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概述

如今制造業(yè)競爭越來越激烈，如何在實現(xiàn)生產(chǎn)目標的同時將運作成本降到最低，已經(jīng)成為挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在自動化技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)基礎(chǔ)上建立的能源管理系統(tǒng)，以客觀數(shù)據(jù)為依據(jù)，是冶金、化工、熱力、電廠等能源消耗企業(yè)，實施節(jié)能降耗最根本的辦法。

能源管理系統(tǒng)（Energy management system，簡稱EMS）是企業(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(shè)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(gòu)中，把能源管理系統(tǒng)與MES制造執(zhí)行系統(tǒng)融為一體，作為大型企業(yè)自動化和信息化的重要組成部分。企業(yè)信息化體系結(jié)構(gòu)如下圖所示：

EMS系統(tǒng)基于PCS系統(tǒng)，將采集的數(shù)據(jù)進行歸納、分析和整理，結(jié)合生產(chǎn)計劃和檢修計劃的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)能源實績分析管理、能源計劃管理、運行支持管理、能源質(zhì)量管理、能源平衡管理、在線預測分析等功能。

EMS系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)是以幫助工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在擴大生產(chǎn)的同時，合理計劃和利用能源，降低單位產(chǎn)品能源消耗，提高經(jīng)濟效益，降低CO2排放量為目的信息化管控系統(tǒng)。以冶金行業(yè)為例，在鋼廠中EMS系統(tǒng)需要監(jiān)控管理的能源介質(zhì)主要有：電力、焦爐煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、混合煤氣、壓縮空氣、氧氣、氮氣、氬氣、蒸汽、生產(chǎn)水、生活水等。

系統(tǒng)以大量的實時數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，融合各類總線通訊、數(shù)據(jù)庫、SCADA等技術(shù)，用于監(jiān)視、分析和控制能源的使用。能源監(jiān)控中心實現(xiàn)對電、蒸汽、壓縮空氣、風、燃氣和水等有關(guān)能源介質(zhì)的檢測及控制，進而完成能源的優(yōu)化調(diào)度和管理，將能耗信息集成，提供有效的分析手段，指導能源的合理配置和利用，實現(xiàn)安全、優(yōu)良供能、提高工作效率、降低能耗。

為實現(xiàn)上述目標需要逐步完成下述系統(tǒng)搭建：

第一、工藝SCADA系統(tǒng)

在冶金企業(yè)中存在多種工藝生產(chǎn)系統(tǒng)，分布范圍較為分散，各個工藝車間所涉及到的設(shè)備眾多，工藝流程各異。針對不同的工藝車間需搭建相應的工藝流程SCADA系統(tǒng)，匯總各工藝車間中的PLC、儀表等智能設(shè)備采集的實時數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)，通過HMI系統(tǒng)對工藝畫面進行實時監(jiān)控。

第二、企業(yè)級監(jiān)控系統(tǒng)

企業(yè)需將各自分廠區(qū)內(nèi)的工藝SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行匯總，搭建企業(yè)級別的實時數(shù)據(jù)中心，應用先進的通訊技術(shù)，解決不同系統(tǒng)的互聯(lián)互通問題，使孤立的各個工藝SCADA系統(tǒng)連成一體，為能源管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

第三、能源監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)字化的能源監(jiān)控系統(tǒng)是以上述基礎(chǔ)系統(tǒng)之上，實現(xiàn)對能源數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理、分析，可對企業(yè)各層面進行分散控制集中管理。調(diào)度人員能夠在能源控制中心只需屏幕上點擊一個按鈕，即可對系統(tǒng)進行直接控制和調(diào)整，從而提高工作效率，尤其在工藝系統(tǒng)故障時的處理指揮和即時系統(tǒng)調(diào)整方面，體現(xiàn)出了極大的優(yōu)越性。

同時EMS系統(tǒng)需實現(xiàn)與ERP系統(tǒng)的無縫集成，向ERP系統(tǒng)提供完整的能源系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，ERP也將按能源管理和預測分析的需要，向能源管理系統(tǒng)提供公司的生產(chǎn)計劃、檢修計劃和相關(guān)的生產(chǎn)實績信息。

需求分析

該企業(yè)目前各工藝SCADA系統(tǒng)已搭建完畢，具體分布如下：

1）鐵廠

鐵廠共有3座高爐，分別是1#高爐、2#高爐、3#高爐，共有2套WinCC系統(tǒng)和1套iFix系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)方式組網(wǎng)。

2）煉鋼廠

煉鋼共有4個轉(zhuǎn)爐、4個連鑄，共有7套WinCC系統(tǒng)和1套組態(tài)王系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)方式組網(wǎng)。

3）軋鋼廠

軋鋼廠分為中板車間和帶鋼車間，均采用WinCC系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)方式組網(wǎng)。

4）燒結(jié)廠

燒結(jié)共有兩個燒結(jié)機和一個豎爐，包含1套Intouch系統(tǒng)和WinCC系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)方式組網(wǎng)。

5）制氧廠

制氧廠共有3套制氧機，分別是1#制氧機、2#制氧機和3#制氧機，采用霍尼韋爾的PKS系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)方式組網(wǎng)。

需在此基礎(chǔ)上搭建企業(yè)數(shù)據(jù)中心及能源監(jiān)控系統(tǒng)，將所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)匯總至中心監(jiān)控平臺，并實現(xiàn)對企業(yè)能耗數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，為工藝優(yōu)化，能耗分析提供真實可靠的數(shù)據(jù)支撐。

系統(tǒng)架構(gòu)及功能

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，由于所涉及到多套SCADA系統(tǒng)，需解決多套系統(tǒng)多種通訊形式的大范圍接入帶來的不兼容問題，為了使通訊方式更加統(tǒng)一標準，選用Symlink工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)作為系統(tǒng)接口機，將不同子系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)一并接入，轉(zhuǎn)發(fā)為標準統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，上傳至數(shù)據(jù)中心。系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：

系統(tǒng)具備如下功能：

●數(shù)據(jù)接入功能

將鐵廠、煉鋼廠、軋鋼廠、燒結(jié)廠、制氧廠等分廠的能源數(shù)據(jù)通過有線或無線方式采集進入中心系統(tǒng)，供數(shù)據(jù)監(jiān)視、報警、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等用。

●系統(tǒng)監(jiān)控功能 

通過能源管理中心顯示界面，監(jiān)控用水量、用電量、用氣量、溫度、流量、壓力等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)故障報警和分析。作為能源的生產(chǎn)指揮控制中心，將負責日常的能源生產(chǎn)調(diào)度，保證主作業(yè)線正常有序的生產(chǎn)，并在突發(fā)事件期間實施能源應急調(diào)度策略，確保能源供應的安全穩(wěn)定，達到節(jié)能增效。

●能耗分析功能 

將能耗數(shù)據(jù)進行歸納、分析和整理，結(jié)合生產(chǎn)計劃的數(shù)據(jù)，進行能源管理工作，包括能源實績分析管理、能源質(zhì)量管理、能源 成本費用管理、能源平衡管理、能源預測分析等。形成能源管理報表。d