水泥企業能源管理系統解析論文

1前言

隨着全球能源供應的日趨緊張，各種能源費用都呈上升趨勢，能耗成本在企業成本中所佔比例越來越大。水泥企業是典型的高耗能企業，企業能源費用在生產總成本中佔70%以上。因此，在水泥企業中建立高效的能源管理系統，對企業的能源消耗進行在線監控、對能源數據進行信息化管理，不斷調整水泥企業的生產方式和用能方式，以降低單位水泥產品的能源消耗，對水泥企業的經營發展和提高經濟效益具有極其重要的意義。

目前，國內大多數水泥企業的能源管理依然以人工採集數據為主，自動化、信息化程度較差。企業的集散控制系統（DCS系統）、純低温餘熱發電系統、用電、用煤計量系統、經營管理的ERP系統等各自獨立運行，信息共享程度不高。此外，由於水泥企業本身對能源管理系統的應用需求不明晰、建設目標不明確，造成了盲目照搬照抄國內大型企業能源管理系統的現象發生。

針對以上問題，本文提出一種利用OPC技術、基於NET的多層體系架構技術構建水泥企業能源管理系統的設計方案。該方案採用OPC技術，在滿足系統對於各個硬件設備的基礎通信要求外，可實現系統與DCS系統、企業餘熱發電系統等第三方系統的數據共享和交互，方便為企業各種決策提供及時、全而、準確、適用的信息；系統建設採用基於。NET的多層體系架構技術，可以極大的提高系統的可重用性、可擴展性和可維護性。

2系統整體設計

2.1系統需求和設計原則

能源管理系統是一種基於網絡、計算機等先進信息技術的現代化能源管理平台，可對企業能耗數據進行採集、存儲、處理、統計、查詢和分析，提供企業用能計劃、能耗核算及決策支持，實現企業節能績效的科學管理和能源效率的持續改進。水泥企業能源管理系統由於能源使用方式、能源消耗種類、企業能源管理要求等方而與其他行業存在差異，因此，在進行系統的設計時，需要重點考慮以下方而：

（1）系統建設範圍需求。水泥企業是一個典型的高耗能企業，企業主要使用電和煤兩類能源。企業生產使用的各類電機消耗絕大部分電能，水泥熟料燒成的窯爐則消耗幾乎全部的煤，因此，企業能源管理系統的能源數據分為用煤數據和用電數據兩類。此外，企業用電，除了向當地電網購電這一渠道以外，企業的水泥純低温餘熱發電電站也是企業用電的一個來源。

（2）系統建設成本需求。在水泥企業建設能源管理系統，雖然不存在信息系統建設資金不足和技術不成熟的問題，但是，若對廠區原有的信息化系統進行重新設計開發，重複的系統建設費用和大量監測終端購買支出無疑會極大的增加水泥企業能源管理系統的建設成本。從投入產出比的角度來看，這樣的系統建設方式也是不利於水泥企業能源管理系統大範圍的推廣應用。因此，在進行方案設計時，應最大程度的挖掘原有信息化系統的效益點與價值點，選擇成熟、可靠的系統集成技術，使得原有的信息化系統為新的能源管理系統所用。

（3）系統功能需求。在系統功能設計上，應圍繞水泥企業能源管理系統的建設目的，在充分實現數據採集、存儲等數據管理基本功能的基礎上，重點對能源信息管理及能耗原始數據進行數據挖掘，開展多維度、深層次的能效分析和能效評估等功能的設計和開發。

（4）系統性能需求。由軟件、硬件、多個基礎通信網絡構成的水泥企業能源管理系統，不僅需要完成企業能源數據的採集、存儲、處理等功能，還需要完成企業的能效分析、診斷、評估等功能。因此，為保證系統具有較強的穩定性和可靠性，應儘可能採用成熟的硬件產品和優秀的軟件技術。

2.2系統總體結構

系統選用微軟公司的Visual Studio 。NET作為開發平台。系統總體上劃分為表現層、應用層和數據層。

表現層主要負責企業用户業務請求的輸入和最終業務結果的展現，不負責任何的業務解釋和處理，是系統的窗口。

系統的應用層直接為表現層服務服務，其包含實際的業務邏輯，根據用户請求的內容與後台的數據層進行交互，並把最終的產生的結果返回給表現層。應用層是系統的核心層，包含應用服務器、Web服務器等多類服務器。

數據層主要包含數據服務器和數據採集系統。數據採集系統負責現場能效數據的採集和上傳，數據服務器將上傳的能效數據進行處理，根據數據庫的數據模型存儲到特定的區域，併為應用層提供包括數據檢索、訪問等服務。

採用三層結構的優點是各邏輯層既相互獨立又緊密聯繫，任何一層的改動都不會影響到其它邏輯層的工作，非常有利於系統的擴充。

2.2系統應用部署方式

水泥企業能源管理系統的應用部署方式因企業自身的基礎條件、建設資金以及能源管理需求的不同而有差異。對於中小規模的水泥企業，採用集中部署方式有利於系統的快速建設、快速投入運行、能源事件的快速處理；對於生產規模較大，以集團化化運作的水泥企業，採用分散部署的方式，有利於實現各個子公司或各條生產線的能源統一管理。

3系統硬軟件設計

3.1系統硬軟件設計

（1）採集終端。系統的現場採集範圍主要分為兩部分：用電信息採集和用煤信息採集。對電的監測，主要採用三相電能表、電能質量分析儀、功率分析儀等儀器設備來實現。對企業用煤，則選用汽車電子衡和電子稱等計量設備進行監測。

（2）採集網絡。在整個系統中，採集網絡下連現場採集終端、上接企業數據服務器，是能源數據的上傳和控制信息的下達的通道。採集網絡是系統一項關鍵組成部分。

由於水泥企業現場計量設備種類繁多、驅動程序各異。為獲取現場實時的能源信息，針對每個硬件開發一套採集軟件，無疑會加大系統的建設成本和增加系統的建設週期，這顯然是不符合系統的建設原則和要求的。

OPC（OLE for Process Control）是為解決基於Windows的應用程序和現場過程控制應用之間通訊而產生的一組技術規範和標準。OPC為各類硬件設備和軟件開發者提供了一套標準的接口，可以將底層硬件驅動程序和上層應用程序的開發有效地分隔開，使用統一的數據接口實現了不同設備協議間的數據互訪，不僅易於系統維護和升級，而且可以縮短系統的開發時間。因此，利用OPC技術構建系統採集網絡顯然是一個很好的選擇。

（3）系統服務器。系統服務器包括數據服務器（Data Sever）、應用服務器（App sever）和WEB服務器（Web Server）。數據服務器用來存儲現場採集的能耗數據、終端的工作狀態、用能設備檔案信息，通過建立SQL Server 2008數據庫軟件實現對數據管理，分為實時數據庫、歷史數據庫、生產信息數據庫三類。實時數據庫和歷史數據存儲採集的能耗數據、狀態信息，前者主要而向用户對能耗的實時監測，後者主要而向用户的能效分析和能效診斷。生產信息數據庫存儲有企業的'設備管理信息和生產計劃信息。應用服務器上運行着能源管理軟件，是最終為用户提供各類服務的業務執行區域，是系統服務器的核心。WEB服務器則用來發布企業的能源信息、績效考核信息等內容。為節省系統建設成本，以上三類服務器可部署在同一台硬件設備中。

3.2軟件系統設計

軟件系統包含採集軟件、數據庫和能源管理軟件。

（1）數據採集軟件設計

採集軟件主要負責現場採集終端與數據服務器的通訊、能耗數據的實時採集和能耗數據的遠傳。採集軟件與採集網絡一起構成數據採集系統。

其主要功能包含：①參數配置：對設備編碼、通信協議設定、數據採集頻率、終端數據存儲轉發週期數據類型、報警閥值等相關參數進行設置；②能耗實時監測：對企業能源消耗（主要用電和用煤）進行實時監控，並將實時監測的信息上傳到數據服務器的實時數據庫中；③能源事件報警：根據用户設定的能源計劃、能效指標、設備效率報警閥值，對企業的異常能源事件和狀態及時發出報警，並將報警的時間和內容上傳到數據庫服務器的生產信息數據庫中。

（2）數據庫軟件設計

數據庫軟件選用SQL Server 2008，其具有簡單而豐富的API接口，簡便且易使用，此外還具有較強的可擴展性和較高的性價比，適合水泥企業要求降低能源管理系統建設成本的要求。

（3）能源管理軟件設計

能源管理軟件採用基於面向對象的VisualStudio。NET的系統開發環境，可以充分發揮開發平台的可視化設計開發工具箱、公共語言運行庫和龐大的公用代碼庫，快速構建Windows應用程序、Web應用程序、Web服務和其它各種類型的應用程序，縮短系統的開發時間和難度。能源管理軟件的核心功能包括：①能耗統計：主要分為能源消費統計和產品能耗統計兩個部分內容；②能效分析：以同比、環比、排名等方式，可實現對企業總體能耗、分項能耗、設備能耗進行分析，分析時段可提供日分析、周分析、月度分析、季度分析、年度分析以及任意指定時段內的數據分析。分析結果可以通過折線圖、柱狀圖、餅圖等多種表現方式予以展現。③用電負荷管理：主要分為企業用電負荷管理和負荷預測。主要根據大量用電負荷數據，對企業的負荷進行分類，通過用户電力負荷預測模型，預測短期或中長期負荷變化。④用能決策：根據耗能設備日、月、季、年用能的變化規律，結合能效指標和節能案例，系統診斷能源消耗、挖掘節能潛力並給出節能指導意見。

4結語

基於OPC技術構建的採集網絡，不僅可以滿足系統對於企業電能數據實時採集的需求，還可以方便構建與企業DCS系統以及水泥企業餘熱發電系統進行數據交換和共享的接口，從而為企業實現全局性能耗分析、用能優化控制提供了可能。採用基於。Net多層體系架構技術開發的水泥企業能源管理系統，為水泥企業提供了一個數字化的能源管理的信息化平台，可以實現對企業能耗數據管理、用能計劃管理、多維度能效分析、能效對標管理、能效診斷和評估的功能。該設計方案，在滿足水泥企業能源管理建設需求和建設目標的同時，可實現系統的快速建設，以及根據企業的能源管理需要，實現系統的良好擴展。