一,、概述

能源管理系統(tǒng)（Energy management system,，簡稱EMS）是鋼鐵企業(yè)信息化系統(tǒng)的一個重要組成部分，在能源數(shù)據(jù)進行采集,、加工,、分析,，處理以實現(xiàn)對能源設備,、能源實績,、能源計劃、能源平衡,、能源預測等方面發(fā)揮著重要的作用,。
　　
　　在企業(yè)信息化系統(tǒng)的架構中，把能源管理作為MES的一個基本應用構件,，作為大型企業(yè)自動化和信息化的重要組成部分，如圖示：

能源介質種類主要包括：高爐煤氣（BFG）,、焦爐煤氣（COG）,、轉爐煤氣（LDG）、天然氣（NG）,、氧氣（O2）,、氮氣（N2）、氬氣（Ar）,、壓縮空氣（Air）,、蒸汽、氫氣（H2）,、采暖熱網(wǎng),、生活水、工業(yè)凈環(huán)水、工業(yè)濁環(huán)水,、濃鹽水,、除鹽水、酚氰水,、軟化水,、電力等。
　　
能源介質信息包括：壓力,、流量,、溫度、煤氣熱值,、供水品質（水質）,、閥門開閉、調節(jié)閥開度,、開關信號,、動力設備運行狀態(tài)、主生產(chǎn)線設備的運行狀態(tài)等,。
　　
環(huán)保信息包括：環(huán)保設備的運行情況,、外排水中主要污染物的濃度、流量,、主要廢氣排放點的外排放廢氣中煙（粉）塵,、SO2、NOx,、CO2 等污染因子的濃度和流量,、污染物排放總量、大氣質量指標,、廠區(qū)視頻檢測,、廠界噪音。
　　
　　二,、方案設計
　　
1,、系統(tǒng)架構

典型能源系統(tǒng)架構包括能源調度管理中心、通訊網(wǎng)絡,、遠程數(shù)據(jù)采集單元等三級物理結構（如圖示）,。
基于基礎自動化向信息化建設發(fā)展的原則，并分析比較了實時數(shù)據(jù)庫和SCADA軟件的技術特點,，本方案以SCADA系統(tǒng)為核心構建能源管理系統(tǒng),，結合網(wǎng)絡通訊、數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品和技術建立一套先進的,、符合鋼鐵企業(yè)管理應用功能的能源管理系統(tǒng),。
　　
系統(tǒng)建立:

- 能源中心：
以SCADA軟件為核心,，建立I/O Server實時數(shù)據(jù)服務器，實現(xiàn)在線的數(shù)據(jù)監(jiān)視,、工藝操作和實時的能源管理功能,；基于數(shù)據(jù)庫技術開發(fā)具有模型背景的能源管理功能并對外提供接口。

- 通訊網(wǎng)絡：
采用工業(yè)級以太網(wǎng)交換機,，建立分區(qū)域的冗余環(huán)網(wǎng),，環(huán)與環(huán)之間采用耦合拓撲結構進行連接，從而建立高可靠專有的能源數(shù)據(jù)采集通訊網(wǎng)絡,。

　　- 數(shù)據(jù)采集：
　　RTU產(chǎn)品為核心,，通過信號采集、通訊,、協(xié)議轉換等技術手段,，將能源介質參數(shù)的采集與生產(chǎn)控制系統(tǒng)隔離，提供連續(xù),、真實,、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
　　
　　2,、系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

　　能源中由心I/O數(shù)據(jù)服務器,、Oracle關系數(shù)據(jù)庫服務器、Web服務器和工作站組成,。I/O數(shù)據(jù)服務器負責原始計量數(shù)據(jù)的實時采集,、歷史壓縮存儲、二次計算和為監(jiān)控畫面提供實時數(shù)據(jù),；Oracle數(shù)據(jù)庫服務器負責計量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的收集和存儲,，作為能源（物資）計量統(tǒng)計管理數(shù)據(jù)庫；工作站上運行計量數(shù)據(jù)監(jiān)控與管理系統(tǒng)軟件,，對計量數(shù)據(jù)進行分析處理,、設備管理、權限分配,、報表打印以及調閱等,；Web服務器負責將指定的實時數(shù)據(jù)監(jiān)測畫面和動態(tài)曲線以網(wǎng)頁的形式在公司網(wǎng)上發(fā)布，供其他部門網(wǎng)上在線查閱,，并提供系統(tǒng)與用戶的各種人機界面。
　　
　　根據(jù)能源管理系統(tǒng)功能需求及實際各部門業(yè)務流程規(guī)定,，EMS數(shù)據(jù)流圖可用下圖表示：

3,、系統(tǒng)功能

EMS的監(jiān)控系統(tǒng)分為4個子系統(tǒng)，即供配電系統(tǒng),、動力系統(tǒng),、給排水系統(tǒng)和環(huán)保系統(tǒng)。
　　
　　其中動力系統(tǒng)包括燃氣系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng),、氧氮氬系統(tǒng),，給排水系統(tǒng)包括化學水、工業(yè)水和生活水,。
　　
　?、佟?shù)據(jù)的實時采集與監(jiān)控
　　通過建立可靠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）對能源潮流數(shù)據(jù)（如電流,、電壓,、壓力、溫度,、流量,、環(huán)境數(shù)據(jù)等）、設備狀態(tài)（如開,、停,、閥門開度、報警信號等）等進行采集,；提供過程監(jiān)視,、操作控制、實時調整等畫面,過程曲線及信息顯示等輔助界面,、大屏幕等完成能源中心管轄范圍的能源設備狀態(tài)及潮流的監(jiān)視功能,；提供過程控制和實時調整,參數(shù)設定窗口等實現(xiàn)控制功能；并對信息進行歸檔,。
　　
　?、凇⒒A數(shù)據(jù)管理
　　包括介質參數(shù)管理,、維護單位管理,、計量設備管理、測點耗量關系,、用戶權限設置,、以及其他需人工錄入的參數(shù)管理界面。
　　
　?、?、能源管理功能
　　將采集的數(shù)據(jù)進行歸納、分析和整理,，結合生產(chǎn)計劃和檢修計劃的數(shù)據(jù),，實現(xiàn)基礎能源管理功能，包括能源實績分析管理,、能源計劃管理,、運行支持管理,、能源質量管理、能源平衡管理,、在線預測分析等,。
　　
　　④,、環(huán)境監(jiān)測與保護
　　對環(huán)保設備運行狀態(tài)的監(jiān)測,，對水、煙氣等排放進行監(jiān)測,、分析和管理,。
　　
　　4、基本配置

　　能源管理系統(tǒng)基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信技術,，采用C/S 和B/S 混合系統(tǒng)架構方式,。典型的配置和設備組成如下：

三、主要產(chǎn)品技術描述

　　1,、SCADA軟件
　　采用國際主流的SCADA軟件建立I/O Server實時數(shù)據(jù)服務器功能,，通過在線的數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)動態(tài)流程圖、參數(shù)表,、趨勢曲線等監(jiān)控功能,，并與關系數(shù)據(jù)庫建立通訊。
　　
　　技術特點如下：

　　— 軟件體系采用真正的客戶/服務器（C/S）體系結構,；
　　— 能夠完全做到實時數(shù)據(jù)服務器以及趨勢,、報警、報表和文件等功能模塊的冗余,；
　　— I/O通訊冗余,，主通訊中斷時自動切換到旁路；
　　— 支持在線組態(tài),，即在不影響操作的情況下,，允許全部或部分應用程序進行修改；
　　— 支持ODBC,、OPC,、API、DDE等標準數(shù)據(jù)交換方式,；
　　— 網(wǎng)絡通訊采用標準的NetBIOS,，支持IPX/SPX、TCP/IP等協(xié)議,；
　　— 支持多種關系型數(shù)據(jù),，包括Oracle、SQL Server,、dBASE等,。
　　— 系統(tǒng)通過設置不同級別的用戶操作權限而防止越權操作保護系統(tǒng)的安全。
　　
　　
　　2,、遠程數(shù)據(jù)采集單元—MIPM RTU

　　遠程數(shù)據(jù)采集單元采用美國SIXNET公司MIPM系列RTU產(chǎn)品,。
　　
　　SIXNET高端RTU產(chǎn)品（IPM級）具有32位處理器、大容量存儲空間,，不但提供標準串口（RS232/RS485）通訊和IEC61131-3 標準編程功能,。還提供以太網(wǎng)通訊端口，并具有嵌入式功能,，可支持高級編程和網(wǎng)絡通訊應用程序,，例如Web Server、Internet訪問,、高級 C/C++編程及專有通訊協(xié)議的定制等,，是最新一代控制器產(chǎn)品。同時具有多種國際工控產(chǎn)品質量認證,，提供高可靠品質應用,。其產(chǎn)品主要技術特點為：
　　①,、同時提供多種通訊端口：以適應分散應用和本地的不同通訊要求,。
　　②,、提供大容量程序和數(shù)據(jù)存儲空間：適合就地運算和大量數(shù)據(jù)安全存儲,。
　　③,、更高的適應惡劣環(huán)境應用：工作環(huán)境溫度為-40 ～ 70ºC,、國際品質認證等。
　　
　　3,、工業(yè)以太網(wǎng)交換機

　　網(wǎng)絡系統(tǒng)中的工業(yè)以太網(wǎng)交換機采用美國SIXNET公司產(chǎn)品,。
　　SIXNET近30余年的工業(yè)自動化產(chǎn)品設計、制造經(jīng)驗,，使其充分了解各種工業(yè)場合的應用需求,。并將其成熟的工業(yè)自動化產(chǎn)品設計理念注入工業(yè)以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品中，能夠真正經(jīng)受各種惡劣工業(yè)環(huán)境的長期考驗,。
　　
　　SIXNET工業(yè)以太網(wǎng)交換機具有卓越的工業(yè)品質,，低功耗、無風扇電路設計,、寬范圍工作環(huán)境溫度（- 40℃ - 85 ℃）,、美國軍標MIL- STD-1275防浪涌保護以及嚴格的國際質量認證（包括危險場所2區(qū)防爆認證、DNV船級社認證）等特性確保在各種惡劣工業(yè)環(huán)境現(xiàn)場長期穩(wěn)定,、可靠,、安全使用,。
　　
　　SIXNET實時環(huán)工業(yè)以太網(wǎng)交換機專有Real-time RingTM 技術，實現(xiàn)快速容錯環(huán)網(wǎng)冗余,，并具有端口配置,、端口鏡像、優(yōu)先級劃分等高級網(wǎng)管功能,，可保證信息交換的實時性和確定性,，支持Modbus方式監(jiān)測網(wǎng)絡運行狀態(tài)，可以方便地進行故障診斷,、報告和定位,。尤其適合如 PLC，DCS,，SCADA自動化監(jiān)控系統(tǒng)構建100/1000Mbps工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng),。
　　
　　四、高端產(chǎn)品應用技術

　　EMS系統(tǒng)采集的信號分散在工廠的各個角落,，許多能源計量參數(shù)已納入原有生產(chǎn)控制系統(tǒng),，能源數(shù)據(jù)的采集將面臨繁雜的通訊協(xié)議和接口。采用新一代的自動化產(chǎn)品（RTU/Gateway）,，構筑分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，將能源介質參數(shù)的采集與生產(chǎn)控制系統(tǒng)隔離，提供連續(xù),、真實,、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。RTU /Gateway產(chǎn)品是對傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)在遠傳和分布式應用的產(chǎn)品補充,，提供更強的數(shù)據(jù)處理和通訊能力,，從而構建新一代能源管理系統(tǒng)的架構。
　　
　　MIPM RTU預集成了PLC,、記錄儀,、流量計算機、通訊網(wǎng)關等多種功能,，其高端產(chǎn)品應用技術如下：
　　
　　1,、預集成的數(shù)據(jù)記錄功能

　　MIPM RTU預集成了數(shù)據(jù)記錄（Datalogging）功能。作為系統(tǒng)工具軟件（I/O Tool Kit）選項之一的Sixlog軟件,，提供了工程向導型配置應用,，無需編程。
　　SIXNET的Datalogging功能具有以下優(yōu)點：
　　— 可按時間,、事件等方式啟動數(shù)據(jù)記錄
　　— 時間間隔可設置（10毫秒–49天）
　　— 大容量,、非易失數(shù)據(jù)存儲（16M）
　　— 同一控制器支持多個Datalog配置
　　— 服務器/客戶機式雙向數(shù)據(jù)恢復方式
　　— 工程向導型配置界面，無需編程
　　— 多種通用軟件瀏覽的歷史數(shù)據(jù)文件
　　— 支持數(shù)據(jù)記錄冗余服務器功能
　　
　　數(shù)據(jù)記錄可用于實現(xiàn)SOE功能，用于記錄故障報警事件發(fā)生的時間順序,；可以實現(xiàn)重要能源計量數(shù)據(jù)的備份,，防止因為通訊網(wǎng)絡故障等原因導致這些重要數(shù)據(jù)的丟失；同時保證貼有時間標簽的能源采集數(shù)據(jù)的完整性,。 RTU取代無紙記錄儀,，提供更靈活、更安全的數(shù)據(jù)備份功能,！
　　
　　2、RTU的數(shù)據(jù)補傳和調用功能

　　利用數(shù)據(jù)記錄（Datalogging）功能,，RTU把數(shù)據(jù)加上精確的時間標簽存儲在非易失的存儲器中,。然后按照用戶定義的時間表或在發(fā)生特定事件（例如遠程傳輸故障恢復后）時把記錄的歷史數(shù)據(jù)傳送到一個或多個中心控制站，從RTU傳送上來的數(shù)據(jù)包括控制站地址,、時間標簽,、紀錄序列號等識別數(shù)據(jù)。多個站點傳送上來的數(shù)據(jù)堆入輸入數(shù)據(jù)緩存,，等待順序處理,。

補傳的數(shù)據(jù)可存儲到ASCII文件（.csv）中，可方便地被SCADA軟件和數(shù)據(jù)庫調用,，完成數(shù)據(jù)回填,。每站點的數(shù)據(jù)分別保存在不同的文件中，用戶可以按周期配置進行文件更新,。

　　同時,，CitectSCADA軟件專為SIXNET數(shù)據(jù)記錄功能開發(fā)了數(shù)據(jù)記錄服務器驅動，可以直接調用RTU內記錄的歷史數(shù)據(jù)并恢復到趨勢文件中,。
　　
　　3,、建立先進的系統(tǒng)通訊機制

　　傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（包括DCS/PLC）的通訊機制是主、從方式,，既輪巡通訊,。這是在專有布線結構下工控領域所遵循的通訊原則。而RTU產(chǎn)品具有服務器/客戶機式的通訊能力,。在客戶機方式下,，RTU作為主站，可主動向控制中心發(fā)起通信,，這種模式常常用做“例外報告”,。
　　
　　RTU作為客戶機可實時地報告事件的發(fā)生，實現(xiàn)快速報警響應,。這種“例外報告”機制可減少傳統(tǒng)輪詢系統(tǒng)中的通信負荷與等待時間,。在大型SCADA系統(tǒng)中，I/O響應時間是決定系統(tǒng)品質的重要因素,，你的系統(tǒng)越大,，這種分布式客戶機結構的好處就越明顯,。
　　
　　主站輪巡與“例外報告” 相結合是先進SCADA系統(tǒng)的通訊機制！
　　
　　4,、嵌入式技術的應用

　　作為真正的開放式自動化產(chǎn)品,，MIPM RTU提供了嵌入式開發(fā)能力，使用IADK開發(fā)工具包可以編譯和調試自己專有的應用程序,，然后在控制器和RTU中運行,。IADK提供訪問I/O寄存器的庫函數(shù)，具有讀寫控制器 I/O寄存器和通訊端口的最高訪問能力,。
　　嵌入式技術的應用,，有利于快速開發(fā)專有的通訊驅動，使用戶與我們享有同等的開發(fā)能力,！
　　
　　5,、高端以太網(wǎng)通訊特性

　　IP安全特性（防火墻保護）：MIPM RTU可嵌入防火墻保護功能，防止系統(tǒng)受到非授權訪問的能力,，使用其安全規(guī)則向導配置基于IP地址,、IP端口、IP表等限制訪問規(guī)則,；

　　SNMP網(wǎng)絡管理：支持AT,ICMP,IP,System,TCP,UDP等MIB組功能,，可建立信息管理網(wǎng)絡軟件的通信，MIPM RTU具有SNMP網(wǎng)絡管理能力,；

　　PPP 通訊協(xié)議：通過串口鏈路透傳IP數(shù)據(jù)包,，將串行連接轉換為以太網(wǎng)通訊連接。