能源智能管控系统

能源智能管控系统（精选八篇）

能源智能管控系统 篇1

关键词：能源管控系统,网络结构,网络隔离

企业能源管控系统的主要功能是对分散的能源数据采集及控制进行集中地管理调度,在此基础上实现能源供需平衡及能源预测,为在生产全过程中实现较好的节能、降耗和环保的目标创造条件。具体到钢铁企业,其能源管控系统是通过对水、电、风、气等各种介质进行综合采集和调度,实现操作、调度和管理一体化,从而达到降低企业综合能耗,提高市场竞争力的目标。

1能源管控系统网络特点

能源管控系统是企业信息化系统的一个重要组成部分,它是企业级的系统,网络范围覆盖全厂。钢铁企业内的各生产系统网络相对独立,而能源管控系统则需要借助这些生产系统网络采集到必要的数据,即这些原本相互独立的各生产系统网络不可避免地被相互联系起来,被纳入能源管控系统采集网中。能源管控系统网络设计的重要任务就是确保各生产网络不受网络互联的影响。

另一方面,钢厂内分散在各现场的网络设备运行环境相对较为恶劣,网络通道也较零散,各类分支网络及主干网的稳定可靠性直接影响采集数据的准确性,在进行相关网络设计时,需要充分考虑光电转换设备和通讯采集设备的运行可靠性,综合考虑其供电可靠性和安装接线等工程实施因素,并预留备用通道和网络接口。对于主干网络,进行架构设计时应采用冗余设计,即遭遇故障时能快速自愈合,一般考虑采用双网、环形网络或双环网设计,具体选择时依据实际投资情况而定。

2能源管控系统网络结构设计

依据能源管控系统数据采集、处理、展示及转发的一系列功能需求,在网络结构设计时,从下到上一般应遵循三层网络架构:采集子网、主干网、主站网。其中, 主站网包含对外转发网络。

2.1采集子网

采集子网分布在各具体的生产车间内,以PLC控制器或远动机为核心,采集各工艺数据和能源介质管网数据。考虑现场通信的负载需求,一般采用10/100Mb/s自适应网络,以便与生产网络接合。设计中需按照因地制宜、光电网络相互配合、就近接入的原则,尽可能保持各生产车间的原有网络结构不变。

2.2主干网

主干网以防火墙和环网交换机为典型代表,将来自各生产中心的数据汇聚起来后送往主站系统的前置处理模块,要求高可靠性、各子网间严格隔离。主干网的典型配置一般为1 000Mb/s的光纤环网,对于大型钢铁企业,采集数据量非常大的情况下,建议采用双环网,以便双网自动优化分配网络负荷。

2.3主站网

主站网是能源管控系统的中枢神经,应采用双网配置,相应地,诸如SCADA服务器、存储服务器及WEB发布服务器等主站各服务器也应采用主备冗余、自动切换的配置。主站网里需选用高性能的交换机,既要能便利主站系统各应用程序和网络的切换,又应方便进行网络管理。对外转发网络,一般是连接至企业办公网,与ERP等系统进行数据交换,主要考虑利用防火墙进行网络隔离。

典型的钢铁能源管控系统网络结构简要示意见图1。 从图中可看出,各采集子网通过光纤环网连接,组成主干网,并经前置交换机联通至主站的前置服务器,这样, 前置服务器就可以和现场的各采集系统建立通道,进行信号采集,然后将数据转给主站应用程序进行处理、分析、展示以及发布。

3能源管控系统网络设计关键点

3.1采集子网与主干网间的隔离和地址转换

采集子网分布在钢厂的各个分厂里,如高炉、炼钢厂、棒材厂、轧钢厂、烧结厂等处。一般每个分厂设置一个采集子站,采取就近原则将此分厂内的各类信号通过光、电网络汇集至该采集子站。因各采集子站的网络复杂多样,网段不统一,采集子网需安装防火墙或工业防护网关,且它们需配置足够的光电转换模块。各工艺现场的PLC系统以及变电站的远动机经各自通道连至防火墙,距离较远就采用光通道,距离近则直接用网线。 这样,不论采集子网的网络如何复杂多样,最终各类信号汇集至防火墙,由防火墙对各通道进行地址映射、转换并实施网络隔离,即将现场不同网段转变为同一网段后,经工业环网交换机继续上送数据。因当下的工业防护网关还具有多协议分析和过滤功能,建议用它来替代传统的防火墙。

3.2主干网的冗余模式设计

各分厂的工业环网交换机及分厂间的光纤通道共同构筑起主干环网。主干环网需进行冗余设计和配置,以确保发挥环网的故障自愈和故障定位功能。在完整的光纤环网链路中,指定一台环网交换机为冗余管理机,则会产生一条冗余链路。冗余管理机自始至终都在向环网发送诊断帧,正常情况下冗余链路上只传递诊断帧而无数据帧,见图2中的上侧图示意。一旦环网出现一处断点,冗余管理机收不到诊断帧,则它会在300ms内愈合冗余链路,让数据帧从冗余链路继续传递,以保证数据通讯的正常,见图2中的下侧图示意。当断点修复后, 冗余链路又会自动恢复至原来的冗余状态。经有效配置后,主干环网的这种冗余模式,能充分保证能源管控系统庞大采集网络运行的可靠性。

4结论

钢铁能源管控系统的采集大网,由能源控制中心延伸至整个钢厂的各个角落,在能源管控网络设计及施工中,确保主生产流程平稳运行是关键前提,即需有效隔离各类网络、尽量保持原有各生产工艺网络结构。在建立了安全可靠的采集网基础上,继续考虑网络架构的冗余设计和网络负载均衡,实现网络整体可靠性和稳定性, 进而为能源数据优化奠定坚实基础,最终达到为企业实现降本增效、节能减排之目标。

参考文献

[1]张德钦.大型钢铁企业能源管理系统的设计与实现[J].化工自动化及仪表,2013:390-394.

[2]杨晓帆.基于环网冗余工业以太网技术的钢铁能源管控系统[J].大理学院学报,2012,11(10):97-100.

能源智能管控系统 篇2

疯狂渣土车一直都是城市管理的难点，沿路抛洒，超速行驶，给城市的空气和道路安全带来了非常大的隐患。为进一步加强渣土车管理，各地交警、城管、交通部门等都应联合执法，对城区渣土车进行专项整治。

以渣土车违法改装加栏板、超载超限、故意遮挡或污损号牌、不按规定悬挂号牌、无牌无证、假牌假证等严重交通违法行为为查处重点，对发现的违法车辆坚决做到“发现一起、查处一起、整改一起”。

在整治的同时要求民警向渣土车驾驶员广泛宣传渣土车无牌无证、超速行驶等违法行为的危害性及强化交通安全管理、规范渣土车辆交通行为的重要意义，增强渣土车驾驶人的交通安全意识，倡导“遵章出行、安全出行、文明出行”理念，为市民创造一个美好的环境。

在城市化进程中，巨大的市场给渣土车的经营提供了土壤。渣土车横行街头的背后，是政府监管盲区带来的黑色利益链。只有消除盲区，斩断黑色利益链，建立合理的利益分配机制，让车主慑服于违法的巨大成本，让守法者的收益合理，司机才会时刻自觉踩住保障生命的刹车脚踏板。

能源智能管控系统 篇3

十五末期、十一五初期, 在发改委工业企业节能政策的鼓励和引导下, 国内钢铁企业能源中心建设形成了一波小高潮, 江苏沙钢集团有限责任公司、马鞍山钢铁股份有限公司、济南钢铁股份有限公司、首钢京唐钢铁联合有限责任公司、涟源钢铁集团有限公司等企业纷纷新建或改造能源中心。能管中心的建设为企业的建设提供了很多的便利, 但是, 现存的一些能管系统还存在一些缺陷。首先, 企业对能源管理中心实施效果的认识还不够, 尤其是对采用信息化技术提高企业节能减排水平的认知度还不高。其次, 相当部分钢铁企业能源系统的装备水平, 尤其是数据采集仪表和基础自动化水平还较低, 难于达到能源管理中心系统需要的配置水平。当前, 钢铁企业生产中存在的普遍问题是, 各工序之间物流量不相匹配, 相互衔接在时空上出现误差, 影响了企业整体节能效果[1]。

2 能源管控信息系统建设目标和内容

按照先进的运行管理和能源管理的理念, 对能源管理系统模式进行改进, 并在应用系统的设计中得到切实的贯彻, 确保设计的系统与管理思想紧密集成, 以实现为节能、减排和环保服务, 实现钢铁能源系统的稳定运行和安全生产服务[3、4]。

3 能源管控信息系统构架

3.1 系统总体构架

钢铁能源管控信息系统主要由主机系统、网络系统、数据采集站系统、能源调度软件系统、基础能源管控信息系统等组成。

钢铁能源管控信息系统, 从功能层次上分为三个部分即:基础能源管控信息系统、能源监控与调度系统和数据采集系统。

基础能源管理层主要实现能源数据管理、统计、分析、预测等功能, 包含数据库服务器、应用服务器以及操作站、工程师站、打印机等设备。能源监控与调度层主要是收集底层数据采集层传送的信息, 并对采集的数据进行实时显示、统计分析、趋势记录和报警, 实现对全厂各种能源介质的生产、输送、消耗流程的实时监控和调度。数据采集系统主要实现现场能源数据的采集, 并把采集到的数据上传给能源监控与调度系统。数据采集系统主要由环网和现场的数据采集站组成。

3.2 系统硬件建设方案

能源管控信息系统服务器主要包括实时数据库服务器、历史数据库服务器、应用服务器和WEB服务器。根据系统功能的不同, 考虑到系统容量, 系统负荷以及实时性的要求, 系统共配置一组 (2台) SCADA实时数据库服务器, 1台历史数据库服务器、1台应用服务, 1台WEB服务器。

实时数据库服务器的主要功能是完成现场所有系统的数据采集、存储和处理, 并为MOSAIC系统应用程序提供数据服务。

历史数据库服务器完成数据的长时归档、数据压缩、数据备份、与公司信息化系统 (如ERP) 的数据交换, 并与公司ERP的数据同步。

在应用服务器上运行基础能源管理应用软件, 实现系统能源管理功能, 包括能源实绩, 能源预测, 能源计划以及能源分析等等。

WEB服务器主要用于远程数据发布, 系统提供WEB服务功能, 可与远程计算机上完成能源管理控制系统的监视功能。

3.3 能源网络系统方案

总体网络层次结构采用工业以太网、中央核心交换网络和标准客户以太网的三层结构, 拓扑结构采用环形结构和星型结构的混合形式。工业以太网设计采用1000M光纤环网构成。工业环网交换机布置在现场各采集系统附近, 各采集系统通过双绞线或光纤连接到工业环网的各个子站交换机, 形成星型网络结构。按照这种方式, 最终工艺区域的所有采集系统的数据都接入到环网中, 形成区域工业以太网数据的共享。中央核心交换网络上连接实时数据库服务器、历史数据库服务器、应用服务器、Web服务器、GPS时钟对时装置等。交换机还用于管理整个网络系统中的VLAN及路由等。

3.4 能源数据采集方案

根据钢铁能源管控信息系统对能源数据的需求, 结合钢铁自动化规划设计情况, 能源数据采集采用网关通讯和直接I/O采集相结合的方式进行采集。

3.4.1 网管通信采集方式

根据管控一体化的要求, 为保证数据的实时性和可靠性, 数据采集系统将采用直接从现场PLC系统通讯采集数据的方案。通讯方式需要采用网关进行能源系统网络与现场生产控制系统网络的有效隔离, 因为现场生产控制系统与能源管理监控系统分属于不同的业务流程部门, 其责任界面非常清楚。因此必须要将两个系统的软硬件系统严格的隔离开。

网关方式可实现数据本地存储和回填功能。当能源系统的网络出现故障后网关可实现数据的本地长时间存储, 待通讯恢复后网关自动实现历史数据的回填, 即自动将通讯中断时间内的能源数据自动上传给能源系统的实时数据库系统, 实现数据库中的历史数据回填, 供报表系统和故障后的分析等使用。

3.4.2 直接IO采集方式

对于没有基础自动化系统的能源数据, 需要 (下转第20页) (上接第17页) 增加MOX Unity数据采集装置, 将现场仪表的信号接入到数据采集装置中, MOX Unity再通过DNP 3.0国际标准通讯规约把数据上送到MOSAIC实时数据库。

3.5 能源管控信息系统应用功能

钢铁能源管理系统是钢铁信息化发展规划中的一个重要组成部分, 对能源数据进行采集、分析, 处理以实现对能源生产, 能源转换, 能源计划、能源耗用、能源平衡、能源预测、能源设备、能源质量等全方位的监控和管理功能, 应用系统包括能源综合监控系统和基础能源管理系统两个重要组成部分。

3.5.1 能源综合监控系统

能源综合监控系统对钢铁的能源介质和能源设备进行监控, 实现对能源介质的发生量与耗用量的数据进行采集、显示和报警等, 对重要工艺数据、关键能源设备和重要能耗设备的运行状态进行采集和显示、报警等。对系统异常和事故进行应急处理等。

能源综合监控系统通过对能源数据进行分析、模型设计、计算和统计, 实现实时能源动态平衡预测, 生成预控结果, 进行能源介质实时动态平衡分配, 达到优化用能、节约用能的目的。基于对能源系统进行调度的方案, 对具备条件的站点实行远程操作。

3.5.2 基础能源管理系统

础能源管理系统通过对各监控系统的信息集成和数据采集功能的优化改善, 提高能源消耗管理评价系统的客观性、公正性和权威性。通过能源管理系统的计划过程、平衡预测、各主要工序的能源生产和消耗情况的监控与分析, 建立客观的以数据为依据的能源消耗评价体系。

通过对能源基础数据的挖掘分析, 以成本中心的模式, 向ERP系统提供完整的、真实快捷的能源系统分析数据和核算结果, 为公司生产运营、成本分析提供可靠的依据。真实、实时的能源统计分析数据可以自动上报公司决策者, 并生成领导查询报表。

4 总结

本系统建设具有以下诸多优点:1、数据采集采用网关设备、保证能源网络与生产控制网络的有效隔离。2、UNIX平台的分布式系统架构、保证整个能源管控系统安全可靠的运行。3、增加事故历史回放功能、有利于分析生产故障的发生原因等。该系统能监控钢铁企业的能源管理状况, 并能做到智能提供决策方案的效果, 对钢铁企业的生产运营和节能减排有极大的帮助。

参考文献

[1]宋健焜.能源管理系统设计及节能分析[J].有色金属设计, 2012, (2) :88-89.

[2]王中毅, 叶瑞海.能源管理系统在钢铁企业的应用[J].中国高新技术企业, 2012, (21) :18-19.

[3]胡燕.面向中小企业的能源管理系统设计[J].自动化与信息工程, 2012, (4) :38-40.

能源智能管控系统 篇4

关键词：WonderWare,能源监控系统,能源数据,应用

钢铁企业是一个耗能大户, 其中生产的氧气、氮气、氩气、空气和各个分厂生产的燃气、蒸汽是钢铁生产所需的重要能源。企业中各能源生产站点基本覆盖了各个生产环节, 因而对现场数据的采集与处理显示的实时性要求非常强, 而且需要进行高速的采集和处理, 以往钢铁企业生产调度部门对各个工艺生产状况或能源消耗的了解主要是通过厂内电话系统, 难以针对当前全厂的实际生产状况进行实时准确的分析, 并根据生产情况, 及时下达调整指令, 无法保证全厂各个生产环节在最优状况下运行。很有必要有一个媒体把这些消耗的能源介质的使用完整的在计算机上显示出来, 由此对能源管理系统的应用提出需求。能源的动态平衡和连续性特点要求能源管理系统在设备监控、实时调节、信息收集、故障分析和处理、运行调度、能源计划安排、实绩分析及平衡预测等方面有系统的分析, 形成有效的决策支持。

而能源数据监控平台将实现对基础自动化、计量仪表、电力系统数据的采集以及展示功能, 由此可见, 实时有效的能源监控调度系统将成为企业能源统一调配、科学利用的有效工具。

Wonder Ware软件系统集HMI技术、图形技术、数据库、数据通信为一体, 提供了能源监控系统的软件平台。通过数据通信软件I/O Server、HMI软件In Touch、实时关系数据库In SQL、信息发布软件WIS以及其门户网站Suite Voyage等一整套软件系统实现了数据的采集、传输、监控、处理、存储、Web发布等功能, 支撑起整个能源监控系统有效、稳定的运行。

1 系统构成

钢铁生产现场大多采用DCS、PLC为基础自动控制系统, 仪表计量数据通过带以太网口的积算仪接入数采网络, 厂内自供发电系统数据由站内电力综保系统集中采集, 为各个能源介质采集提供了现场设备基础。在此基础之上, 由Wonder Ware系统通过I/OServer作为与设备层的接口, 将数据接入能源监控系统网络, 并且在Wonder Ware系统内部采用Suite Link通信协议与其他功能软件进行通信。数据最终由In Touch展示, 数据存储功能由In SQL实现。数据信息可通过Suite Voyager (信息发布软件门户网站) 实现通过浏览器监视。

2 软件设计

该能源综合调度信息平台系统采用美国wonderware公司提供的facturesuitea2套装软件作为统一的应用平台, facturesuitea2套装软件以全分布式的wonderware application server为核心, 有intouch, wonderwarehistorian, activefactory以及wonderwareinformationserver共同完成整个网络系统的信息流管理。

3 系统功能实现.

3.1 DAServer

文章编号:1007-9416 (2013) 04-0033-01用于接收现场控制器、计量仪表、电力远动机基于通用通信协议传送的能源数据, 具备Modbus TCP、OPC、IEC102、IEC104等标准通信协议接口, 可与具备OPCServer、Modbus从站等设备进行数据通信, 同时WonderWare系统提供了如西门子、施奈德等主流PLC的通信协议, 共同实现与控制系统以及仪表数据的接入。通过进行配置IEC104、IEC102主站参数以及远动号对应等工作, 实现基于ICE104协议的与通信管理机的数据通信以及基于ICE102协议的与电能采集器的数据通信, 实现电力系统的数据接入。

3.2 Industrial SQL

通过在Industrial SQL中建立对应DAServer中的数据点的数据标签, 实现对所采集到的数据进行存储, 实时数据由Wonder Ware内部压缩机制存入数据存储块 (History Blocks) , 并保存在数据库服务器本地硬盘中, 并将配置数据、事件等信息存入MSSQLServer, 所有数据可通过SQLServer客户端进行查询, 通过第三方软件与SQLServer连接, 可实现数据的共享。

3.3 In Touch

In Touch作为包括HMI的开发 (Windows Maker) 和客户端展示 (Window Viewer) 两部分, 共同实现完成人机交互功能。In Touch集成了历史趋势显示、报警登录、提示窗口等常用功能, 提供了多种专业系统中常用的设备以及符号等图形元素, 配置了相应的状态以及数值属性接口, 通过将画面中的变量标记名与已经在I/OServer中采集并配置的变量标签连接匹配, 将实时数据动态显示。同时, In Touch支持脚本开发, 可实现算术逻辑等应用脚本对画面逻辑的控制, 并且支持与SQLServer、Oracle、ACCESS等数据库的连接, 可与多种数据源实现通信。

3.4 Web发布

通过WIS服务器, 实现针对画面的Web发布功能, 不必安装InTouch客户端, 而将In Touch开发的画面通过浏览器直接展示, 并且在该服务中以将第三方软件系统开发的网页, 统一通过Suite Voyager进行发布, 以更灵活的数据监控模式实现能源管理的功能。

4 能源管理系统应用

能源智能管控系统 篇5

随着我国经济的快速发展和城市化速度的不断加快,电力需求也不断增加[1];在依靠传统电力能源解决电力需求的同时,新能源发电技术得到了大力发展,各地新能源发电建设项目四处开花。新能源发电项目快速、规模化发展,同时企业生产过程管控、成本风险控制等管理问题面临的挑战也日益严峻,如何利用先进的信息技术对企业生产、运营过程进行全面有效的管控,以方便、快捷、准确地为企业的生产、经营提供可靠的服务,已成为新能源发电企业在管理上亟需解决的重要问题。

传统发电企业信息化系统通常采用分散部署、独立应用的建设方式,可以解决单个发电企业内部生产运营过程程序化、规范化的管理问题,但是不能满足新能源发电企业扁平化管理、一体化管控的要求。文章研究运用云计算、应用集成等信息技术,设计适合新能源发电企业管理要求的管控一体化系统。

1 新能源发电企业的特点

近年来,在国家发展低碳经济、城镇化进程加快等背景下,新能源发电企业对外不断抢抓机遇、抢占市场,促进企业的快速发展;对内减员增效、进行集约化管控,提高企业的专业化与竞争力。与传统发电企业相比,新能源发电企业在生产、运营、管理等方面呈现以下特点。

1.1 装机容量较小、生产工艺较简单

相对于传统火电,因受地域性资源分布影响的原因,新能源发电企业的装机容量较小;同时,由于新能源可持续性发展且绿色环保,企业生产工艺流程相对较为简单。

1.2 区域化建设、规模化运营

依托国家新能源利用的相关产业政策,各发电集团成立了独立的新能源公司负责项目的投资、运营。鉴于新能源资源分散性的特点[2],新能源发电项目通常采用区域化建设、规模化运营的方案。

1.3 扁平化管理、一体化管控

新能源发电快速、规模化发展,企业只有不断加大管理幅度[3],实现组织形式有效运作,同时统筹运用协同机制,对各项资源进行优化配置,才能使快速适应市场变化的需要。

基于以上特点,在信息化建设方面,新能源发电企业虽可借鉴传统火电、水电企业的建设经验,但无法生搬硬套。随着云计算、应用集成等信息技术的蓬勃发展与深入应用,运用新的信息技术,建设支撑新能源发电企业业务管控与发展的信息化系统日益紧迫。基于云计算的管控一体化系统便是在对新能源发电企业管控与发展战略认真分析的基础上提出的合理设计方案。

2 新能源企业管控一体化系统架构设计

2.1 系统设计思路与原则

遵循“管理扁平化、管控一体化”的总体要求,运用云计算、应用集成、工作流等信息技术,设计建设“集中部署、分级应用、统一管理、数据共享”的新能源发电企业全域业务管控的一体化平台系统,促进新能源发电企业充分发挥协同和规模效应,降低企业的经营成本,提高企业的经济效益。新能源企业管控一体化系统主要设计原则包括:

1)先进性与实用性。通过采用云计算、应用集成等先进的信息技术,在业务流程设计上,管控一体化系统不仅引进了先进的管理理念与业务规范,同时还充分结合了新能源发电企业的管理现状与发展目标。

2)开放性与耦合性。采用面向服务的体系架构(Service-Oriented Architecture,SOA) 标准设计、基于Java2 平台企业版即J2EE(Java 2 Platform Enterprise Edition,J2EE)架构体系开发管控一体化系统,系统具有良好的可扩展性与松耦合性,有效支撑了业务流程的贯通、业务信息的共享。

3)安全性与可靠性。管控一体化系统从身份认证、授权、安全审计、数据加密等多个方面建立了完整的安全加固策略,同时采用数据备份、容错等手段,切实保障了系统的安全、可靠应用。

2.2 基于云计算的总体架构设计

云计算(Cloud Computing)是一种新近提出的计算模式,是分布式计算(Distributed Computing)、并行计算(Parallel Computing)和网络计算(Grid Computing)的发展[4,5,6,7]。 云计算首先利用Internet将各种广域异构计算资源整合成一个抽象的、虚拟的和可动态扩展的计算资源池,再通过Internet向用户按需提供计算能力、存储能力、软件平台和应用软件等服务。

管控一体化系统采用了云计算技术,构建基于基础设施即服务(Infrastructure as a Service,Iaa S)层、平台即服务(Platform as a Service,Paa S)层、软件即服务(Software as a Service,Saa S)层[8]的3 层架构,通过企业云门户为各级企业用户提供稳定服务。架构的应用既提高了企业管控水平与运营效率,又降低了信息化投资与运营成本,切实满足了新能源发电企业快速发展的业务需求。其中,Iaa S通过虚拟化技术将企业服务器、存储、网络等设备整合形成统一的企业计算资源、存储资源、网络资源,为系统平台安全、稳定运行提供可靠的支撑服务;Paa S主要包括中间件、数据、工作流、应用集成等平台部署与管理服务,为用户提供一个开放的软件开发、测试平台,高效服务于应用软件的灵活扩展;Saa S基于Paa S部署、开发应用软件,有效支撑企业生产、经营、管理等业务的过程管控,为集团公司、项目公司等提供多账套、分级应用的稳定服务;云服务管理平台用于对资源监控、服务质量保证、安全、计费等内容进行管理,为Iaa S、Paa S、Saa S的可用性、可靠性、安全性提供保障。基于云计算的管控一体化系统总体架构如图1 所示。

2.3 系统云计算的部署架构设计

基于组件式开发的管控一体化系统具有灵活的部署方式,既支持集中式部署方式和分散式部署方式,又支持集中式部署部分模块同时将其模块进行分布式部署的混合型部署方式。

在管控一体化系统部署架构中,网络方面通过internet虚拟专用网络(Virtual Private Network,VPN)、网络专线等方式实现集团公司与项目公司网络的互联互通,为信息的交互、系统的应用提供安全、可靠的保障;项目公司侧的采集机实时采集分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)等控制系统的生产数据并传送至实时历史数据库,通过网闸的正向隔离,确保控制系统的独立性、安全性;集团公司侧通过虚拟化技术将服务器、存储、网络等设备虚拟化为企业资源池,为平台服务和系统应用科学、合理地分配硬件资源。基于云计算的管控一体化系统部署架构如图2 所示。

2.4 系统应用功能架构设计

系统应用功能是管控一体化系统的核心组成部分,包括集中设备监控、一体化业务管控、统一门户视窗,它对新能源发电企业及其下属项目公司的生产、经营、管理等全域业务提供信息化支撑。其中,集中设备监控通过对下属各项目公司DCS、PLC等控制系统测点数据的实时采集、自动计算、集中存储实现各项目公司生产工艺过程的过程监视、回放,通过性能计算、耗差分析、故障诊断等功能为优化机组运行、企业对标管理提供准确、可靠的数据依据;一体化业务管控主要涵盖集团公司与下属项目公司生产、经营、综合办公业务全过程管理功能,不仅支撑了各项目公司生产、检修等业务过程的规范化、标准化管理,而且通过一体化业务管控,集团公司可以充分发挥协同优势,科学合理调配人、财、物等企业资源,在加强管控力度的基础上,有效降低企业运营成本、提高企业运营效率;统一门户视窗为集团公司及各项目公司提供了便捷的、高效的办公平台,通过对集团公司及各项目公司生产、经营、管理等企业各业务领域数据的集中展示有效支撑集团公司及各项目公司管理层的科学分析、辅助决策。基于云计算的管控一体化系统应用功能架构如图3所示。

3 新能源企业管控一体化系统技术特点

较传统发电企业的信息化系统,新能源企业基于云计算技术架构的管控一体化系统在技术运用方面有以下显著特点。

3.1 虚拟化技术

通过服务器虚拟化技术充分发挥硬件资源、提高利用率,在支撑应用系统灵活扩展的同时大大降低了系统运维、管理成本。

3.2 多组户技术

管控一体化系统通过共享数据库、隔离数据架构的方式实现各用户间数据的隔离性,同时通过数据存储、备份的设置确保数据的安全性。

3.3 SOA技术

基于服务组件框架(Service Component Architecture,SCA)、服务数据对象(Service Data Object,SDO)等技术、通过组件式开发方式开发的管控一体化系统具有灵活的部署方式,系统功能模块易拆分、易组合,满足集团公司及下属各项目的多级应用。

3.4 工作流技术

管控一体化系统采用工作流2.0,在固化、优化企业业务流程的同时实现了各业务数据的整合、统计,为业务流程的贯通、数据交换共享的实现提供了保障。

3.5 应用集成技术

通过企业服务总线(Enterprise Service Bus,ESB)、Java消息服务(Java Message Service,JMS)等应用集成技术将企业其他信息系统整合至管控一体化系统,形成了统一的应用集成平台,实现了企业信息系统间数据集成、流程集成、应用集成。

4 新能源企业管控一体化系统应用效果

新能源发电企业管控一体化系统已经在安徽皖能环保发电有限公司及其下属子公司得到了成功实施,高效、可靠地支撑着安徽皖能环保发电有限公司及其下属子公司生产、经营等业务活动,为安徽皖能环保发电有限公司及其下属子公司提高企业管理水平、加强企业集中管控能力发挥了重要作用。

1)支撑企业管控模式,提高了公司运营效率和管控水平。安徽皖能环保发电有限公司总部作为管理机构,对下属子公司的人、财、物进行统筹调配,对各类资源进行集约化、扁平化管理,管控一体化系统约束和规范了管理行为,确保了企业规范运作,对公司的管控模式提供了支撑,提高了公司运营效率、管控水平和市场营销水平并为领导决策提供了重要的数据保证。

2)固化和优化了管控流程。通过企业管理流程与信息技术的有机结合,实现了对合同、燃料、项目等的集中管理和控制,明晰了职责,实现了业务处理的规范化、标准化;通过建立管控一体化系统和采用灵活、强大的工作流技术,固化了管理流程,实现了内部控制和预警,同时限制了随意性,为各管理层次的有效控制提供了依据,达到了强化公司内部控制的目的。

3)通过信息化平台解决了空间、时间上的对称性和及时性问题。针对公司总部和下属子公司相关人员工作地点分布广、业务处理复杂的特点,利用信息化手段作为载体,管控一体化平台帮助公司各级人员缩短了管理上的空间距离,在时间上缩短了业务处理周期。

4)知识、经验实现了共享与传承。通过管控一体化信息系统将生产、运营过程中形成的知识、经验进行有效系统地管理,使得公司及下属子公司人员可以随时对这些知识、经验进行学习、加以借鉴,实现了为生产、运营管理提供有效指导与服务的目标。

5 结语

管控一体化系统是新能源发电企业管控领域的新课题与建设方向,代表了国内最先进的企业运营管理理念及信息技术水平。文章研究采用先进的云计算架构设计思想实现集团公司、区域公司、发电企业内各种信息的集成、共享和协同,以达到信息之间的“横向集成”和“纵向贯通”,为企业业务标准化提供优质的载体,为规范业务流程、提升管控能力提供强有力的支撑。管控一体化系统满足现在和未来不同业务、用户群体的需求,并且可以随需求的变化而不断发展和优化整体架构,这将成为新能源发电企业信息化建设、企业管控方向的引领。同时,与传统的信息系统相比较,采用云计算架构的管控一体化系统能够控制企业的计算资源、存储资源和数据资源,它作为企业资源整合、信息交换、服务集成的统一支撑平台,正在加速企业信息化战略的转型。

参考文献

[1]吕琨璐,王宁,吕剑坤,等.浅谈我国新能源发电技术及其意义[J].今日科苑,2013(4):122.

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智能热网综合管控系统的应用分析 篇6

由于我国的气候条件、科技水平、能源结构以及经济因素等几个方面因素决定了最适合我国的供热方式为集中供热。目前,我国大部分城镇地区都采用集中供热的模式进行冬季采暖,然而,传统的供热模式存在着诸多缺点,如:各区域的距离不同,水力工况不平衡,管网质量、换热设备等硬环境参差不齐,存在着供热效率低、供热不平衡、能量浪费、热网波动严重等问题,从而造成了能源的浪费。为了适应未来前沿科学的需要、解决我国所面临的能源紧缺问题和提高集中供热系统的能源利用率,充分发挥供热系统的潜力,提出了一种新型的供热模式,即智能热网,并以北京某科技产业园区为例进行研究。

1 智能热网的组成及功能

智能热网的网络拓扑结构在整体上呈星形和树形网络拓扑结构相结合的方式,数据采集与监控系统是智能热网的中心节点,不仅要接收二级站的数据,电厂DCS和调峰锅炉房DCS系统传输的数据,同时它还要接收大数据分析仿真系统的仿真结果,自动调节二级站的用热量,达到源、网、站的全程自动控制的目的。

智能热网主要包括:数据采集与监控系统(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)、地理信息系统(Geographic Information System,GIS)、数据传输系统(Data Transmission System,DTS)、大数据分析仿真系统(M ega Data Simulation System,M DSS)和管网泄漏检测系统(Pipeline Leak Detection System,PLDS)。系统图如图1所示。文中主要研究数据采集与监控系统和大数据分析仿真系统。

1.1 数据采集与监控系统(SCADA)

计算机数据采集与监控系统即SCADA是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统[4],可以实现对现场运行设备的监视和控制,并且能够采集远程数据、控制设备和测量。能够下发指令调度热源,达到经济运行的目的。

1.1.1 二级站控制系统

为了采集二级站的数据,在二级站安装一个控制箱,具有采集、传输数据,控制流量,计量收费的作用。控制箱包含1个交换机,1套PLC系统,1个电源转换模块,一套刷卡计费装置。

文中设计在一次网的入口和出口处安装热电阻,在管道上安装有流量计的方式计费。采用西门子的流量计,卡姆鲁普的热量表,流量计输出4~20m A的信号接入热量表,热电阻输出阻值的信号接入热量表,计费使用。热量表和控制箱之间用网线连接,采用modbus协议传输数据。数据首先显示在控制箱的显示屏上。显示屏的背面有RJ-45接口,连接到交换机上,便于数据传输。

PLC控制系统用于采集一次网供、回水母管上的压力,控制阀门的开度。在一次网母管的出、入口安装压力传感器,输出信号是电流信号。电动阀门采用220V或24V的供电方式,便于现场安装,调试。

交换机通过光纤与热网管控平台连接,热量表和PLC系统的数据首先传输到交换机,然后传输到热网管控平台进行仿真计算,PLC系统接受下发的指令,调整电动门的开度,能够控制用户的用热负荷、调节整网的水力平衡状态。

刷卡计费系统是嵌入在PLC系统中的一个子系统,采集已使用热量与卡内可用热量作比较,当已使用热量与可用热量相等,提示用户需要缴费,同时阀门自动关闭到20%,保持最低的供热负荷,用户购买热量刷卡充值后,阀门恢复正常。

1.1.2 供水温度优化模型(TOM)

在保证用户用热品质的前提下,低温供热能够减少管损,延长管网的使用寿命。北京某科技产业园区能源供应项目包含多种类型的热源,低温供热能够兼顾到其他的热源形式,有利于热源的智能调度。

供水温度的优化模型(TOM)如下所示:

1)预测的各用户的负荷+管网的负荷=总的负荷;

2)就地的二级站的阀门设定值最低为20%(避免阀门关闭);

3)总负荷指令传送到电厂,指导电厂的供热负荷,模型输出一个流量和温度;

4)各用户的调门达到20%的情况,实际流量仍然大于预测流量,无法继续下调流量,供热能力大;说明供水温度高,不经济;

5)因此需要降低总的供水温度才能满足用户的负荷;

6)以24个站点中最低温度为标准,设定供水温度(电厂的供水温度);

7)预测负荷,这样每个用户站会重新得到一个预测流量;

8)达到了供水温度的统一,热网平稳运行。

1.1.3 智能决策调度系统

智能决策调度系统是在预测用户负荷的基础上,按照负荷的需求曲线调度各热源,主要分为两部分:

1)协调控制系统。

热网的协调控制指热源点、热网和用户的联合调节。主要解决热源点的供热和用户用热的负荷匹配问题以及用户之间的负荷分配问题。把燃气电厂作为基础热源,供热一段时间后,达到稳定的状态,在管网有泄漏或者用户负荷突然增大的情况下,为了保证用户的用热品质,必须有快速响应的热源。

不同供热方式的负荷如表1所示。根据表1,燃气电厂和余热利用作为基本热源,稳态下利用基本热源供热,在用户负荷突然增大的情况下,燃气电厂由于并网发电的原因,不能及时改变抽汽量,调峰热源虽然成本高,但是响应速度快,在基本热源满足了新增负荷后,可以切除调峰热源,保证了调峰品质和机组的经济性运行。

2)智能调度系统。

智能调度的策略是基于成本,热量平衡,各个热源点的供热能力、反应速度、泵的出力大小等几方面来综合考虑制定的策略。主要考虑成本最优、全网热平衡和运行方式这3个方面。

a.成本最优。热网的智能调度在保证热网安全性,保证用户用热品质的前提下,选择成本最优的方式运行热网。计算多种供暖方式的成本和负荷值,根据总负荷的需求,自动选择供热方式,在满足供暖需求的情况下,实现热网低成本运行。不同供热方式的成本核算与负荷如表2所示。

b.全网热平衡。参考电网的调度原则,由于存在多个热源点,燃气电厂热源和余热利用热源位于该科技产业园区的最南端,距离最远的北区用户有10km的距离;调峰锅炉房位于该科技园区中部区域,作为调峰热源使用。

在整个系统中,任何一处管网结构或热用户用热状况发生变化,都可能会引起热用户之间流量的重新分配从而可能造成系统的水力失调。全网热平衡的控制策略就是弥补这种弊端,在用户负荷增大的情况下,调度该区域内的热源点,尽量减少受影响的范围。

c.运行方式。热网设计有2台热网循环水泵,每台的额定流量是1300t/h,预测流量在1300t/h以内,启动1台泵,如果预测流量超过单台泵额定流量,则计算泵运行的成本和提高温度的成本,选择启动泵的台数。

综上所述,热网的供热步骤如下:

1)源点接受到热负荷后,认为是稳定状态,首先按照经济成本调度热源;

2)余热利用热源利用烟气供热,从节能的角度分析,首先启动;

3)其次启动燃气电厂供热,燃气电厂的成本低;

4)如果不能够满足热网的需求,则启动调峰热源;

5)在用户负荷突然增大的情况下,首先选择最近的调峰热源,同时启动成本较低的热源;

6)在成本低的热源满足新增负荷后,切除调峰热源;

7)热网回归稳态。

1.2 大数据分析仿真系统(DASS)

大数据分析仿真系统是区域能源项目的重要组成部分,可对供热系统进行现状模拟并对流量、热量进行仿真模拟,仿真结果以控制命令的方式下发至各热力站,执行仿真模拟控制逻辑;系统具有负荷预测功能,针对未来采暖期供热负荷,结合历史气象信息以及各个热源具体的供热能力、经济价格等多种因素,计算出不同的供热指标下的预测方案。

热网GIS系统提供了管网在北京某科技产业园区区域内的布局,提供了管道图层。基于这些信息,采集各用户热负荷和气象数据,采用度日数法,以7d为1个周期,按工作日和非工作日预测用户的负荷,最终拟合出用户的用热曲线,指导运行热源的运行方式,数据拟合曲线如图2所示。

数据在采集过程中偶尔会出现坏点的情况,这些坏点会影响数据的准确性,进而影响拟合的曲线,因此,系统中会将坏点自动剔除,不将它们作为仿真的依据。

由于区域内的管网距离大,介质传输会产生一定的滞后,散热器也会产生滞后,这是因为介质的传输具有一定的延迟性,房间具有热惯性,这一特性是造成室内温度波动较大的原因,这种情况下模型的建立比较困难。因此,文中分别建立热源、热网、用户的模型,然后进行整体分析。

1.2.1 供热用户侧供热量数学模型

根据建筑物的性质和外围体积计算

式中:qv—建筑物单位体积的采暖热指标,k J/(m3·℃·h);V—建筑物的外围体积,m3;tsn—采暖室内设计温度,℃;tsws—采暖室外设计温度,℃。

根据建筑物的性质和面积计算

式中:qF—建筑物的采暖热指标,J/(m2·h);F—建筑物面积,m2。

非设计工况下

式中:tsw—任意的采暖室外温度,℃;q'v—非设计工况条件下单位体积采暖热指标,J/(m3·℃·h)。

因为单位面积的采暖热指标受太阳辐射和风速的影响较小,于是可认为式(1)和式(3)中的qv及q'v相等,即qv=q'v,这样由式(1)和式(3)可得:

根据采暖期采暖热负荷随室外气温变化的函数关系Q'n=f2(tsw)和不同室外气温的持续时间规律函数关系tsw=f1(h)可得:Qn=f(h),故

将式(4)代入

式中:H—全年供暖小时数;dh—统计时间h的增量由地区气象特点可知,室外气温tsw是持续时间h单值函数,若令

则有y=f3(h),此函数可用多项式来逼近,则

于是有:

则式(9)即为源点侧供热量的数学模型,式中A0、A1、A2,……,A5,可由高斯约旦法计算求得。

1.2.2 供热源点侧负荷数学模型

源点侧的总负荷为用户侧各负荷之和,同时需考虑相应的换热器效率及热损失。

式中:Q1、Q2—为用户侧建筑热负荷,根据式(9)计算求得;η—热网损失系数,由历年供热数据经验修正求得;λ1、λ2—用户侧板换的换热系数,根据实际板换数据确定。

2 效果分析

经过上述改进,北京某科技产业园区的新型智能热网能够有效地减少能源的浪费,满足人们对室内舒适性的要求以及能够大大的提高能源利用率。对提出的新型智能热网的控制效果和经济效果进行了分析。

2.1 控制效果分析

1)集中监测功能,可以同时监控换热站的运行状态,调节阀的阀位,传感器的参数,整个系统的运行状态一目了然;

2)预测分析功能,实时显示各供热站的用热量并实现了源、网、站协调控制,依据历史数据,结合未来天气,预测未来全网供热状况,进一步实现了对全网执行的统一调配原则;

3)源、网、站协调控制,整合换热站的控制系统,西门子DCS和热网仿真控制系统等3个系统,达到从源点到换热站的全程控制,能够有效地避免因输送距离远近、环境突变等硬环境对整个供热系统稳定性的影响;

4)供热较稳定,室内温度变化受室外天气变化影响较小,始终保持温差在一定的范围(±1℃)内,用户的室内测量结果如表3所示。

%

5)均衡供热能保证所有用户的温度稳定,尤其是在环境条件极其恶劣,在热源不充足的情况下,用户的室温也能处于均衡状态;

6)能够有效的降低成本,节约能源,其中管理部门的费用,用户的采暖消费,是供热管理所面临的重要问题;

7)管理高效,由于系统采用集中监测控制,控制中心能够对系统全局的实时数据和运行状态进行集中监测,将采集和处理后各种数据自动存入实时和历史数据库,对全网进行集中统一的管理;

8)智能调度,根据热源的成本计算结果,选择经济的运行方式,在突发情况下,也能合理调配各个用户之间的能量供应,尽量避免各热力站之间的“争食”现象,保证供热质量;

9)低温供热,能够有效的节约能源,减少管路损失,提高了管网运行的安全性;

10)智能调度热源,在用户负荷增大的情况下,调度该区域内的热源点,尽量减少受影响的范围,即使在紧急状况下也能够全面协调热量的合理分配,保证用户的用热品质。

2.2 经济效果分析

截止到2015年3月15日,累积供热量为304254GJ,由于热源点可以根据室外温度和用户用热习惯改变供热量,节省了能源。如果供热量维持不变,根据采集的数据可以计算出计划的供热量为341976GJ。

计算公式为

其中:Q是总的供热量,Q11、Q12、Q1、Q2、Q3分别是11、12、1、2、3月份的某一小时的平均供热量,由此可以得到在满足了用户需求的前提下,节省了37722GJ的热量,按照热量单价计算,可以节约资金313.0926万元。

3 结语

以北京某科技产业园区为例,研究智能管控运行平台对传统SCADA、性能仿真、优化调控功能的具体需求,研究将原属不同系统的功能整合成为智能优化管理和控制系统平台的基础方法,并结合工程应用探讨应用经验和面临问题。通过研究,解决了能源的有效分配,开发了一套区域能源控制系统,包括模型的建立、硬件的搭配、通讯的连接,在多方的支持下,完成了项目的建设。

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能源智能管控系统 篇7

能源管理系统(EMS)作为企业整体信息化的一个重要组成部分,近年来得到了迅速的发展,在EMS系统的实施中,底层的数据采集就涉及到对企业自控系统的数据采集,尤其是能源工辅系统的数据采集,比如制氧站、锅炉、发电系统等。

目前,在制氧站、锅炉、发电系统等能源工辅系统的应用中,国产DCS所占的份额越来越多,特别是浙江中控(原浙大中控)与和利时两家,占据了绝大多数的份额。

2 系统介绍

2.1浙江中控DCS系统

浙江中控目前应用的主流系统为JX-300XP,JX-300XP控制系统是Web Field系列控制系统之一。它吸收了近年来快速发展的通信技术、微电子技术,充分应用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以及现场总线技术,采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法,全面提高了控制系统的功能和性能,同时,它实现了多种总线兼容和异构系统综合集成,各种国内外DCS、PLC及现场智能设备都可以接入到JX-300XP控制系统中,使其成为一个全数字化、结构灵活、功能完善的开放式集散控制系统,能适应更广泛更复杂的应用要求。

JX-300XP控制系统简化了工业自动化的体系结构,增强了过程控制的功能和效率,提高了工业自动化的整体性和稳定性,最终使企业节省了为工业自动化而做出的投资,真正体现了工业基础自动化的开放性精神,使自动化系统实现了网络化、智能化、数字化,突破了传统DCS、PLC等控制系统的概念和功能,也实现了企业内过程控制、设备管理的合理统一。

JX-300XP控制系统应用范围已经涵盖石化、化工、炼油、冶金、电力等工业自动化行业。

2.2 和利时DCS系统

和利时目前应用的主流系统为HOLLi AS MACS,HOLLi AS MACS系列分布式控制系统是和利时在总结十多年用户需求和多行业的应用特点、积累三代DCS系统开发应用的基础上,全面继承以往系统的高可靠性和方便性,综合自身核心技术与国际先进技术而推出的新一代DCS,目前包括两种型号:HOL⁃Li AS MACS-F系统、HOLLi AS MACS-S系统。

HOLLi AS MACS-F系统:

MACS-F分布式控制系统适合于中大规模高密度安装的项目,采用FM系列硬件。I/O模块和端子底座组合后共同占用安装面积,适合安装密度要求高、空间较小的场合,并且I/O能够远程分布安装,大幅度节省I/O电缆。

HOLLi AS MACS-S系统:

MMAACCSS--SS系统适合于大规模或超大规模且安装密度适中的项目,采用SM系列硬件。I/O模块和端子模块分别安装在机柜正反面,适合安装空间规划严格和安装密度适中的场合,日常维护主要在机柜后面的端子侧进行。

3 设计方案

3.1 OPC通讯介绍

OPC基金会制定OPC标准的目的就是为了解决向能源管理系统这样的应用系统中的数据采集的复杂情况。基于OPC标准的基础自动化通讯方案,可实现规范化的数据采集,使得系统易于维护,运行也更加稳定、高效。

OPC是基于以太网和微软DCOM技术的通讯方式,因此具有应用方便、传输速率高、适用范围广等特点,而且只需要对上位机进行配置,不需要对DCS/PLC程序进行修改,目前已经成为自动化领域主流的通讯方式。

传统OPC接口方案

OPC通讯必须通过微软的DCOM技术进行传输,因此必须将系统中的计算机设置成OPC服务器,而不是直接与PLC、DCS控制器进行通讯。

PLC系统以及国外DCS系统通常都把OPC Server作为上位机软件的一个通讯组件,比如Win CC或ABB DCS系统等。

基于这种模式的OPC Server有如下特点:

OPC软件作为SCADA软件的组件,与上位机安装在同一台计算机中;

OPC软件与SCADA软件不会同时读取数据,或者SCADA读取后写入OPC软件的缓存,或者OPC软件作为SCADA软件的驱动读取数据后提供给SCADA。

OPC软件配置好后,系统会开放所有的变量供其他系统读取这种类型的OPC通讯方式如下图所示。

这种方式固然简便,但是存在一些缺陷和隐患:

1)新增OPC组件后,原上位机的稳定性受到影响;

2)现场计算机如果软硬件较老,有可能存在病毒或兼容性问题,导致OPC组件安装不成功;

3)配置DCOM时,需要开放很多权限,同时系统的用户名密码也被设置成与EMS系统通讯服务器一致,原系统的安全性受到影响。

3.2 国产DCS的接口方案

国产DCS系统(主要是中控)与和利时的OPC软件与上述不同,是单独开发的通讯软件,具备如下特点:

1)与SCADA软件完全脱开,可以安装在任意一台计算机上;

2)授权方式也是单独授权,安装OPC软件的计算机不需要SCADA授权;

3)OPC软件会单独读取DCS系统的数据,与原有SCADA软件的读取是并行关系,互不干涉;

4)只有配置在OPC软件中的变量才会被读取并提供给其他系统,其他变量不会被开放出来。

另外,目前的DCS系统还有一个特点,就是基本都采用了工业以太网作为系统的总线方式,非常方便接入。

在这种情况下,我们的接口方案可以做一些调整:

1)新增一台工业级嵌入式主机作为OPC服务器;

2)OPC服务器通过网线接入DCS系统的交换机;

3)OPC服务器上安装OPC Server软件,配置好所需要的变量。

这种类型的OPC通讯方式如下图所示:

相对传统方案,这种方式的优缺点如下:

a)优点

安装、配置工作都在新增主机中进行,对原系统的正常运行没有任何影响;

所有的DCOM配置、用户名/密码配置等工作都在新增主机中进行,对原系统的安全性没有任何影响。

b)缺点

OPC软件和SCADA软件同时读取DCS数据,因此会增加网络压力。

建议:

配置OPC Server中变量时进行一下筛选,只有需要的变量才配入OPC Server,减少对网络负荷的影响。

4 实例介绍

下文针对和利时DCS系统,进行实例分析。

4.1 硬件

采用研华嵌入式工控机,作为OPC服务器。

研华嵌入式工控机采用了Intel Atom双核CPU芯片,带有多个(不少于2个)以太网口,支持Win XP等主流操作系统。

硬件接口上具备了两路以太网口,性能上也满足了OPC通讯的需要,同时体积非常小巧,可以放置于现有机柜中,同时功耗低、能够适应现场的恶劣环境,是OPC服务器主机非常好的选择。

4.2 软件

软件采用和利时官方提供的OPC软件“MACSV5-OPC Server”。

简介:

本通信软件是DCS数据库的OPC Server,用以通过OPC方式向第三方软件提供DCS实时数据,支持OPC2.0接口标准。

功能:

支持OPC 1.0和2.0规范;

支持多个OPC客户的连接;

支持远程OPC通信;

客户端可以根据需要选择同步或异步通信方式;

在客户端与服务器建立数据回调后,DCS的数据变化可以及时快速的传递到OPC客户端;

通过周期读取DCS数据库的数据更新服务器的数据缓存;

支持DCS多域;

客户端可以写数据到DCS数据库内;

加密功能(未授权程序运行6小时退出);

日志功能。

4.3 配置

配置文件名称:MacsOPCSvr.ini

配置文件格式说明:

[MACS_CONFIG]----域配置

GROUPNUM=2----组个数

PORT=7316----MACS域端口号(7316~8000)

UPDATERATE=3000----OPC服务器内数据的刷新周期(单位为毫秒)

GROUPINTERVAL=100----与DCS数据库通信时,服务器内各组之间的间隔(单位为毫秒)

[GROUP1_CONFIG]-----第一个组的信息

DOMAINORD=0----该组所属的域号

POINTTYPE=1----该组点类型(1为模拟量点,0为开关量点)

SERVER1=TZ4_SRVA----域服务器A机的机器名

SERVER2=TZ4_SRVB----域服务器B机的机器名

S1IP1=130.0.0.1----域服务器A机的一个管理网IP地址

S1IP2=131.0.0.1----域服务器A机的另一个管理网IP地址

S2IP1=130.0.0.2----域服务器B机的一个管理网IP地址

S2IP2=131.0.0.2----域服务器B机的另一个管理网IP地址

POINTNUM=2----本组要进行OPC通信的点数

POINT1=15AM213----第一个点的点名(注意点名不能含字符“.”)

POINT2=15DM213----第二个点的点名(注意点名不能有字符“.”)

[GROUP2_CONFIG]----第二个组的信息

DOMAINORD=1----该组的域号

POINTTYPE=0----该组点类型,1 为模拟量点,0 位开关量点

SERVER1=TZ4_SRVC----域服务器A机的机器名

SERVER2=TZ4_SRVD----域服务器B机的机器名

S1IP1=130.0.0.3----域服务器A机的一个管理网IP地址

S1IP2=131.0.0.3----域服务器A机的另一个管理网IP地址

S2IP1=130.0.0.4----域服务器B机的一个管理网IP地址

S2IP2=131.0.0.4----域服务器B机的另一个管理网IP地址

POINTNUM=2----本组要进行OPC通信的点数

POINT1=15AM214----第一个点的点名(注意点名不能有字符“.”)

POINT2=15DM214----第二个点的点名(注意点名不能有字符“.”)

说明:配置参数都是针对MACSV系统的,其中内容应根据实际应用进行针对性修改。

5 结束语

不管是能源管理系统(EMS)还是生产管理系统(MES),在实施过程中都会不可避免地接触到与现有自控系统进行通讯,获取数据的问题。

本文希望通过相应的描述,提供一个思路,让现场工程师在面对国产DCS系统时,能够通过更好的方案进行实施,一方面获取自己所需的数据,另一方面也保证了自己和对方系统的稳定运行。

参考文献

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能源智能管控系统 篇8

数字营区智能管控系统是指运用网络技术、通讯技术和控制技术等对营区水电表、阀门、泵、传感器等营房设施设备进行远程集中管理和控制的系统。我军目前营区设施设备管控主要采用人工的方式, 工作量大, 效率低下, 维护不便。一方面是源自营区设备的老化, 水、电、暖通设备的配置较低、设备陈旧, 难以实现系统化管控;另一方面是源自营房管理信息化建设的不完善, 可视化程度低、集成性较差、信息量小、实时性差等问题相对突出。研究和实现基于物联网的数字营区智能管控系统, 是实现设备感知管控的有效方法, 也是实现营区营房管理工作的可视化、规范化和精细化的重要手段。

二、功能需求

从功能组成上看, 可分为智能供水管理、智能供电管理、智能供暖管理、中央空调管理和环境实时感知等子系统。

由以上功能模块构成的数字营区智能管控系统应具备以下三点功能: (1) 监控界面构建, 实现营区要素可视化。采用电气、机械类标准符号, 在营区供水、供电、暖通等管网图上标识出传感器、控制器等设备位置及运行状态参数, 形成营区设施设备监控界面。 (2) 监控数据联动, 实现对设备的智能控制。通过通信控制协议和工控组态软件, 建立控制界面标准符号与系统节点的对应关系, 通过在线采集监测数据实现监控数据联动, 动态分析运行情况, 异常情况及时预警、报警。 (3) 采集数据分析, 实现管理的精细量化。根据营区单位资源消耗标准分配资源指标, 统计分析资源消耗情况, 网上公示营区单位资源指标、消耗数量等信息, 通过测控分机预置管理策略和终端控制器, 管理用户的资源消耗。

三、设计思路

基于物联网的数字营区智能管控系统是通过传感器、射频技术等手段, 以计算机、网络、通信等数字化技术为依托, 与营房保障的诸多环节紧密融合的营区综合管理信息平台。物联网包括三个层面:一是感知层, 即传感节点, 对其进行识别、数据采集和智能控制;二是传输层, 是连接智能设备和控制系统的桥梁;三是应用层, 对采集上来的数据进行处理和展示。因此, 要构建基于物联网的数字营区智能管控系统, 实现建设目标, 关键点就在于数据实时采集、可靠传输和智能处理。

物联网通信层是连接智能设备和控制系统的渠道, 主要分为有线通信和无线通信两大类。有线通信可分为相对短距离的现场总线和中长距离可支持IP的网络。其中, 基于现场总线的有线通信在工业信息、楼宇自控等领域已得到广泛应用, 研究也较为成熟。数字营区智能管控系统将综合运用ModBus、Profibus等主流总线协议和中长距离的工业以太网络实现设备层到应用层的数据传输。同时, 由于系统中智能设施设备种类繁多、感知终端通信协议多样, 为了集中管控设施设备、处理多种数据格式, 需要建立数据采集和处理的统一出入口。基于可编程逻辑控制器 (PLC) 的数字营区测控分机可实现这一功能, 对设备采集数据进行存储、转换和处理, 构建设备集中管控和数据处理的系统中枢。

基于物联网理念、基于工业组态软件Win CC和JavaEE开发平台实施的智能管控系统在传统数据采集和监视控制系统的基础上从技术上 (B/S架构为主) 和理念上提升, 关注设备数据收集和远程监测控制, 可对供水、供电、暖通、环境监测等信息实现高效存储、传输、处理和展示, 分析能源消耗, 进行节能控制。

四、系统体系结构

数字营区智能管控系统结构主要分为三层:处于系统顶端的管理层、中间的控制层以及位于底层的设施设备仪表层, 系统结构图如图4-1所示。

(1) 系统管理层。

数字营区智能管控系统管理层由数据库服务器、应用程序服务器组成, 监控管理系统对采集数据进行统计汇总和展示, 用户通过管理层远程监控营区相关信息。管理层中, 数据服务器采用基于OPC (用于过程控制的对象连接与嵌入) 的实时数据通信技术用于从控制层获取底层设施设备实时数据, 并进行数据的整理、容错、分析和存储工作, 传输给作为OPC客户端的计算机终端;应用程序服务器基于全集成自动化的理念制定和调整各分系统的控制策略, 并将制定的方案同步更新到控制层;通过WinCC工控软件组态人机交互界面和WebNavigater进行网络发布, 使系统可以被远程连接和访问。

(2) 系统控制层。

控制层主要是指数字营区测控分机和相关通信网络。测控分机是构建设施设备监控和管理的网络体系中枢, 主要由中央处理器及通讯、电源模块等组成, 集成了数据采集传输、设施设备控制、通讯协议转换和设备故障诊断等多种功能, 是系统设施设备的一体化管理和存储、交换、处理数据的集成控制设备。

测控分机的中央处理器采用可编程逻辑控制器, 采集设施设备实时通信数据并进行预处理后传输给系统管理层进行统计汇总和展示;通讯模块即总线接口电路, 可支持Modbus、Profibus等通信协议, 用于采集智能设备相关数据和接收控制指令。同时, 测控分机具有模拟量输入电路用于非智能变送器的模拟量信号采集;输入输出接口板采用基板和可拆卸的驱动模块相组合的结构, 用于实现对泵、阀、继电器等设备的控制, 同时隔离驱动并提供延时保护及互斥保护;电源模块用于提供输出电压额定值为24V DC的直流电压。数字营区测控分机通过PLC及其内置程序, 将仪表层中设备采集的数据进行存储、转化、筛选等处理, 并将数据通过局域网传输给管理层;同时接受来自管理层的指令信息, 对现场终端设备进行远程控制和自动调节。

(3) 系统仪表层。

仪表层主要由智能表、电动阀、传感器等现场设备组成, 现场终端设备将监测点的采集数据转化为易于测量的模拟信号或数字信息, 并通过Modbus、Profibus等现场总线通信协议将数据传输到数字营区测控分机进行分析处理;同时这些设施设备接受来自测控分机的指令, 传送采集信息或改变设备运行参数。

五、结论与展望

数字营区智能管控系统将传统的水电暖设备改造为具有感知、传输、控制能力的智能设备, 在现有网络设施基础上建立营区自动化监控网, 构建数据采集、传输、远程监控和营区管理的综合集成信息网络体系, 达到精细量化、资源节约管理的目的, 最终实现“营区要素数字化、设施设备智能化、信息资源网络化、日常管理可视化”的目标, 以提高营房保障能力。下一步需要对以下两个方面进行研究:1.设施设备智能组织。结合物联网的特性来看, 信息交互和智能化是设施设备感知管控的两个重要内容, 良好的智能组织机制能够在实现优化的基础上, 灵活实现复杂多样的业务功能。2.系统安全体系设计。由于物联网连接和处理的对象主要是机器、物及其相关的数据, 需要从读取控制、隐私保护、用户认证、通信安全等多个维度设计系统安全体系。

摘要：首先, 在叙述数字营区智能管控系统研究背景与意义的基础上, 分析了系统的功能模块, 提出了功能需求;然后, 根据物联网的三层结构, 探讨了系统的设计思路, 设计了基于管理层、控制层和仪表层的系统体系结构;最后总结了系统的作用和影响, 对数字营区建设实践具有较强的指导意义。

关键词：数字营区,物联网,功能需求,系统架构

参考文献

[1]张春红, 裘晓峰, 夏海轮.物联网技术与应用[M].北京:人民邮电出版社, 2011.