单培训后即可进行组态和维护工作。

性价比

本系统的设计中，在满足用户需求与系统的高性能、高可靠性的前提下，尽量利用现有资源，及考虑将来的扩展性，来降低用户的投资。

1.3.设计内容

1）能源管理中心系统计算机系统；

2）能源管理中心系统应用软件；

3）能源管理中心系统中央网络及现场工业网络系统；

4）能源管理中心系统现场控制系统（动力/水）改造方案；

5）能源管理中心系统数据采集子站系统设计；

6）能源管理中心系统现场仪表改造（动力/水）方案；

7）能源管理中心系统电力控制系统改造；

8）能源管理中心系统能源管理中心控制室设计，包含机房保障系统、控制室装潢、大屏幕及通讯。

1.4.技术路线

●GCS-G3/G5数据采集及控制以硬接线为主、异构系统通讯为辅

●远程控制与调度电话相结合

●无人值守与定期巡检相结合

●自动化技术与信息技术相结合

2.能源管理中心系统概述

2.1.能源管理中心的能源生产管理

能源管理中心在能源生产管理中的基本作用将在EMS系统的支持下通过能源调度（包括电力调度、动力调度和水道调度）的扁平化在线管理实现。

为实现既定的能源生产管理目标，我们将依赖于能源管理中心的基本管控功能，将依赖于能源管理中心提供的完备信息，依赖于能源管理中心对基本信息的分析结果，也将依赖于能源管理中心系统核心的能源调度及平衡技术。

能源管理系统架构

结构说明：

◆主干网络采用光纤组建网络。

◆数据采集、调度管理、客户端监控都通过专网方式实现。

◆整个网络分为三层结构，分别为EPA现场采集、Advantrol-Pro能源中心监控、管理能源中心报表系统及办公网络计算机浏览。

其中光纤网络采用专网、网络全部重新搭建。

◆数据采集站配置EPA控制器，采集分散点，统一通过光纤上传服务器。

◆能源中心监控采用Advantrol-Pro平台。

◆报表系统包括管理能源中心服务器、报表服务器，安装有管理能源中心软件包、报表平台软件，通过C/S模式从工程师站和前置采集站中实时获取现场全部系统的数据。

通过B/S模式实现WEB的发布，网络中的计算机只要使用IE浏览器就可以对生产现场和生产信息进行浏览。

通过ODBC驱动实现和ERP数据库的数据交换。

2.1.1.能源中心管理内容

能源管理中心生产指挥系统示意图：

1、能源管理中心系统主要设备

数据采集设备

信息传输网络

计算机等数据处理装置

软件平台

应用软件系统

巡检系统等

2、能源管理中心人员主要职责

电力、动力、水道调度

能源巡检

点检管理

运行技术管理等

3、能源管理中心的管理理念

分散控制集中调度

扁平化管理

客观能源消耗评价

无人值守

节能减排、公司效益最大化

无纸化流程管理

管控一体化、计划为先导等

2.1.2.能源中心的管理

根据能源管理中心的管理体制的建立和完善应考虑：

简化管理流程、提高管理效率、优化调度机制、消除管理盲区、改善工作环境等。

2.1.3.能源中心的目标

能源生产管理的基本目标是：

生产安全、运行稳定、节约能源、低碳环保。

实现对能源系统生产、输配、调度管理、运行操作、信息分析、人力资源利用、异常处理等进行全方位的管理，以最少的人力、最先进的手段、最高效的体制、最完备的信息实现节能减排的目标。

2.2.能源管理的优势

●系统成熟、稳定、可靠。

●实现主要能源报表编制分析自动化。

●实现能源管理由事后管理向事前管理发展。

●实现能源管理由粗放管理向精益化管理发展。

●实现由单体节能管理向系统节能管理发展。

●实现能源管理由经验化向科学定量化管理发展。

●实现全厂各个主要能源设备的报警功能及事故预案管理。

2.3.建设能源管理中心的意义

为了改变传统的分散的能源生产管理方式为公司扁平化的高效管理方式，我们建设工厂能源管理中心这一套先进的、可靠的、安全的能源系统运行、操作和管理平台。

（1）对能源系统采用分散控制和集中管理

针对能源工艺系统的分散和能源管理要求集中的特点，建立能源管理中心系统可以满足能源工艺系统特点的分散控制和集中管理，使工厂的能源管理水平适应企业的战略发展需要。

（2）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，便于获得第一手资料，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。

（3）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

能源管理中心系统的建设，可实现在信息分析基础上的能源监控和能源管理的流程优化再造，实现能源设备管理、运行管理、停复役管理等自动化和无纸化，有效实施客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，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。

（4）减少能源系统运行管理成本，提高劳动生产率

工厂的能源系统规模较大，结构比较复杂，区域纵横交错。

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，将构成工厂能源系统成本的重要组成部分。

能源管理中心系统的建设，将为工厂的管理体制改革中发挥重要示范作用。

系统的最终目标可以实现简化能源运行管理，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。

（5）加快能源系统的故障和异常处理，提高对全厂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，故障的影响程度等，及时采取系统的措施，限制故障范围的进一步扩大，并有效恢复系统的正常运行。

这在能源系统非常情况下特别有效。

（6）通过优化能源调度和平衡指挥系统，节约能源和改善环境

能源管理中心系统的建成，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，实时了解钢厂的能源需求和消耗的状况，将能有效地减少高炉煤气的放散，提高转炉煤气的回收率，采用综合平衡和燃料转换使用的系统方法，使能源的合理利用达到一个新的水平。

3.综合监控

3.1.功能设计

3.1.1.监控

EMS监控画面主要包括过程画面、操作画面和报警画面。

过程画面主要显示设备的状态、能源介质的发生量和使用量、能源介质的温度、电流、电压、频率、管网的压力等。

操作画面主要显示一些可操作的设备，点击设备图标，弹出操作窗即可操作。

报警画面主要显示重要报警的信息，根据不同的报警级别产生不同的声光报警。

3.1.2.操作

操作窗为弹出式窗口。

EMS系统中任何设备的操作都要有确认。

电力系统操作对象：

高压开关、闸刀等。

动力系统操作对象：

煤气加压机、出入口阀、电动阀门、煤气放散塔、切断阀、煤气混合调节装置等。

水系统操作对象：

送水泵、电动阀门、调节阀门、电动闸门等。

3.1.3.报警

EMS报警信息包括分级报警和多媒体声光报警。

对重要现场设备的故障信号、当能源系统报警参数超限、与能源生产相关的重要生产单元运行状态、能源管理中心现场无人值守电气室的门开、火灾等进行报警，根据故障程度、重要性，将报警信号进行多级分类，并提供相应的声响、语音、画面闪光报警方式，并提供相应的报警恢复手段，主要从以下几个方面进行考虑：

对于故障信号，根据不同的内容进行分类、分级，以不同方式进行报警，并根据报警内容提供人工确认、恢复功能。

系统提供运行参数超限报警（根据实际需要，可进行分级），并提供人工确认功能，系统随故障源的消失自动恢复报警。

对于无人监控的电气室，提供开门报警，火灾报警，并提供人工确认功能，系统随故障源的消失自动恢复报警。

系统提供EMS系统本身故障报警（包括系统电源、数据采集设备、通讯介质、数据处理设备、显示/操作终端等重大异常），提供人工确认与恢复功能。

对于以上报警与恢复，均提供终端信息显示，EMS配备专门的故障信息输出打印机，进行实时故障信息打印输出。

1、EMS电力系统报警

对线路和母线故障、控制及保护继电器故障、开关故障、变压器故障、变电所开门、火灾、交直流故障、UPS故障进行报警。

2、EMS动力系统报警

对煤气柜柜位HH机械节点报警信号、柜顶CO泄漏报警，加压机电动机侧/反电动机侧轴振动报警、温度超限报警，执行机构主电源断、控制电源断报警，执行机构油压低下报警、加压站CO泄漏报警、电气室开门、火灾报警，能介系统压力、柜位超限，高炉减/休风、热风炉运转/切换、鼓风机故障，炼钢装炉/吹炼，煤气回收等进行报警。

3、EMS水道系统报警

对送水泵故障、电源系统轻故障、电源系统重故障、电气室开门、火灾报警，管网压力、水位进行报警。

3.1.4.趋势

电力系统：

电压、电流、有功/无功功率、频率、功率因数等测量信号过程曲线或历史数据查询，EMS系统提供必要的曲线显示。

动力系统：

对于煤气柜柜位、升降速度、压力、流量、热值、温度等测量信号过程曲线或历史数据查询，EMS系统提供必要的曲线显示。

水道系统：

对于水道系统的压力、流量、水质指标、水位等测量信号提供过程曲线或历史数据查询。

3.2.软件系统

3.2.1.软件架构

工厂能源管理中心系统应用系统，具有如下特点：

高集成性、一体化安全技术措施、数据源的独立性和唯一性、管控无缝衔接和相互支持、C/S与B/S混合设计满足不同用户需求、具备良好的性能、可扩展性、可维护性好、适用于分阶段实施。

将应用建立在主流、开放的商用平台基础上，以确保客户对系统最大限度的掌握、降低系统的维护成本、减少未来升级和扩展风险、系统更可靠；本设计也将充分考虑工厂实际，尤其是尽量考虑对先前建设的系统的投资保护和低成本集成。

变电站示例

3.2.2.软件的基本功能

能源管理中心系统应用功能如下：

（1）能源系统综合监控：

能源数据采集与基本处理、能源系统的监控与调整、能源信息的归档和管理、能源生产报表管理子系统、能源系统事件及故障记录、工艺与设备故障的报警与分析、供配电专业安全管理应用。

（2）调度分析：

电力负荷预测及负荷管理、多介质综合平衡及调度。

（3）能源管理：

能源计划与实绩、能源分析支持、能源质量管理、能源运行支持管理

煤气系统总图示例

数据采集功能

数据采集是指通过I/O、通信接口、专用仪表或第三方系统收集满足能源管理中心系统应用功能要求的数据：

包括能源系统运行数据、计量数据、动力公辅系统状态和故障信息、与能源调度相关的公司主体生产单元信息等，达到能源动力系统的综合监控和管理要求。

数据采集功能将按照可靠、完整、高效和稳定的要求进行设计。

监控功能

综合监控功能主要包括常规设备监控，在线管理和调整，工艺系统、计算机网络系统等协调监控，满足节能要求、以远程监控为核心的节能调度，扁平化的故障监测及分析处理等。

集成变电所综合保护装置及其后台监控系统

按照能源管理中心系统及电力监控规范的要求，集成第三方的变电站综合保护装置系统，并按照规定的授权模式，实现能源管理中心优先的对变电站的远程监控。

电力示例：

变电站断路器操作功能

主变调压操作：

加压机启停操作画面：

加压机入口调节阀操作窗：

能源管理功能

基础能源管理作为能源管理中心系统在线平衡调度及在线能源管理的补充，包括能源计划管理、能源实绩管理、能源生产运行支持、能源质量管理和能源对比分析等模块。

这些模块以能源管理中心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，从整体角度向工厂能源管理中心系统管理人员提供一体化的安全保障机制和完善的基础管理平台。

3.2.3.能源监控

能源管理中心对能源动力装置进行监视和控制，达到如下目标：

1、对现场设备的全方位的监视和控制。

2、数据采集将满足实时、稳定、传输可靠的要求

3、保证系统的整体性能；

4、满足未来系统整体性、一致性、完整性；

6、设计监控系统，把握系统的管控尺度；

7、监控系统将调度管理的综合性、整体性、扁平化贯穿于应用系统的设计中；

3.2.4.能源系统的平衡与调度管理

1、能源平衡的的能源介质包括水、电、风、气、汽等主要类型，如下图（典型案例）。

上图能源介质系统的应用和平衡具有如下特点：

（1）全部生产单元都必须使用这些介质的一种或多种；

（2）这些能源介质，除水外，一般不具备生产意义上的存储条件；

（3）生产、输配和使用是一个整体，任何环节的问题，都将导致平衡破坏；

（4）不同介质在一定条件下可以相互置换；

（5）部分用户事实上可以使用不同能源介质的组合；

（6）能源系统的平衡与公司的生产计划、检修计划及品种计划密切相关；

（7）系统的特发事件也将影响能源系统的平衡；

（8）系统平衡的质量直接影响用能的经济性。

分析上述特点可以看到，钢铁企业能源介质系统不是孤立的系统，其系统的稳定性、安全性、平衡性都与很多外部因素相关，传统的管理方式已被证明很难在更高层次上实现经济运行。

本次设计的能源管理中心系统就是通过信息化技术、预测技术、平衡及优化调度技术实现整体的平衡，充分利用上述特点，通过采集相关信息，经过模型处理，实现系统及时的平衡和安全稳定。

通过预测模型，掌握未来一段时间的平衡趋势，当预测曲线可能远离计划值（设定值）的时候，系统将及时进行分析，给出平衡调度的建议。

3.3.供电及动力监控

供电及动力监视点包括：

电力系统的电量、电压、频率等，动力系统的流量、压力、柜位；水道系统的流量、压力、水位等主要能源生产潮流。

供电及动力控制点包括：

电力系统的开关等，动力系统的加压机、放散塔、煤气柜等，水道系统的泵等重要能源设备。

3.3.1.供配电系统

电力调度可以通过EMS对能介系统的运行报警参数进行设定，从而实现系统自动控制和自动报警。

EMS对以下电力设备进行远方操作和状态监视：

变电所的开关、闸刀、有载调压装置

EMS对以下电力信号进行监视：

1）电流、有功、无功功率、电量、母线电压、功率因数、频率。

2）开关、闸刀、接地闸刀、有载调压装置、故障信息、变电所辅机信息。

EMS对电力系统如下运行参数进行报警设定：

进线电压、母线频率、重要线路的电流等。

高压开关合闸控制方案举例：

高压开关分控制方案举例：

远程开阀控制方案：

远程关阀控制方案：

加压机开：

3.3.2.动力系统

EMS管辖范围包括:

BFG、COG煤气柜及放散塔、LDG煤气柜及加压机、煤气混合加压站、煤气管网、蒸汽管网、球罐区、氧氮氩管网、空压站、空气管网等。

动力调度可以通过EMS对能介系统的运行报警参数进行设定，从而实现系统自动控制和自动报警。

1、煤气系统

●煤气柜：

由能中动调对BFG、COG煤气柜出/入口阀门、BFG、COG、LDG煤气柜柜位选择进行EMS远方操作和状态监视；对煤气柜位信号、柜位升降速度、BFG、COG柜出入口阀门开度，LDG系统电除尘运行状态，电除尘出口温度、电压进行监视。

●煤气放散塔：

由能中动调对放散管切断阀、点火煤气切断阀、吹扫氮气切断阀、放散管调节阀、放散点火进行EMS远方操作和状态监视；对放散点火操作着火/点火状态（温度）、放散流量、点火煤气流量、吹扫氮气流量、放散调节阀开度进行监视。

●煤气加压站：

由能中动调对煤气加压机的启/停、加压机出口切断阀、旁通调节阀的开/闭/停、入口阀的开/闭/停（视具体情况）、氮气轴封开/闭进行EMS远方操作和状态监视；对入口调节阀门开度，旁通调节阀门开度，入口流量、温度、压力，出口压力，加压站电动机电流信号，加压站母线电压、母联状态进行监视。

（以上设备要以工艺设计为最终）

●煤气混合装置：

由能中动调对参与混合的各煤气的切断阀开/闭、调节阀开/闭/停、调节阀自动/手动（视具体情况）进行EMS远方操作和状态监视；对参与混合的各煤气流量、压力、温度、热值（视具体情况），混合煤气出口压力、热值（视具体情况），各调节阀开度进行监视。

●煤气管网及用户：

对高炉炉顶煤气压力、温度；转炉煤气回收量、热值、CO含量；BFG、LDG、COG主管受入流量、压力、温度、组分（包括CO、CO2、H2等，视具体情况取舍），主管送用户支管接点流量进行监视。

2、压缩空气系统

●空压站：

能源管理中心监控（启动过程需要巡检人员现场确认）（现场控制优先，正常运行状态为能力控制）。

能源管理中心对高压进线、母联、空压机系统进行操作。

空压站将空压机相关信号（根据能中完成监控需要选择）、吸入过滤器差压高、吸附干燥机运行状态、故障、露点、出口压力等信号送能中监视。

空压站冷却水系统进回水温度、阀门信号等送能中监控。

●空气管网及用户：

空气管网将各用户的流量、压力信号送能中。

3、蒸汽系统

●能源管理中心对蒸汽系统只监不控。

●蒸汽系统发生源的主要工艺设备运行状态、蒸汽系统发生源的出口压力、流量、温度，主要用户入口的压力、流量，送就近的能源管理中心采集子站。

4、氧氮氩系统

●调压站:

能源管理中心进行控制。

将主要机组的运行状态（氧压机