一、概述

能源管理系統（Energy management system，簡稱EMS）是鋼鐵企業信息化系統的一個重要組成部分，在能源數據進行采集、加工、分析，處理以實現對能源設備、能源實績、能源計劃、能源平衡、能源預測等方面發揮著重要的作用。
　　
　　在企業信息化系統的架構中，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、生活水、工業凈環水、工業濁環水、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、調節閥開度、開關信號、動力設備運行狀態、主生產線設備的運行狀態等。
　　
環保信息包括：環保設備的運行情況、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、廠區視頻檢測、廠界噪音。
　　
　　二、方案設計
　　
1、系統架構

典型能源系統架構包括能源調度管理中心、通訊網絡、遠程數據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展的原則，并分析比較了實時數據庫和SCADA軟件的技術特點，本方案以SCADA系統為核心構建能源管理系統，結合網絡通訊、數據庫產品和技術建立一套先進的、符合鋼鐵企業管理應用功能的能源管理系統。
　　
系統建立:

- 能源中心：
以SCADA軟件為核心，建立I/O Server實時數據服務器，實現在線的數據監視、工藝操作和實時的能源管理功能；基于數據庫技術開發具有模型背景的能源管理功能并對外提供接口。

- 通訊網絡：
采用工業級以太網交換機，建立分區域的冗余環網，環與環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據采集通訊網絡。

　　- 數據采集：
　　RTU產品為核心，通過信號采集、通訊、協議轉換等技術手段，將能源介質參數的采集與生產控制系統隔離，提供連續、真實、可靠的數據依據。
　　
　　2、系統數據流圖

　　能源中由心I/O數據服務器、Oracle關系數據庫服務器、Web服務器和工作站組成。I/O數據服務器負責原始計量數據的實時采集、歷史壓縮存儲、二次計算和為監控畫面提供實時數據；Oracle數據庫服務器負責計量統計數據的收集和存儲，作為能源（物資）計量統計管理數據庫；工作站上運行計量數據監控與管理系統軟件，對計量數據進行分析處理、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據監測畫面和動態曲線以網頁的形式在公司網上發布，供其他部門網上在線查閱，并提供系統與用戶的各種人機界面。
　　
　　根據能源管理系統功能需求及實際各部門業務流程規定，EMS數據流圖可用下圖表示：

3、系統功能

EMS的監控系統分為4個子系統，即供配電系統、動力系統、給排水系統和環保系統。
　　
　　其中動力系統包括燃氣系統、蒸汽系統、氧氮氬系統，給排水系統包括化學水、工業水和生活水。
　　
　　①、數據的實時采集與監控
　　通過建立可靠的數據采集系統（SCADA系統）對能源潮流數據（如電流、電壓、壓力、溫度、流量、環境數據等）、設備狀態（如開、停、閥門開度、報警信號等）等進行采集；提供過程監視、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及潮流的監視功能；提供過程控制和實時調整,參數設定窗口等實現控制功能；并對信息進行歸檔。
　　
　　②、基礎數據管理
　　包括介質參數管理、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管理界面。
　　
　　③、能源管理功能
　　將采集的數據進行歸納、分析和整理，結合生產計劃和檢修計劃的數據，實現基礎能源管理功能，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、環境監測與保護
　　對環保設備運行狀態的監測，對水、煙氣等排放進行監測、分析和管理。
　　
　　4、基本配置

　　能源管理系統基于以太網的數據通信技術，采用C/S 和B/S 混合系統架構方式。典型的配置和設備組成如下：

三、主要產品技術描述

　　1、SCADA軟件
　　采用國際主流的SCADA軟件建立I/O Server實時數據服務器功能，通過在線的數據采集實現動態流程圖、參數表、趨勢曲線等監控功能，并與關系數據庫建立通訊。
　　
　　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據服務器以及趨勢、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，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等標準數據交換方式；
　　— 網絡通訊采用標準的NetBIOS，支持IPX/SPX、TCP/IP等協議；
　　— 支持多種關系型數據，包括Oracle、SQL Server、dBASE等。
　　— 系統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的安全。
　　
　　
　　2、遠程數據采集單元—MIPM RTU

　　遠程數據采集單元采用美國SIXNET公司MIPM系列RTU產品。
　　
　　SIXNET高端RTU產品（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。還提供以太網通訊端口，并具有嵌入式功能，可支持高級編程和網絡通訊應用程序，例如Web Server、Internet訪問、高級 C/C++編程及專有通訊協議的定制等，是最新一代控制器產品。同時具有多種國際工控產品質量認證，提供高可靠品質應用。其產品主要技術特點為：
　　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據存儲空間：適合就地運算和大量數據安全存儲。
　　③、更高的適應惡劣環境應用：工作環境溫度為-40 ～ 70ºC、國際品質認證等。
　　
　　3、工業以太網交換機

　　網絡系統中的工業以太網交換機采用美國SIXNET公司產品。
　　SIXNET近30余年的工業自動化產品設計、制造經驗，使其充分了解各種工業場合的應用需求。并將其成熟的工業自動化產品設計理念注入工業以太網交換機產品中，能夠真正經受各種惡劣工業環境的長期考驗。
　　
　　SIXNET工業以太網交換機具有卓越的工業品質，低功耗、無風扇電路設計、寬范圍工作環境溫度（- 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區防爆認證、DNV船級社認證）等特性確保在各種惡劣工業環境現場長期穩定、可靠、安全使用。
　　
　　SIXNET實時環工業以太網交換機專有Real-time RingTM 技術，實現快速容錯環網冗余，并具有端口配置、端口鏡像、優先級劃分等高級網管功能，可保證信息交換的實時性和確定性，支持Modbus方式監測網絡運行狀態，可以方便地進行故障診斷、報告和定位。尤其適合如 PLC，DCS，SCADA自動化監控系統構建100/1000Mbps工業冗余環網。
　　
　　四、高端產品應用技術

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

　　MIPM RTU預集成了數據記錄（Datalogging）功能。作為系統工具軟件（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功能具有以下優點：
　　— 可按時間、事件等方式啟動數據記錄
　　— 時間間隔可設置（10毫秒–49天）
　　— 大容量、非易失數據存儲（16M）
　　— 同一控制器支持多個Datalog配置
　　— 服務器/客戶機式雙向數據恢復方式
　　— 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據文件
　　— 支持數據記錄冗余服務器功能
　　
　　數據記錄可用于實現SOE功能，用于記錄故障報警事件發生的時間順序；可以實現重要能源計量數據的備份，防止因為通訊網絡故障等原因導致這些重要數據的丟失；同時保證貼有時間標簽的能源采集數據的完整性。 RTU取代無紙記錄儀，提供更靈活、更安全的數據備份功能！
　　
　　2、RTU的數據補傳和調用功能

　　利用數據記錄（Datalogging）功能，RTU把數據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生特定事件（例如遠程傳輸故障恢復后）時把記錄的歷史數據傳送到一個或多個中心控制站，從RTU傳送上來的數據包括控制站地址、時間標簽、紀錄序列號等識別數據。多個站點傳送上來的數據堆入輸入數據緩存，等待順序處理。

補傳的數據可存儲到ASCII文件（.csv）中，可方便地被SCADA軟件和數據庫調用，完成數據回填。每站點的數據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數據記錄功能開發了數據記錄服務器驅動，可以直接調用RTU內記錄的歷史數據并恢復到趨勢文件中。
　　
　　3、建立先進的系統通訊機制

　　傳統控制系統（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生，實現快速報警響應。這種“例外報告”機制可減少傳統輪詢系統中的通信負荷與等待時間。在大型SCADA系統中，I/O響應時間是決定系統品質的重要因素，你的系統越大，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品，MIPM RTU提供了嵌入式開發能力，使用IADK開發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，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，有利于快速開發專有的通訊驅動，使用戶與我們享有同等的開發能力！
　　
　　5、高端以太網通訊特性

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

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

　　PPP 通訊協議：通過串口鏈路透傳IP數據包，將串行連接轉換為以太網通訊連接。