能源管理調(diào)度系統(tǒng)（MES）的研究與應(yīng)用

趙彪

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開(kāi)封東大化工有限公司，河南開(kāi)封 475003）

能源管理調(diào)度系統(tǒng)（MES）的研究與應(yīng)用

趙彪

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開(kāi)封東大化工有限公司，河南開(kāi)封 475003）

本文主要介紹依托中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開(kāi)封東大化工有限公司現(xiàn)有的20萬(wàn)t/a燒堿和其他附屬產(chǎn)品DCS控制系統(tǒng)，利用現(xiàn)代化通信、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)公司的水、電、煤、蒸汽、等能源介質(zhì)能源進(jìn)行集中控制和改造，以實(shí)現(xiàn)對(duì)公司內(nèi)部能源利用狀況、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況等進(jìn)行全方位、全過(guò)程的監(jiān)控，從而使能源系統(tǒng)和生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)高度統(tǒng)一和協(xié)調(diào)。

能源管理；MES系統(tǒng)；生產(chǎn)調(diào)度；DCS系統(tǒng)

開(kāi)封東大化工有限公司的原調(diào)度指揮管理系統(tǒng)大致由氯乙酸二分廠、老離子膜分廠、新離子膜分廠、一次鹽水、高濃堿、氯產(chǎn)品分廠合成爐工段、氯化亞砜分廠、35kV和10kV變電站共8套獨(dú)立DCS控制系統(tǒng)組成，分別以點(diǎn)、線的模式分布于整個(gè)公司的生產(chǎn)和消耗單位，點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與線之間信息反饋仍以電話聯(lián)系形式為主，導(dǎo)致信息獲取嚴(yán)重滯后，不能及時(shí)、全面地到達(dá)，調(diào)度人員只能憑借零散而又單一的能源、調(diào)度信息下達(dá)調(diào)度指令來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和能源調(diào)度，從而直接影響生產(chǎn)調(diào)度和能源調(diào)度水平，且不同程度地造成了大量資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。為了改變調(diào)度管理系統(tǒng)存在的諸多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)分析和論證，建議在原生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步改造，最終建立一套高效的，集中統(tǒng)一的，集數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、能源管理為一體的自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)各種儀器儀表、水電汽計(jì)量裝置、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)安全生產(chǎn)指標(biāo)和生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，以便能實(shí)時(shí)、快速、明了地掌握安全生產(chǎn)狀況，為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的自動(dòng)化控制和能源的自動(dòng)化管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)為企業(yè)的能源計(jì)量及成本核算工作提供便利。

1 系統(tǒng)配置

2013年6月28日，該項(xiàng)目計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相關(guān)硬件、軟件招投標(biāo)在開(kāi)封市招標(biāo)采購(gòu)服務(wù)有限公司的主持下開(kāi)標(biāo)，杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司中標(biāo)。

1.1 基礎(chǔ)硬件

基礎(chǔ)硬件主要包括機(jī)架式服務(wù)器、服務(wù)器導(dǎo)軌、嵌入式網(wǎng)關(guān)機(jī)、客戶端、大屏控制機(jī)、LED控制機(jī)、PC機(jī)操作系統(tǒng)、液晶顯示器、LCD-KVM、服務(wù)器柜、企業(yè)級(jí)硬件防火墻、三層網(wǎng)管型交換機(jī)、安全工業(yè)交換機(jī)、RJ45頭、超五類雙絞線、千兆以太網(wǎng)卡、電源插座、短信貓、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、博計(jì)報(bào)表工具、加密狗、光纖、光纖收發(fā)器、在線式UPS、管線施工輔料等。

1.2 調(diào)度大屏

主要包括拼接單元、26寸監(jiān)視器、VGA矩陣、視頻矩陣、線纜附件、大屏控制軟件、LED屏、顯示單元底座、電視墻、VGA分配器等。

1.3 軟件功能模塊部分

主要包括能源管理體系、能源的預(yù)測(cè)和能源計(jì)劃，能源的計(jì)量、平衡和優(yōu)化調(diào)度，能源報(bào)表和對(duì)標(biāo)管理，能源的審計(jì)、定額與績(jī)效考核，實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)軟件和圖形組態(tài)模塊，趨勢(shì)組態(tài)模塊和報(bào)警組態(tài)模塊、實(shí)時(shí)報(bào)表插件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件組件、WEB發(fā)布平臺(tái)等軟件功能模塊等。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

本項(xiàng)目的建設(shè)場(chǎng)址位于開(kāi)封東大化工廠區(qū)內(nèi)，結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行建設(shè)，將現(xiàn)有辦公樓其中的一層面積約800m2作為能源管理中心系統(tǒng)的管控中心，包括中心大廳、主控室、調(diào)度室、能源管理辦公室、機(jī)房、設(shè)備設(shè)放等。能源管理中心示范項(xiàng)目從2012年下半年至2014年初兩年時(shí)間內(nèi)邊生產(chǎn)、邊改造安裝，至2014年初項(xiàng)目整體竣工。

2.1 實(shí)時(shí)生產(chǎn)監(jiān)控功能

2.1.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。利用DCS采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和參數(shù)后，通過(guò)網(wǎng)關(guān)接口以UDP數(shù)據(jù)包的形式傳輸?shù)綄?shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器，再經(jīng)過(guò)前端工作站進(jìn)行解析后重新發(fā)送給各級(jí)管理者，同時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器會(huì)把接收到數(shù)據(jù)包放在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行定期存儲(chǔ)［1］。

2.1.2 模擬流程圖監(jiān)控。MES系統(tǒng)所提供的模擬流程監(jiān)控畫面主要包括生產(chǎn)流程圖畫面、生產(chǎn)裝置工藝流程圖畫面、生產(chǎn)單元工藝運(yùn)行畫面、重要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控畫面，監(jiān)控畫面的數(shù)據(jù)刷新頻率可以根據(jù)用戶要求進(jìn)行自定義。流程圖監(jiān)視界面還提供歷史追憶功能，可以在選定的流程圖中選擇追憶的時(shí)間段，該圖上的數(shù)據(jù)點(diǎn)（包括模擬量點(diǎn)和開(kāi)關(guān)量點(diǎn)）就會(huì)依照實(shí)時(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)還原選定時(shí)間段的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息。

2.1.3 實(shí)時(shí)歷史趨勢(shì)。MES提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)歷史曲線圖，可以全面觀察某一項(xiàng)數(shù)據(jù)或者多項(xiàng)數(shù)據(jù)在某段時(shí)間內(nèi)的點(diǎn)值變化曲線圖、報(bào)警狀態(tài)歷史列表圖等，并且可以實(shí)現(xiàn)在同一畫面和同一坐標(biāo)軸上同時(shí)顯示多條歷史曲線。

2.1.4 實(shí)時(shí)報(bào)警。MES系統(tǒng)所提供的報(bào)警類型多種多樣，主要有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)多重上下限報(bào)警、變化頻率報(bào)警和偏差報(bào)警等類型，提供的報(bào)警確認(rèn)方式主要有手工確認(rèn)及自動(dòng)確認(rèn)兩種方式。

2.1.5 實(shí)現(xiàn)WEB瀏覽功能

公司各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、能源管理中心和生產(chǎn)調(diào)度領(lǐng)導(dǎo)等管理人員可以登錄系統(tǒng)瀏覽相關(guān)數(shù)據(jù)和畫面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程瀏覽、查詢等功能。

2.2 能源體系管理

2.2.1 能源計(jì)劃管理。MES系統(tǒng)可以通過(guò)從DCS和 PLC中獲取的生產(chǎn)實(shí)績(jī)信息和能源供需實(shí)績(jī)信息，通過(guò)相關(guān)算法計(jì)算出各個(gè)能源介質(zhì)的單耗，還可以根據(jù)能源的歷史單耗信息和手動(dòng)輸入或者其他生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)所獲取的計(jì)劃產(chǎn)量及檢修計(jì)劃，制定出各個(gè)能源介質(zhì)的需求和供給計(jì)劃，給公司的節(jié)能管理提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)［2］。

2.2.2 能源計(jì)量與實(shí)績(jī)。MES系統(tǒng)根據(jù)從DCS系統(tǒng)中獲取的各個(gè)能源介質(zhì)的發(fā)生量、消耗量和回收量的實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)，通過(guò)用戶給定的計(jì)算公式生成各個(gè)能源介質(zhì)每日或月的發(fā)生量、消耗量和回收量的統(tǒng)計(jì)信息，并進(jìn)一步形成日?qǐng)?bào)表或月報(bào)表。

2.2.3 能源中心調(diào)度管理。能源中心調(diào)度管理包括能源分配和能源調(diào)度運(yùn)行管理。能源調(diào)度運(yùn)行管理主要對(duì)能源網(wǎng)絡(luò)實(shí)施監(jiān)控，對(duì)能源調(diào)度日志、運(yùn)行事故預(yù)案等進(jìn)行管理；能源分配主要在正常情況下或者在能源不足時(shí)，對(duì)能源進(jìn)行分配和協(xié)調(diào)。

2.2.4 能源分析預(yù)測(cè)與平衡。包括能源統(tǒng)計(jì)平衡與數(shù)據(jù)分析（BI-Business Intelligence）［3］。通過(guò)在服務(wù)器建立數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存放各類BI系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)參數(shù)，對(duì)各種源數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、整理和分析，存放在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中，并分析多維數(shù)據(jù)維度，建立多維數(shù)據(jù)集，然后展現(xiàn)給用戶，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.2.5 能源中心統(tǒng)計(jì)管理。系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)采集和人工輸入的數(shù)據(jù)來(lái)獲得各能源的原始數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)用戶的實(shí)際生產(chǎn)情況增加或減少操作；系統(tǒng)也可以通過(guò)設(shè)定的公式進(jìn)行運(yùn)算，得到每小時(shí)所消耗的能源量，并按區(qū)域、班組匯總統(tǒng)計(jì)，得到各區(qū)域、部門的消耗日?qǐng)?bào)；通過(guò)統(tǒng)計(jì)可得到各區(qū)域的消耗月報(bào)，電量消耗月報(bào)及曲線圖，水、電、汽、氣、風(fēng)等類似處理。

2.2.6 能源定額考核。能源定額考核是以能源統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，對(duì)與生產(chǎn)相關(guān)的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）進(jìn)行定義，并檢測(cè)這些指標(biāo)的實(shí)際值與期望值的差距，將這些差異直觀地展現(xiàn)給用戶，從而為各生產(chǎn)單位各項(xiàng)績(jī)效考核的分析和判定提供保障。

2.2.7 能源審計(jì)?？梢愿鶕?jù)用戶的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)能源管理水平、用能狀況排查和能源利用等方面所存在的漏洞和不足，進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力、尋找節(jié)能方向、降低能源消耗和生產(chǎn)成本，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］張悅宗.將MES系統(tǒng)運(yùn)用在催化劑生產(chǎn)裝置上［J］.自動(dòng)化博覽，2015（3）：80-81.

［2］姚遠(yuǎn)秀，孫兆山.和利時(shí)EMS在昊華駿化的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化博覽，2015（10）：42-46.

［3］張斌.能源管控在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)科技縱橫，2011（13）：255.

Research and Application of Energy Management System(MES)

Zhao Biao
（East China Shenma Group Kaifeng Dongda Chemical Co.,Ltd.，Kaifeng Henan 475003）

This paper mainly introduced the Pingdingshan Coal Group opened China relying on what East Chemical Co.existing 200 thousand tons of caustic soda and other ancillary products DCS control system,the use of modern communication,computer and automatic control technology of water and electricity,coal,steam,etc.can source medi?um for centralized control and energy transformation,to achieve the internal energy utilization,production situation and all-round monitoring of the whole process,so that the energy system and the production scheduling system is highly unified and coordinated.

energy management；MES system；production scheduling；DCS system

TP311.52

A

1003-5168（2017）08-0140-02

2017-07-02

趙彪（1986-），男，本科，助理工程師，研究方向：電氣自動(dòng)化。