1應用背景
今天，能源已成為人類社會不可或缺的基本要素。在這個星球上, 隨著能源日益緊張和環(huán)境惡化, 獲得經(jīng)濟方便環(huán)保的能源變成一個關系人類生存與可持續(xù)發(fā)展的急迫問題, 尋找提高能源利用效率的解決之道成為小到社會家庭,大到企業(yè)與政府等全社會的共同責任。各類水、電、氣設備與分類能耗是工業(yè)設施、社會基礎設施與各類建筑建設投資和日常運營成本的主要構成部分之一，合理布局能源設施配置和管控功能可以顯著提高設施與能源利用效率并降低成本。
2系統(tǒng)介紹
能源管理系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)體系結構，對建筑的電力、燃氣、水等各分類能耗數(shù)據(jù)進行采集、處理，并分析建筑能耗狀況，實現(xiàn)建筑節(jié)能應用等。
通過能源計劃，能源監(jiān)控，能源統(tǒng)計，能源消費分析，重點能耗設備管理，能源計量設備管理等多種手段，使企業(yè)管理者對企業(yè)的能源成本比重，發(fā)展趨勢有準確的掌握，并將企業(yè)的能源消費計劃任務分解到各個生產(chǎn)部門車間，使節(jié)能工作責任明確，促進企業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。[1]
體系結構
@EMS全時動態(tài)能源管理系統(tǒng)體系結構圖
3案例解剖
冶金能耗管理案例解剖
冶金工業(yè)能耗居高不下和環(huán)境質量太差是長期困擾冶金企業(yè)的難題。利用高科技信息技術作為平臺，綜合新技術、新工藝、配套技術和管理措施，減少消耗，形成安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟和高效的能源管理系統(tǒng)，對于降低鋼鐵生產(chǎn)成本，改善環(huán)境質量，提高產(chǎn)品的市場競爭力具有極為重要的意義。
鋼鐵廠的能源消耗約占鋼鐵成本的20%～40%。不同的裝備水平，工藝流程，產(chǎn)品結構和能源管理水平對能源消耗都會產(chǎn)生不同的影響。實用經(jīng)濟的節(jié)能技術、數(shù)字化的平衡輸配系統(tǒng)和基礎能源管理是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗的基礎技術措施。建設公司一體化的集中統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)是數(shù)字化能源管理的技術支持措施，也是大型鋼鐵企業(yè)提高節(jié)能效益的重大技術裝備措施，應從企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的高度認識建設企業(yè)能源管理系統(tǒng)的必要性和迫切性。
4系統(tǒng)作用
作為冶金企業(yè)自動化和信息化的重要組成部分，不僅對能源的統(tǒng)一調度、優(yōu)化煤氣平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質量、降低噸鋼能耗和提高勞動生產(chǎn)率有重要作用，而且對于事故預案的制定和執(zhí)行、事故原因的快速分析和及時判斷處理、能源供需的合理調整和平衡以及在客觀信息基礎上的能源實績分析、能源計劃編制、能源質量管理、能源系統(tǒng)的預測等都是十分有效的。
A）完善能源信息的采集、存儲、管理和能源的有效利用
EMS對能源數(shù)據(jù)進行分析、處理和加工，能源調度人員和專業(yè)能源管理人員就能實時掌握系統(tǒng)狀態(tài)， 經(jīng)過系統(tǒng)的合理調整，確保系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。
B）在公司層面對能源系統(tǒng)采用分散控制和集中管理
EMS將在公司全局角度審視能源的基本管理需求，滿足能源工藝系統(tǒng)分散特性和能源管理需要集中的客觀要求，以適應鋼廠的戰(zhàn)略發(fā)展需要。
C）減少管理環(huán)節(jié)，優(yōu)化管理流程，建立客觀能源消耗評價體系
實現(xiàn)在信息分析基礎上的能源監(jiān)控和能源管理的流程優(yōu)化再造，滿足能源設備管理、運行管理等的自動化，建立客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評價體系，向管理要效益。
D）減少能源系統(tǒng)運行成本，提高勞動生產(chǎn)率
EMS的建設，對能源管理體制的改革將發(fā)揮重要作用。其基本目標之一是可以實現(xiàn)簡化能源運行管理，減少日常管理的人力投入， 節(jié)約人力資源成本，提高勞動生產(chǎn)率。
E）加快系統(tǒng)的故障處理，提高對全廠性能源事故的反應能力
EMS能迅速從全局的角度了解系統(tǒng)的運行狀況，故障的影響程度等，及時采取系統(tǒng)的措施，限制故障范圍的進一步擴大，并有效恢復系統(tǒng)的正常運行。
F）通過優(yōu)化能源調度和平衡指揮系統(tǒng)，節(jié)約能源和改善環(huán)境
EMS將通過優(yōu)化能源管理的方式和方法，改進能源平衡的技術手段，實時了解鋼廠的能源需求和消耗的狀況，能有效地減少高爐煤氣的放散，提高轉爐煤氣的回收率，采用綜合平衡和燃料轉換使用的系統(tǒng)方法，使能源的合理利用達到一個新的水平。
G）為進一步對能源數(shù)據(jù)進行挖掘、分析、加工和處理提供條件
能源管理系統(tǒng)的建設，不僅可有效解決能源實時平衡管理和監(jiān)控管理，還可以通過對大量歷史數(shù)據(jù)的歸檔和管理，為進一步對數(shù)據(jù)進行挖掘、分析、加工和處理創(chuàng)造條件。
5技術路線
能源管理系統(tǒng)在企業(yè)信息化系統(tǒng)中具有重要的地位，公司級E或S完成對包括能源管理系統(tǒng)在內的信息集成和一貫制管理，以實現(xiàn)公司生產(chǎn)、經(jīng)營的過程優(yōu)化和提高公司的總體效率，進而提高公司的市場競爭力。為了實現(xiàn)上述目標，能源管理系統(tǒng)建設的基本技術路線是：
A）規(guī)劃先進的能源SCADA系統(tǒng)
能源工藝系統(tǒng)分散，面廣量大。數(shù)據(jù)采集對象的選擇應按照工藝監(jiān)控的實際要求、能源系統(tǒng)輸配和平衡的要求、能源管理的精度和粒度要求謹慎選擇。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)宜采用分散方式，以減少系統(tǒng)風險和提高系統(tǒng)的安全性和可維護性。根據(jù)能源系統(tǒng)的特點和具體情況，綜合采用與之適應的基本技術：
①行業(yè)標準監(jiān)控和管理技術；②現(xiàn)代安全網(wǎng)絡技術和數(shù)據(jù)通信技術；③數(shù)據(jù)庫及實時數(shù)據(jù)處理技術；④預測和平衡優(yōu)化技術；⑤集成式GIS（地理信息系統(tǒng)）技術；⑥數(shù)字化運行和調度技術；⑦異構系統(tǒng)無縫集成技術。
B）設計集中統(tǒng)一的“數(shù)字化”的能源輸配及平衡控制應用系統(tǒng)
“數(shù)字化”的能源輸配及平衡控制應用系統(tǒng)是指在上述基本技術基礎上，利用信息技術手段，實時地再現(xiàn)工藝系統(tǒng)的過程映象，使運行管理和調整決策建立在可靠的過程信息之上。調度人員能夠在能源控制中心對系統(tǒng)的動態(tài)平衡進行直接控制和調整，從而減少管理控制環(huán)節(jié)，提高工作效率，尤其在工藝系統(tǒng)故障時的處理指揮和即時系統(tǒng)調整方面，體現(xiàn)出了極大的優(yōu)越性。
C）建立系統(tǒng)化的能源成本中心管理平臺
EMS從成本控制的角度，優(yōu)化能源管理體制，合理定義能源系統(tǒng)的成本中心。EMS在系統(tǒng)規(guī)劃、架構設計、功能配置和應用集成等方面全面反映能源系統(tǒng)本質的管理特征，根據(jù)效益最大化的原則配置能源管理要素，通過能源管理系統(tǒng)的計劃編制、實績分析、質量管理、平衡預測、能耗評價等技術手段對能源生產(chǎn)過程和消耗過程進行管理評價。
D）與ERP或MES系統(tǒng)的無縫集成能源管理
系統(tǒng)實現(xiàn)與ERP系統(tǒng)的無縫集成，是確保能源管理功能完整實現(xiàn)和ERP系統(tǒng)信息完整的重要技術保證。能源管理系統(tǒng)的基礎管理任務之一是實現(xiàn)按成本中心模式，向ERP系統(tǒng)提供完整的能源系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)和分析結果，ERP也將按能源管理和預測分析的需要，向能源管理系統(tǒng)提供公司的生產(chǎn)計劃、檢修計劃和相關的生產(chǎn)實績信息。信息的交互作用能較好地解決能源系統(tǒng)評價中的不科學因素，在公司層面及時掌握能源消耗情況，并對環(huán)境狀況作出估計。
6解決方案
方案設計
能源數(shù)據(jù)包括三種：能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)、能源供給整點數(shù)據(jù)、能源供給累加數(shù)據(jù)，每種數(shù)據(jù)都有不同的應用范圍。而能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)是所有數(shù)據(jù)的基礎，其它兩種數(shù)據(jù)是通過儀器、儀表、手工錄入或計算程序得到，是其它應用系統(tǒng)需要的關鍵數(shù)據(jù)。因此，安科瑞的能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，就是在擷取能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)的同時，能將其它應用程序需要的關鍵數(shù)據(jù)分檢出來，主動發(fā)送到各應用程序，滿足各部門的辦公、處理需要，在監(jiān)測的同時，滿足結算、決策的需求。
系統(tǒng)結構
能源管理系統(tǒng)可對低壓設備消耗的電能進行分項計量。其軟件運行于windows操作系統(tǒng)，包括windows2000、windows NT、windowsXP等windows系列操作系統(tǒng)。系統(tǒng)除了與本公司自主研發(fā)的儀表良好兼容外，還支持數(shù)百種硬件設備，包括流行的各種板卡、儀表、PLC等。支持各種常用電力通信規(guī)約，如部頒CDT規(guī)約、POLLING、1801、101、DNP等電力規(guī)約。
按照國家對電能計量的相關要求，本系統(tǒng)對耗電量進行分項計量，包括：
A）照明插座用電：為建筑物主要功能區(qū)域的照明、插座等室內設備用電。主要包括建筑物內的照明和插座用電、應急照明用電、室外景觀照明用電等。
B）空調用電：主要包括冷熱站用電、空調末端用電。
C）動力用電：主要包括電梯用電、水泵用電、通風機用電等。
D）特殊用電：主要包括信息中心、洗衣房、廚房餐廳、游泳池、健身房或者其他特殊用電。
系統(tǒng)功能
能源管理系統(tǒng)，作為大中型鋼鐵企業(yè)ERP和MES的重要組成部分，在企業(yè)信息化系統(tǒng)中具有重要的地位，其基本功能劃分為三大部分：
1、信息處理子系統(tǒng)
信息處理子系統(tǒng)的基本功能是數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控，它是能源管理系統(tǒng)的基礎子系統(tǒng)，包括了最基本的SCADA系統(tǒng)功能：a）不同需求的數(shù)據(jù)采集（周期采集、中斷采集、SOE）；b）分類數(shù)據(jù)歸檔（實時數(shù)據(jù)、短時數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、記錄）；c）實時閉環(huán)調節(jié)；d）邏輯分析處理（條件聯(lián)鎖、越限報警等）；e）人機界面（過程圖、過程曲線、設定和查詢等）；f）管理報表（瞬時報、正點報、日報、月報等）；g）基本數(shù)據(jù)處理等。
2、故障處理子系統(tǒng)
故障處理子系統(tǒng)主要包括：監(jiān)測；分級報警（按輕、重故障分類）；信息記錄和歸檔（按類別）；故障基本分析（時序記錄分析、在線查詢等）；故障分析專家系統(tǒng)等。
3、能源管理子系統(tǒng)
能源管理子系統(tǒng)的基本功能包括：a）能源計劃管理（計劃編制、跟蹤等）；b）能源實績管理（實績分析、歸檔、查詢、平衡分析、成本分析、對標分析等）；c）能源質量管理（質量分析、質量跟蹤、趨勢評估、越限警告等）；d）運行技術支持（運行方式管理、停復役管理、操作評估等）；e）預測分析（在線預測決策、能耗預測分析、電力負荷預測等）。
7監(jiān)測計量
（1）高壓回路或低壓進線回路選KESP1儀表
監(jiān)測儀表
該表為電能質量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)電壓電流正、負、零序分量（含負序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進線柜。
（2）低壓聯(lián)絡或出線回路選KESP1電力儀表
該表主要功能有：4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡柜、出線柜。
（3）動力柜、照明箱選KESP5電力儀表或導軌式電表
KE5000GS-E電力儀表主要功能有：2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：開孔尺寸80×80mm，開孔尺寸72×72mm。適用于動力柜。
KE5000GS-E導軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動力柜。
LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、最大需量統(tǒng)計。
KESP2導軌式電表主要功能：外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于照明箱的三相電能計量。
照明箱KE5000GS-E電表主要功能：外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測量；單相電能計量。
電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。
8應用發(fā)展
在能源管理、運行決策支持、預測分析等方面進行了探索，取得了較好的效果，為能源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和持續(xù)經(jīng)濟運行提供了很好的支持。
一批集成有現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析技術、預測評價技術、地理信息技術、調度決策最優(yōu)化技術等的能源管理系統(tǒng)將應運而生。①數(shù)據(jù)分析技術數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計、數(shù)據(jù)挖掘等技術在不同條件下的應用，向業(yè)務人員提供高端的綜合應用和整合信息，協(xié)助能源管理人員提高他們的數(shù)據(jù)應用能力，為能源系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、系統(tǒng)優(yōu)化服務。②預測評價技術SCADA系統(tǒng)能夠完成的數(shù)據(jù)采集是基本的測量數(shù)據(jù)，其完整性受許多條件的限制。利用預測評價技術可以在有限的測量集下，了解系統(tǒng)（如消耗）的變化趨勢。如在電力系統(tǒng)中廣泛使用的中短期負荷預測，對大型鋼鐵企業(yè)也是十分必要的。③地理信息技術能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集設備和傳輸網(wǎng)絡遍布全廠的每一個角落，利用地理信息技術，能實現(xiàn)管網(wǎng)（線路）地理信息與能源管理系統(tǒng)的無縫結合，對運行管理人員及時準確地掌握系統(tǒng)信息，指揮操作人員加快系統(tǒng)故障的分析和處理，提高能源工藝系統(tǒng)的運行可靠性和穩(wěn)定性有良好的指導作用。④調度決策最優(yōu)化技術大中型冶金企業(yè)的能源工藝系統(tǒng)的復雜性，使在線能源平衡調度工作無法達到理想的狀態(tài)。優(yōu)化能源介質的傳輸、合理安排能源介質的轉換、綜合生產(chǎn)需要和經(jīng)濟要求的能源分配、動態(tài)評估能源系統(tǒng)的運行狀態(tài)，是解決能源系統(tǒng)的安全運行和經(jīng)濟運行的必然要求。建立企業(yè)能源系統(tǒng)調度決策最優(yōu)化模型是達到上述要求的有效手段。
