基于FT_Vantagepoint_EMI和Xcelsius的能效分析系統(tǒng)研究應(yīng)用

李瑞芳

(金川鎳鈷研究設(shè)計(jì)院，甘肅 金昌 737100)

能源管控中心項(xiàng)目是一個(gè)集過程監(jiān)控、能源調(diào)度、能源管理為一體的管控一體化項(xiàng)目，能源管理應(yīng)用軟件開發(fā)是項(xiàng)目建設(shè)的核心內(nèi)容之一，主要包括基礎(chǔ)能源管理系統(tǒng)、SCADA生產(chǎn)能源監(jiān)視系統(tǒng)和能效分析系統(tǒng)。

能效分析系統(tǒng)旨在對(duì)重點(diǎn)耗能單位每一個(gè)管控單元中能源流向分析、主要能耗關(guān)鍵指標(biāo)和影響關(guān)鍵指標(biāo)的能源管控因子的在線監(jiān)測(cè)與分析，制定保證能源管控關(guān)鍵指標(biāo)、對(duì)管控因子進(jìn)行控制的管控策略，為判斷該管控單元是否實(shí)現(xiàn)能源的合理使用提供評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為生產(chǎn)調(diào)度實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)度提供指導(dǎo)方法，實(shí)現(xiàn)全過程精細(xì)化管理，最終達(dá)到提高能效、實(shí)現(xiàn)節(jié)能之目的。

1 能效分析系統(tǒng)功能需求

通過對(duì)能源管控模塊的綜合分析及提煉，能效分析系統(tǒng)的主要功能包括：

（1）能源管控單元設(shè)置

根據(jù)精細(xì)化管理要求及能效管控運(yùn)行情況，按需靈活增減管控單元。

（2）能源流向分析

能源流向分析是根據(jù)管控單元繪制不同能介的能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，對(duì)能源介質(zhì)在系統(tǒng)中實(shí)際流動(dòng)過程進(jìn)行描繪，反映能源流向和數(shù)量，描述能源系統(tǒng)的基本平衡關(guān)系。

（3）能源消耗趨勢(shì)和能源平衡

以趨勢(shì)圖的形式直觀反映各能源介質(zhì)消耗情況。

（4）單元能效監(jiān)視分析

對(duì)每一個(gè)管控單元中設(shè)置的各能源關(guān)鍵指標(biāo)的能耗值、影響各關(guān)鍵指標(biāo)的主要管控因子等可以量化的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)視，針對(duì)可控的管控因子提出相應(yīng)的管控方法和策略。

（5）異常能效報(bào)警

各能源介質(zhì)實(shí)際能耗值與標(biāo)桿值進(jìn)行比對(duì)，能源輸入輸出量進(jìn)行比對(duì)，按紅黃綠三區(qū)管理方法，在能流圖、能效監(jiān)視畫面上進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警顯示。

（6）數(shù)據(jù)錄入：對(duì)不能進(jìn)行自動(dòng)采集上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行手工錄入。

2 運(yùn)行環(huán)境及開發(fā)平臺(tái)

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

能效分析系統(tǒng)采用C/S和B/S架構(gòu)模式，服務(wù)器和客戶端采用不同的運(yùn)行環(huán)境。

服務(wù)器：Windows Server2008 R2 Enterprise客戶端：Windows XP/Windows7

2.2 軟件開發(fā)平臺(tái)及工具

（1）FactoryTalk Vantagepoint

FactoryTalk Vantagepoint是ROCKWELL公 司EMI企業(yè)制造智能平臺(tái)，在EMI平臺(tái)軟件上主要進(jìn)行生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)及趨勢(shì)等功能性開發(fā)，同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)上發(fā)布。FactoryTalk Vantagepoint安裝在服務(wù)器上。

（2）Xcelsius 2008

Xcelsius 2008（水晶易表）是一種數(shù)據(jù)可視化軟件，用來創(chuàng)建動(dòng)態(tài)交互式模型，并將這些模型添加到儀表盤或?qū)С鰹閟wf、pdf、ppt、word等格式的文件以進(jìn)行發(fā)送。Xcelsius 2008內(nèi)嵌一個(gè)Excel電子表格，可對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行適應(yīng)性處理。Xcelsius 2008一般安裝在客戶端開發(fā)計(jì)算機(jī)上。

（3）支撐平臺(tái)

Historian歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)及EMS3.0系統(tǒng)平臺(tái)。

3 系統(tǒng)分析及應(yīng)用開發(fā)

以某公司銅冶煉和鎳冶煉廠為試點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性改造及能源管控需求，兩個(gè)試點(diǎn)單位共劃分40多個(gè)能源管控單元，能效分析系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及開發(fā)實(shí)施全部以能源管控單元為基本粒度。

能效分析系統(tǒng)的能源流向分析、單元能效監(jiān)視、異常能效報(bào)警等功能設(shè)計(jì)在Xcelsius 2008開發(fā)工具下進(jìn)行；能源消耗趨勢(shì)以FactoryTalk Vantagepoint平臺(tái)中Trend客戶端為開發(fā)工具。

3.1 能效分析系統(tǒng)模型視圖設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)源獲取

模型視圖用于VantagePoint用戶在其門戶報(bào)告(Reports)菜單中方便地進(jìn)行關(guān)聯(lián)訪問。利用VantagePoint Manager客戶端工具可根據(jù)需求自行創(chuàng)建模型視圖和獲取不同接口的數(shù)據(jù)源，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)源主要來自Historian歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。圖1為能效分析系統(tǒng)模型視圖。

圖1 能效分析系統(tǒng)模型視圖

3.2 基于Xcelsius 2008的能效分析系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)

（1）可視化模型設(shè)計(jì)

主要包括嵌入電子表格首選項(xiàng)設(shè)置、畫布及可視化部件設(shè)計(jì)。在“首選項(xiàng)”的Excel選項(xiàng)中，啟用Live office的兼容性，允許用戶在Xcelsius中將Live Office數(shù)據(jù)連接添加到模型。根據(jù)項(xiàng)目開發(fā)客戶端顯示器的分辨率及監(jiān)視畫面整體規(guī)劃，本項(xiàng)目畫布自定義為1920＊1080，在模型部件選擇上，以選項(xiàng)卡集為畫布容器，以列表框作為時(shí)間選擇器來兼顧以管控單元為單位的各功能展現(xiàn)。在單元能源流向圖中，以不同能介的輸入、消耗分配及消耗結(jié)構(gòu)圖等進(jìn)行直觀顯現(xiàn)；在單元能介消耗圖中，主要展現(xiàn)不同能源介質(zhì)的消耗情況，同時(shí)以柱狀圖、折線圖相組合的形式直觀表現(xiàn)生產(chǎn)情況及相關(guān)能介的能耗情況。可視化模型設(shè)計(jì)如圖2～圖4所示。

圖2 管控單元能源流向圖

圖3 管控單元電耗監(jiān)視圖

圖4 單元能效監(jiān)視分析

（2）外部數(shù)據(jù)源獲取

在Xcelsius 2008中，將可視化模型連接到外部數(shù)據(jù)源，運(yùn)行模型時(shí)，將基于外部數(shù)據(jù)源更新數(shù)據(jù)。在內(nèi)嵌Excel的VantagePoint菜單下，點(diǎn)擊Insert按鈕，可選擇性地獲取VantagePoint模型中的各種數(shù)據(jù)源，并對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算，外部數(shù)據(jù)源獲取界面如圖5所示。

圖5 外部數(shù)據(jù)源獲取界面

（3）鏈接部件和數(shù)據(jù)

可視化模型設(shè)計(jì)完成后，需要將各部件鏈接或綁定到嵌入電子表格中的特定單元格，使部件數(shù)據(jù)與單元格數(shù)據(jù)同步更新。

（4）管理數(shù)據(jù)連接

數(shù)據(jù)管理器用于集中管理和配置模型中的所有連通性選項(xiàng)，包括Flash變量和XML映射。打開模型時(shí)，數(shù)據(jù)管理器將檢測(cè)所有現(xiàn)有的連接類型。如果要基于外部源中的數(shù)據(jù)來更新模型中的數(shù)據(jù)，則需使用數(shù)據(jù)管理器添加外部數(shù)據(jù)連接，同時(shí)對(duì)添加的每一個(gè)XML映射進(jìn)行數(shù)據(jù)URL定義和刷新選項(xiàng)設(shè)置。

將可視化模型導(dǎo)出為HTML格式，則需添加一個(gè)Flash變量連接，以便在模型加載時(shí)將值傳遞到其中。配置Flash變量連接時(shí)，需要指定名稱并定義數(shù)據(jù)所在電子表格中的存儲(chǔ)位置。

（6）模型導(dǎo)出與發(fā)布

Xcelsius 2008生成的模型以Adobe Flash技術(shù)為基礎(chǔ)，并受其安全保護(hù)規(guī)則制約。＊.xlf模型完成后，將其導(dǎo)出為Flash（SWF）格式的文件,在VantagePoint菜單下，點(diǎn)擊Publish按鈕，選擇欲發(fā)布的Flash文件和XLF文件在預(yù)先創(chuàng)建的能效分析系統(tǒng)模型視圖中相應(yīng)位置進(jìn)行發(fā)布后，用戶通過訪問VantagePoint門戶網(wǎng)站（http∶//172.20.1.30∶8001/nxgk.html）即可查看其可視化模型。

3.3 能源消耗趨勢(shì)設(shè)計(jì)

各種能源的消耗量、關(guān)鍵指標(biāo)和影響關(guān)鍵指標(biāo)的管控因子設(shè)置歷史趨勢(shì)，以進(jìn)行所需時(shí)間段的數(shù)據(jù)查詢。以VantagePoint Trend客戶端為開發(fā)工具進(jìn)行歷史趨勢(shì)設(shè)計(jì)，如圖6所示。

圖6 能源消耗趨勢(shì)圖

3.4 數(shù)據(jù)錄入

對(duì)不能進(jìn)行自動(dòng)采集上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行手工錄入。數(shù)據(jù)錄入設(shè)計(jì)整體融合在基礎(chǔ)能源管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)錄入界面如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)錄入界面

4 結(jié)語

能源管控能效分析系統(tǒng)屬首次開發(fā)應(yīng)用，由于利用VantagePoint和Xcelsius進(jìn)行應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)開發(fā)在國(guó)內(nèi)用戶還較少，因此本文旨在提供一種對(duì)PCS大數(shù)據(jù)集成共享、綜合分析、數(shù)據(jù)處理及可視化應(yīng)用的方法，為公司后期MES綜合信息化系統(tǒng)建設(shè)提供良好的技術(shù)基礎(chǔ)。