曹少岳 冯明义
本文介绍能源管控系统在解决钢铁企业能源系统存在的设备分布离散、数据可靠性与共享性差、能源调度与平衡等问题的解决方案。利用能源管控系统的数据平台，我们可以确保能源生产监控的准确性、可靠性，能源调度的科学性、及时性和合理性，实现生产工序用能的优化分配及供应，保证生产及动力工艺系统的稳定性和经济性，并最终实现提高整体能源利用效率的目的。
一、应用背景
钢铁企业的能源系统主要分为水、电、气（汽）三大系统，主要由高压变配电系统各级站所、PLC系统及其配套电气设备以及部分大型单机设备进行能源计量和调配。由于各系统的设备构成、计量方式、网络结构、通信协议等均存在较大的差异，原有的系统之间相互独立，数据可靠性差，计量设备故障处置响应时间较长，无法做到动力能源调配的高效性、准确性、合理性。通过建立全域的能源管控系统来满足对能源介质进行精细化管理调度控制的需求，成为解决能源利用与平衡问题最有效的方法。
二、能源管控系统
能源管控系统是在自动化和综合过程监控系统基础上的数据分析和管理平台，通过高度集成的智能化能源管控系统，通过 I/O、通信接口、专用仪表或第三方系统收集满足能源管理中心系统应用功能要求的数据，包括能源系统运行数据、计量数据、动力公辅系统状态和故障信息、与能源调度相关的公司主体生产单元信息等，根据企业的实际需求配置能源质量和量值管理，实现能源数据的精细化控制，支撑公司整体能源的平衡，揭示能源消耗过程，实现能源的全空域、全时域管理，达到节能降耗、提质增效的目的，是企业以过程数据为依据进行能源管理的重要系统。
三、系统技术方案
（一）总体要求
在数据层面，系统通过完善现场能源计量设备、底层网络构建、完善数据采集与处理系统等方式，将采集的数据进行归纳、分析和处理，结合生产计划和检修计划的数据，解决企业在能源管理过程中存在的数据缺失、零散和缺乏宏观分析的问题，支撑企业整体能源的平衡。在应用层面，系统可根据企业的实际需求配置能源质量和量值管理、专业管理报表子系统、运行和决策支持、数据分析及考核等管理模块，实现能源数据的精细化管理。
系统改造的主要目标为：
（1）各系统主要能源参数实现集中、统一的画面监视。
（2）实现公司及工序各类能源进出口点和计量数据的监视，包括系统介质的潮流图、流程图等。
（3） 重要生产工序数据监视，内部主要生产单元和用能设备能耗数据、生产工况数据监视。
（4）环保监视，显示从环保系统获取的各种环保监测数据，包括固定污染源监测、大气环境监测、水质污染监测的等，对超标项进行报警。
（二）实施方案
1.能源管控系统底层网络整合与数据采集
（1）自控系统网络整合与数据采集
结合企业各能源系统仪表自动化系统的情况及实际生产状况，以区域统一或系统功能统一为原则，在原有的串行结构DP通信总线的基础上利用光纤、TCP/IP通信技术对原有各独立自控系统进行整合，将信号接入统一的HMI平台，实现同一区域或同一系统的局部远程控制、数据集中采集和无人值守。
在全厂区各用能点新增流量计、液位计，仪表信号能接入原有自控系统的接入就近的自控系统，不能接入自控系统的，采用无线通信的方式将信号接入能源管控系统平台，从而实现用能点数据信号全覆盖与集中监测。
（2）电力系统网络整合与数据采集
1）继电保护装置集成：通过统一规划，将继电保护装置进行改造升级、规约转化、后臺整合等操作，从而实现不同继电保护装置的数据网络集成，达到信息集成和共享。
2）电能数据集中采集：把原有的不具备通信功能的电度表升级改造为支持相应继电保护通信管理机规约的智能电度表，将电度表数据接入变电站的通信管理机，使电能计量数据具备信号上传的功能。
（3）用能工序自控系统网络梳理与数据采集
在尽可能保证原生产系统自控网络不做修改的前提下，通过加装隔离网关将原自控系统通信协议转换为国际标准协议，方便与能源管控主干网络数据对接，为生产工序能源数据及用能设备的流量、压力、温度、设备运行状态等数据上传创造条件。
2.能源管控系统主干网络的构建
（1）能源管控系统整体网络架构的设计
通过对各用能点和信号基站及水、电、气（汽）能源系统的调研，设计人员在完善了底层数据网络的基础上根据各系统分布及数据量情况设计能源管控主干网络结构。网络负荷应能够满足企业全负荷生产的产能所覆盖的所有产线和公辅设施，并预留未来产线升级的接入能力。
（2）能源管控系统网络的构成
以设置在集控中心机房中的两台核心交换机为起点，网络线路向各汇聚交换机星型发散，各接入交换机与相应汇聚交换机串型连接并与核心交换三者之间形成闭合回路，搭建成一个“局域环网+星型冗余”的复合型网络结构。系统网络架构搭建完成后，网络分布按功能分为基础层、汇聚层和核心层三层。其具体功能与构成如下：
接入层：由接入交换机与隔离网关对接，实现对水、电、气（汽）能源系统及各生产工序的数据采集。
汇聚层：由具有数据接入与汇聚功能的交换机网络组成，实现基础层与核心层之间的数据交换。
核心层：由两台中心冗余交换机组成，实现所采集的各局域数据的最终集成，与服务器及其他网络进行数据交互。
为保障系统在改造时不影响原有设备的运行，在汇聚层网络与各底层原生产网络之间配套增加隔离网关，实现对底层设备和生产网络的保护，网络接口均支持多种通信协议，完全克服了底层生产网络条件限制，分别将各 PLC系统、DCS系统及电力继电保护系统数据采集至各隔离网关，隔离网关将各类不同的通信协议转换为标准MOD-BUS/TCP协议的信号，将数据转发至上行管理网络，实现水、电、气（汽）三系统全部数据及各用能工序关键生产数据的集中采集。
3.服务器与工作站配置
（1）服务器功能分配
为实现数据存储与处理、网络服务、冗余等不同的功能，在兼具安全和稳定的前提下对服务器功能进行分配，确保各节点各有侧重、相互支持。
数据采集（I/O）服务器
设置两组服务器，每组一台为主，一台备用，实现数据采集服务器冗余配置，实现故障转移和自动切换。其中一组用于自动化控制系统的数据处理，完成数据采集和部分站所的远程控制功能。另外一组完成与变配电所继电保护系统的通信，实现对各变配电所综保装置的远程监控、电度表数据的采集功能。
数据库服务器
能源管控系统数据量庞大，因此应配置专门的数据库服务器，用于能源数据的存储。要求历史数据长期存储，服务器稳定运行系统平均负荷率<30%。在此基础上集成部分 Web 服务器、测试服务器的功能。
数据存储系统
数据存储磁盘阵列用于能源系统数据库和实时库数据存储，满足三年EMS数据存储，先进完整的冗余技术实现数据备份以及恢复。
4.工作站配备
能源管理系统的人机交互平台采用成熟的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统。SCADA 监控软件选用SIEMENS WINCC OA，数据库软件为ORACLE 19c。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势。
工作站分为三种类型：操作工作站、工程师站和三维图形站。在所有的操作和管理终端上，具有不同级别的操作授权机制。
（1）操作员工作站
操作员工作站分别用于电力系统、水系统、动力煤气系统、热力系统、安全环保、值班调度等整个系统的操作界面，对有关的能源数据和设备进行监控。
（2）工程师站
工程师站用于系统维护人员对 EMS 计算机软硬件进行配置和异常处理，可对应用软件、接口程序、数据库系统、操作日志、数据备份等进行系统级别的维护管理。通过网络路由管理和安全机制配置，工程师站可完成远程系统维护。
（3）三维图形工作站
三维图形工作站主要负责三维可视工厂模型系统的运行和管理，利用三维图形软件提供直观的3D模型，可直观反映现场环境全貌及各工序及公辅站点分布情况。
四、 系统的效果与优势
系统完成后，实现了计量设备管理和数据采集方式、控制模式的创新，主要存在以下优势：
（一）能源计量仪表管理
对企业的一二级计量仪表（厂际间的结算仪表）的基础台账信息、检定提醒信息进行整体统筹管理，方便对能源计量仪表的日常维护和检修工作。
（二）基础能源数据采集
系统可采集所有能源平衡所需要的计量数据和运行控制数据，包括能源计量测量、生产数据的采集、在线质量检测设备数据、实验室分析化验数据的以及其他数据源的采集等。
（三）能源综合监控与平衡
将全厂的能源设施作为一个平衡系统来设计，直观反映能源生产和供应过程中的平衡情况，根据能源发生和各工序的消耗情况提供能源供应在线调度工具并实时显示能源介质信息，对动力成本进行测算，采取最优调度措施，实现能源最佳运行模式，满足生产需要。
（四）远程控制与应用
系统通过采集现场各主要设备、远程电控设备、工艺介质参数、报警信息等多类数据，在尽可能保证原有控制系统操作界面和操作风格的基础上，增加“控制权限选择”功能，可根据操作需要实现远程站控制与就地站控制之间的切换。
五、结束语
系统改造后，实现水、电、气（汽）能源系统各储配设备的集中控制，提高公司动力能源调配的高效性、准确性、合理性，集中控制代替分散控制提高作业人员劳动效率、优化作业环境，数据分析板块可对各工序产品产量及用能量进行综合分析、建模，提高能源利用监管力度。
本文方案可作为钢铁企业能源管控系统构建与改造的样本，在不影响原有系統正常功能的情况下实施，具有安全隔离、易于实施、开放兼容的特点，具备极强的可推广性。
作者单位：陕钢集团汉中钢铁有限责任公司
猜你喜欢 计量管控服务器 EyeCGas OGI在泄漏管控工作中的应用中国特种设备安全(2022年3期)2022-07-08多端联动、全时管控的高速路产保通管控平台中国交通信息化(2022年12期)2022-02-11BIM技术在土建工程管控中的运用建材发展导向(2021年9期)2021-07-16《化学分析计量》2020年第6期目次计测技术(2020年6期)2020-06-09通信控制服务器(CCS)维护终端的设计与实现铁道通信信号(2019年9期)2019-11-25信用证洗钱风险识别及管控中国外汇(2019年22期)2019-05-21关注日常 计量幸福特别健康(2018年4期)2018-07-03计量自动化在线损异常中的应用消费导刊(2017年24期)2018-01-31中国服务器市场份额出炉网络安全和信息化(2017年10期)2017-03-08得形忘意的服务器标准知识产权(2016年8期)2016-12-01