能源管理系统(EMS)方案.doc

Contents1 系统方案概述.21.1 数采终端（能源子站） .31.2 数据监控系统（能源实时监控子系统） .41.2.1 能源实时监控服务器 .41.2.2 能源实时监控客户机 .51.3 数据管理与发布(能源管理和能源监控系统) .51.3.1 能源管理分析服务器 .61.3.2 能源管理系统客户机 .72 系统功能概述.82.1 概述 .82.2 方案总体说明 .82.3 系统功能 .92.3.1 能源数据采集 .92.3.2 能源监控系统动态监视 .92.3.3 能源档案系统 .112.3.4 成本分析与分配系统 .132.3.5 能耗标准设定 .162.3.6 自定义能源报表 .172.3.7 其他能源分析手段 .211 系统方案概述改能源管理系统方案是以罗克韦尔自动化的核心软件产品实时监控软件 FTView SE、能源管理平台软件 RSEnergyMetrix、以及开放性关系型数据库 MSSQL 为基础，并融合了现场通信技术、数据库技术、Web 技术、SCADA/HMI 技术、C/S 及 B/S 技术等的一体化的数据采集监控系统方案。能源管理系统实时监控与信息管理系统的总目标是建立一个全局性的能源管理系统，构成覆盖能源信息采集及能源信息管理两个功能层次的计算机网络系统，实现对电能、天然气、压缩空气、采暖水、循环水和自来水等能源介质的自动监测，进而完成能源的优化调度和管理，实现安全、优良供能、提高工作效率、降低能耗，从而达到降低产品成本的目的。系统包括 3 大部分内容：能源数据采集，能源数据实时监控和能源数据分析发布管理。其主要功能是实现对所有与能源有关的数据采集，并在能源管理部门范围内实现数据的发布，并可以为企业管理级的 MES、ERP 系统提供用能信息。整个能源管理系统是以稳定可靠的工控 PLC 和上位管理服务器为核心并采用流行的、可靠的计算机网络构成的集中式数据采集监控分析管理系统。全厂设置一个集中能源监控中心。全厂能源调度监控中心通过网络从各能源子站中获取能源数据，实现全厂的能源数据集中监控和管理。并实现能源数据的集中管理和归档，并通过网络实现在能源管理部门范围内的数据发布；全厂能源管理中心和各能源子站通过工厂已有网络结合在一起构成一个完整的系统。能源管理数采终端采用工业级控制设备 PLC 作为核心处理运算单元，各个能源子站都具备运算存储能力。能源管理数采终端集成以太网接口，通过光纤以太网与能源管理服务器系统实现通讯，网络构架简单明了，系统安全可靠。系统数据流系统数据流如上图，在软件应用层次，系统以国际通用的 OPC 标准为软硬件标准。OPC 标准是针对工业应用场合推出的软硬件通信标准，通用 OPC 标准可以实现工厂系统信息的互通互连，避免“ 信息孤岛” 问题。目前，绝大部分工业软件硬件供应商都支持这种标准。总的来说，可以把系统分为三大部分：数采终端（能源子站），数据监控系统（能源实时监控子系统），数据管理与发布（能源管理分析子系统）。1.1 数采终端（能源子站）本系统内的现场信息采集和控制涉及多种能源介质，在能源管理系统应用中，罗克韦尔自动化的 PLC 因为其高可靠性与扩展性，已经在能源管理系统中获得了广泛的应用： 平均无故障时间(MTBF)达到 20,0000 小时以上 可靠性达到 99.98%以上 通过工业现场标准认证如：UL、CSA （1 类，2 区，A、B、C、D 组）、CE 等。 对应协议采用专有通讯协议模块，通讯协议底层由硬件完成，由主程序调用。 采用简单易懂的工控通用命令，方便工厂工程师进行维护 电气信号接口带光耦隔离。抗现场电磁干扰的能力 控制器本地数据存储功能，网络中断时数据本地存储，保证数据的完整性 模块可扩展，可以随着能源系统的完善，扩充进行扩展，保护用户已有投资1.2 数据监控系统（能源实时监控子系统）能源实时监控子系统主要完成能源数据实时动态监控、趋势图显示和故障异常报警等几大块功能，各能源子站的现场工艺数据首先通过传感器、智能仪表接入能源子站，同时，利用以太网，能源实时监控子系统实时采集能源数据，以友好直观的界面表示能源设备和能源网络的运行状态，帮助用户及时、准确了解能源系统的运行状态，及时发现、解决问题。能源管理系统主要功能如下： 数据采集和处理； 能源工艺参数和设备的动态显示； 报警显示和管理； 趋势显示； 历史数据的管理、存贮； 能源统计报表的生成和打印 权限的确定1.2.1 能源实时监控服务器能源实时监控服务器是上位监控软件 FTView SE 服务器端的运行平台，负责处理、存储、管理从现场能源子站传送来的实时数据。作为网络上的实时 I/O 服务器，同时又是控制网络中的报警服务器、趋势服务器，能源实时信息服务器是能源管理系统的数据实时处理中心，它将担负整个能源管理系统的实时数据的存储和处理，因此具有十分重要的地位。系统基于先进的服务器/客户端结构，只需要在服务器端做一次部署，客户端通过工厂网络可以使用实时监控功能。客户端不需要重新部署。方便系统的更新维护。能源实时信息服务器采用 Windows 操作系统，安装运行工控级监控软件 FTView SE Server，可靠，稳定。1.2.2 能源实时监控客户机能源实时监控计算机是能源实时监控信息服务器的客户端。通过该客户端可以实现的功能： 能源计量系统结构图 显示全厂能源系统总揽图（各个仪表采集的各车间各能耗功率,负荷） 动态显示各表读数（电，水，压缩空气，天然气，热水） 各表具辅助参数显示（电压，电流，功率，流量，温度，压力等） 能源计量系统事件记录，报警管理（表，终端，服务器故障） 任意数据趋势显示，跟踪记录1.3 数据管理与发布(能源管理和能源监控系统)能源管理分析子系统主要完成能源数据采集、存储、分析和数据发布几大块功能，各能源子站的现场工艺数据首先通过传感器、智能仪表接入能源子站，同时，利用以太网，RSEnergymetrix 软件对能源数据进行采集，并存储进 MSSQL 标准数据库中，RSEnergymetrix 提供各种能源数据分析管理工具，用户通过 RSEnergymetrix 的 IE 界面接口就可以实现对能源系统管理、分析和数据分享。能源管理系统主要功能如下： 数据采集和处理； 报警显示和管理； 趋势显示； 历史数据的管理、存贮； 能源统计报表的生成和打印； 权限的确定； 用能信息的 Web 发布； 实现与其它能源管理系统、MES 或 ERP 系统连接和数据交换；1.3.1 能源管理分析服务器能源管理分析服务器是能源管理专用软件 RSEnergyMetrix 服务器端的运行平台，是整个能源管理系统的历史数据的存储中心，也是数据库管理软件的运行平台。RSEnergymetrix 是罗克韦尔专门面向制造型企业推出的一套能源管理系统套件： 图形化,对象化开发:RSEnergymetrix 内置能源消耗单位、设备、仪表（水、气、电、汽表）等对象，只需要通过简单的添加、复制等按钮就可以进行开发或者系统的扩展。无需复杂编程，保证系统的易使用，易扩展性和可用性 支持二次开发，在提供标准对象的基础上，通过“ 输入窗口”提供二次开放接口（不是底层程序修改，或重写），通过输入简单的表达式，就可以实现高级应用，如采用仪表数据进行设备的效率分析 内置国际能源统计分析高级算法：回归分析等 支持中、英文，已有项目证明中文的兼容性 支持大范围的应用，在 Kraft 等工厂已有成功案例( 用到全美 39 个厂，一期 7 个厂，分布全美，通过公司广域网络进行连接)能源管理分析服务器主要任务是通过 RSEnergyMetrix 服务器完成系统中历史数据的存储、管理，并向网络中的工作站和上层信息管理系统提供数据发布。即在工厂网络内的任何一台计算机通过一定权限的赋予都可作为能源管理分析的浏览器，而且浏览的界面是我们常用的 IE 浏览器，无需另外安装其他软件。能源管理分析服务器 完成以下功能： 定时归档各能源表具相关读数（小时，天，周） 配置管理（将表具划入区域及设置分摊原则，能源单价设置，费用计算方法设置，权限设置，配置更改记录） 生产能源消耗报表（按部门，表具，工作组等） 精确成本分析与分摊 数据导入，导出，修改接口 通过内部网向公司发布，实现客户端使用浏览器进行浏览系统基于服务器/浏览器结构，用户通过 IE 就可以编辑，修改和使用能源分析系统。能源管理分析服务器采用 Windows 服务器操作系统，安装运行罗克韦尔自动化公司的能源管理专用软件 RSEnergyMetrix，和数据库平台 MSSQL。1.3.2 能源管理系统客户机能源管理分析客户机是能源管理分析服务器的客户端。可以是能源管理部门内挂在以太网上的任意一台计算机。操作人员打开 IE 浏览器，连接到能源管理分析服务器即可浏览所有历史上的能源信息及分析结果，还可以浏览生成的能耗报表。同时提供界面为用户实现手动数据录入功能。由于不要求安装任何其它软件，所以在本方案系统设备清单上没有配置此浏览器。2 系统功能概述2.1 概述能源系统为您提供给你满足您公司需要的交钥匙能源工程系统。能源管理系统是在基于罗克韦尔自动化公司 30 年的工程系统的经验之上发展出来的，并可以提供给您标准能源产品,使您的系统很容易安装和维护。能源管理系统以全厂能耗为对象，实现能耗计量实时化，问题处理实时化。并在一定历史数据的积累下，为进一步能源数据的挖掘提供基础。我们提供适用于简单系统与复杂系统的综合能源管理的解决方案。通过用户化的软件，您可以采用易于理解的方式快速得到您需要的能量数据。从图形到数据库，综合能源管理解决方案提供了对能源使用的可视化与跟踪。数据的充分利用能给企业带来无穷的动力，为企业的管理和功能决策提供依据。无效的数据的堆集只会对企业的资源带来浪费，有效地利用数据意味着把数据放到你的指尖上。我们意识到将数据传送到在工厂中需要的地方是与测量是一样重要的。能源管理解决方案的实力就是把所有的能耗信息集成起来。我们的应用主要集中在通过以下的方式来节约你的成本： 使你重新评估你的费用；防止昂贵的能源质量问题；意识并纠正能源问题；控制需求量以避免不利的结果。2.2 方案总体说明能源管理系统方案是以罗克韦尔自动化的能源管理平台软件 RSEnergyMetrix， FTView SE 为基础，并融合了现场总线技术、数据库技术、 Web 技术、SCADA/HMI技术、B/S 技术等的一体化的数据采集监控系统方案。能源管理系统实时信息采集管理系统的目标是建立数据通讯网络，实现对能耗信息的自动监测，进而完成能源的管理。实现安全、优良供能、提高工作效率、降低能耗，从而达到降低产品成本的目的。其中包括数据采集，数据发布，和数据分析管理。其主要功能是实现所有能耗数据的采集，并在企业范围内实现数据的发布。整个能源管理系统采用可靠的硬件平台辅以成熟的软件平台，构成的集中式数据采集监控分析管理系统。并实现能耗数据的集中管理和归档，并通过网络实现在企业内部范围内的数据发布。 2.3 系统功能2.3.1 能源数据采集采用 PLC 为核心实现能源管理系统是目前能源管理系统发展的大方向。基于罗克韦尔自动化丰富的能源管理系统的工程经验及能力，通过“浮动” 地址技术，将来现场仪表的数量增减，仪表类型的调整，都可以在能源实时监控子系统上完成。无需工程师到现场对 PLC 梯形图程序进行调整，进一步提高的系统的可靠性和易维护性。子站通过 PLC 通讯模块实现与现场串行总线（Modbus RTU，DL/T 规约等 RS485规约）上智能仪表的通讯，能源数据从仪表到达管理系统的软件平台，需要经过 3 个环节。1、 PLC 通讯模块和智能设备之间的请求和应答，一个总线上的所有仪表轮巡时间2、 通讯模块和 PLC CPU 之间的数据通讯3、 PLC CPU 和能源管理软件之间以太网通讯其中，PLC CPU 和通讯模块之间的通讯是通过机架内总线实现，带宽为百兆级别，罗克韦尔自动化的 PLC CPU 都支持百兆以太网通讯，应此第 2、3 个因素的时间都是毫秒级别，可以忽略不计。要知道数据采样延迟，需要对第 1 个因素进行详细研究。2.3.2 能源监控系统动态监视能源监控系统的动态显示对能源（水、电、油）进行实时监控，并提供从概貌到具体的动态图形显示。通过本系统能源子站，采集分布在工厂各个位置的能源信息，这些信息在能源子站 PLC 进行处理（滤波，标定）。实时监控系统服务器通过工厂以太网络通过预设周期采集各个能源子站中的电，水，汽等能源数据。也可以通过本系统对设备进行远程控制。通过本系统，可以对能源系统拓扑图，能源信息点状态，设备网络状态，报警信息和趋势等进行动态显示。某一个实时系统单线图界面示例如下：图 72 监控系统能源网络图例通过实时监控系统，可以帮助用户实现：能源分配网络系统图监控有助于快速了解现场运行参数跟踪记录个别参数运行情况