1、行業(yè)背景
1.1、現(xiàn)狀
某鋼鐵企業(yè)鐵鋼材配套生產(chǎn)能力108萬噸，主要產(chǎn)品為熱軋帶鋼，冷軋帶鋼，中高檔焊管。該企業(yè)公司 原 有 能源網(wǎng)，僅對廠際間約150個能源數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行了采集，且存在數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，因此能源計量主要還是依據(jù)計量處的人為手工抄表。調(diào)度辦公室位于原制氧廠的辦公樓內(nèi)，調(diào)度通過電話詢問了解現(xiàn)場的能源情況，并實(shí)施調(diào)度指揮?？傮w 來 說 ，目前的該公司能源管理仍屬于粗放型管理模式，其主要工作目標(biāo)是最大限度地滿足各分廠的用能需要.因此，存在多種能源介質(zhì)沒有被充分優(yōu)化利用的現(xiàn)象，例如:煤氣、壓縮空氣均有放散，且煤氣放散量偏高，并由此造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。粗放型的管理模式嚴(yán)重影響了企業(yè)的發(fā)展，削弱了企業(yè)的競爭力。
1.2、需求分析
為了節(jié)能降耗降低成本，提高企業(yè)在行業(yè)的競爭力，該鋼廠結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，在原有能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級改造。采用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)建立企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，通過企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，將分布在現(xiàn)場的能源數(shù)據(jù)采集站、檢測站、現(xiàn)場控制站、操作管理控制中心的操作站以及管理控制站等聯(lián)系起來，共同完成能源的分散控制和集中管理的綜合管理與控制系統(tǒng)。利用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，站在全局的角度，更加合理的調(diào)配能源，從整體上有效地節(jié)能降耗。
2、某鋼廠能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖
典型能源系統(tǒng)架構(gòu)包括能源調(diào)度管理中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元等三級物理結(jié)構(gòu)（如圖示）。
1） 以力控forcecontrol 6.1 scada軟件為監(jiān)控中心，以力控實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫pspace為核心，建立i/o server實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)在線的數(shù)據(jù)監(jiān)視、工藝操作和實(shí)時的能源管理功能；基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)具有模型背景的能源管理功能并對外提供接口。
2） 采用工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)，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?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)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(luò)。
3） 以力控通信網(wǎng)管服務(wù)器pfieldcomm產(chǎn)品為核心，通過數(shù)據(jù)采集、通訊、協(xié)議轉(zhuǎn)換等技術(shù)手段，將能源介質(zhì)參數(shù)的采集與生產(chǎn)控制系統(tǒng)隔離，提供連續(xù)、真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
3、能源管理系統(tǒng)的設(shè)計及開發(fā)
3.1、方案設(shè)計簡介
該鋼廠能源管理對象包括了公司內(nèi)部所有涉及廠際間結(jié)算的各種能源介質(zhì)，主要是煤氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣、蒸汽、壓縮空氣、深井水、凈化水、工業(yè)水和深度處理的廢水等11套計量系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)分散的數(shù)據(jù)采集和控制、集中的管理、調(diào)度和能源供需平衡，以及生產(chǎn)管理過程中的能源預(yù)測，為在生產(chǎn)全過程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗和環(huán)保目標(biāo)創(chuàng)造條件。
3.2、 設(shè)計內(nèi)容
采用先進(jìn)的自動化、信息化技術(shù)建立能源管理調(diào)度中心，對供配電系統(tǒng)、水系統(tǒng)、燃?xì)庀到y(tǒng)及壓空系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)實(shí)行集中監(jiān)控和管理。通過對能源系統(tǒng)實(shí)行集中監(jiān)測和控制，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集—過程監(jiān)控—能源介質(zhì)消耗分析—能耗管理等全過程自動化、高效化、科學(xué)化管理，使能源管理與能源生產(chǎn)、使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來，使之能夠運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析與管理，包括能源生產(chǎn)管理統(tǒng)計報表、平衡分析、實(shí)績管理、預(yù)測分析等。實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度、優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、最大限度地高效利用能源，提高環(huán)保質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
3.2.1能源管理調(diào)度中心的主體系統(tǒng)架構(gòu)
能源管控中心的系統(tǒng)構(gòu)架采用客戶機(jī)/服務(wù)器（c/s）架構(gòu)與瀏覽器/服務(wù)器（b/s）架構(gòu)結(jié)合形式，分為工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（內(nèi)網(wǎng)）和管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（外網(wǎng)），由采集節(jié)點(diǎn)交換機(jī)、調(diào)度中心核心交換機(jī)、能源控制環(huán)網(wǎng)（利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)）、數(shù)據(jù)采集/實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、web服務(wù)器和HMI終端等組成。能源管理調(diào)度系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，中間傳輸與數(shù)據(jù)交換層網(wǎng)絡(luò)，能源調(diào)度管理中心。配置1臺核心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)能源調(diào)度中心各服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接，并與中間級網(wǎng)絡(luò)連接，完成實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)器與現(xiàn)場各節(jié)點(diǎn)上的所有采集站點(diǎn)的通訊，處理所采集的數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)送到各服務(wù)器和HMI終端。
3.2.2主要作用和基本功能
能源管理調(diào)度中心系統(tǒng)不僅對能源的統(tǒng)一調(diào)度、優(yōu)化平衡、減少能源損耗、提高勞動生產(chǎn)率有重要作用，而且對于事故預(yù)案的制定和執(zhí)行、事故原因的快速分析和及時判斷處理、能源供需的合理調(diào)整和平衡以及在客觀信息基礎(chǔ)上的能源實(shí)績分析、能源計劃編制、能源質(zhì)量管理、能源系統(tǒng)的預(yù)測等都是十分有效的。
能源管理調(diào)度中心系統(tǒng)設(shè)置有電力系統(tǒng)操作站、水系統(tǒng)操作站、動力系統(tǒng)操作站和web管理站等。能源管理調(diào)度借助操作站進(jìn)行能源系統(tǒng)潮流監(jiān)視及主要能源設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和操作，并設(shè)置數(shù)字大屏顯示屏系統(tǒng)，對能源系統(tǒng)及相關(guān)生產(chǎn)單元進(jìn)行全局監(jiān)視；另外，在能源管理主體系統(tǒng)出現(xiàn)異常的情況下，通過其視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對重要的能源設(shè)施進(jìn)行直接的監(jiān)控，確保其安全運(yùn)行。
能源生產(chǎn)技術(shù)人員借助能源管理的HMI終端，完成主要潮流監(jiān)視、技術(shù)分析、統(tǒng)計報表輸出等功能，以實(shí)現(xiàn)為完成生產(chǎn)指導(dǎo)制定運(yùn)行方案等功能。
4、數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集
現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集采用rs485網(wǎng)絡(luò)、1000m光纖工業(yè)網(wǎng)絡(luò)以及核心以太網(wǎng)絡(luò)等幾部分組成?，F(xiàn)場rs485網(wǎng)絡(luò)通過串口服務(wù)器或rtu接入1000m光纖網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場各采集系統(tǒng)分別連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的各點(diǎn)，形成星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括：modicon quatumm plc、siemens s7-200、siemens s7-300、siemenss7-400、ge versamax、ge 90-30負(fù)責(zé)現(xiàn)場溫度、流量、壓力、電參數(shù)等數(shù)據(jù)的采集，采集的數(shù)據(jù)通過北京三維力控科技的通訊網(wǎng)關(guān)服務(wù)器pfieldcomm將諸多的協(xié)議轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)傳送到數(shù)據(jù)中心—力控企業(yè)級實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫pspace服務(wù)器中。
實(shí)時數(shù)據(jù)庫主要用于管理企業(yè)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，記錄設(shè)備運(yùn)行過程每時每刻的信息，供生產(chǎn)管理人員對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控和過程分析。它要把現(xiàn)場設(shè)備發(fā)生的變化實(shí)時傳給用戶，還要把各個設(shè)備傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理和保存，同時要對客戶端用戶查詢歷史數(shù)據(jù)的要求作出響應(yīng)，實(shí)時數(shù)據(jù)庫處理的數(shù)據(jù)是連續(xù)性的，因此數(shù)據(jù)的吞吐量巨大，實(shí)時性很高。
5、監(jiān)控調(diào)度中心-力控forcecontrol6.1
力控forcecontrol6.1工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件是北京三維力控科技有限公司根據(jù)當(dāng)前的自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢，總結(jié)多年的開發(fā)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和大量的用戶需求而設(shè)計開發(fā)的高端自動化軟件產(chǎn)品，是力控科技全體研發(fā)工程師集體智慧的結(jié)晶，該產(chǎn)品主要定位于國內(nèi)高端hmi/scada自動化市場及應(yīng)用，是企業(yè)信息化的有力數(shù)據(jù)處理平臺。
力控forcecontrol6.1工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件負(fù)責(zé)調(diào)度中心對采集到的各種數(shù)據(jù)，在顯示屏上以畫面、報表、圖像的形式動態(tài)顯示系統(tǒng)的工藝過程、參數(shù)、設(shè)備工況。顯示屏幕上可以顯示當(dāng)前監(jiān)測的數(shù)據(jù)，亦可顯示歷史數(shù)據(jù)（趨勢曲線），顯示時，可以通過顏色變化、百分比、色標(biāo)填充等手段增強(qiáng)畫面的可視性。根據(jù)顯示的工藝過程、參數(shù)、設(shè)備工況對現(xiàn)場運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行控制。
6、能源管理系統(tǒng)的核心－－力控實(shí)時數(shù)據(jù)庫pspace
實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采取冗余配置，在功能采用負(fù)荷均衡技術(shù)，完成與現(xiàn)場所有采集站的數(shù)據(jù)采集，并向操作站、web服務(wù)器和歷史數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)。為提高系統(tǒng)性能，本設(shè)計通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與現(xiàn)場采集站進(jìn)行通訊，并將所有的采集站的通訊協(xié)議統(tǒng)一到同一通訊協(xié)議上，提高系統(tǒng)的通訊效率和服務(wù)器處理性能，實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器將完成中間量計算、累積量計算、趨勢、報警、數(shù)據(jù)短時歸檔、向數(shù)據(jù)庫站傳送數(shù)據(jù)等功能，并保存有信息記錄、操作記錄等功能。同時實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兼任應(yīng)用服務(wù)器功能，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)能源管理，數(shù)據(jù)查詢、報表查詢和打印、能源平衡、能源分析預(yù)測等應(yīng)用功能。
6.1實(shí)時數(shù)據(jù)庫的設(shè)計目標(biāo)
生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控：[/b]實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為各級管理部門提供的遠(yuǎn)程實(shí)時生產(chǎn)過程信息，有效地幫助調(diào)度人員及時調(diào)整物流方向，減少非計劃停車，保持生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行。通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)記錄的裝置運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的分析和中間產(chǎn)品的質(zhì)量分析，然后通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)快速返回相關(guān)的結(jié)果，來及時調(diào)整操作參數(shù)，確保裝置操作的平穩(wěn)性，從而有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
報警實(shí)時監(jiān)視：通過比較當(dāng)前的數(shù)據(jù)和歷史趨勢數(shù)據(jù)，特別是結(jié)合裝置安全運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，通過趨勢圖和數(shù)據(jù)的分析可以及早報告事故隱患，并且通過對事故
