1 系統整體設計

1.1.1 設計定位

能源管理中心的設計定位是：

1) 對公司范圍內能源系統的生產(chǎn)、分配和使用環(huán)節實(shí)行扁平化的監控、管理和系統優(yōu)化；

2) 對公共能源設施的現場(chǎng)動(dòng)力場(chǎng)所，主要包括各變配電所等現場(chǎng)自動(dòng)化裝置進(jìn)行必要的適應性改造，逐步實(shí)現以遠程監控為標志的一體化集中監控和調度管理；

3) 對動(dòng)力系統的異常和故障借助于綜合監控系統的信息進(jìn)行快速判斷和處置；對廠(chǎng)區污染物排放情況進(jìn)行監視、監測和管理。

4) 在能源管理中心的基礎上，實(shí)施“數出一處，量出一門(mén)“的集中管理模式，提高公司能源管理的效果，建立以客觀(guān)數據為依據的能源考核評價(jià)體系，推進(jìn)公司節能減排工作的開(kāi)展。

總體目標：實(shí)現一體化能源監控、調整和管理，達到當前國內先進(jìn)水平。

1.1.2 綜合監控范圍

? 能源公用工程

1) 監測的能源介質(zhì)主要有：電力、蒸汽。

2) 監測的介質(zhì)物理信號有：電壓、電流、功率、電量、壓力、流量、溫度、閥門(mén)的開(kāi)閉、調節閥的開(kāi)度、開(kāi)關(guān)信號、設備的運行狀態(tài)等。

? 能源計量

對各生產(chǎn)工藝單元的能源（電、汽（氣）、煤等）使用量（累計量）進(jìn)行采集，進(jìn)入EMS系統，這些數據是基礎能源管理的最基本數據。

? 主工藝生產(chǎn)線(xiàn)

對主要能耗設備、能源轉換設備的運轉狀態(tài)進(jìn)行監視；對重要故障信息進(jìn)行報警；對能源使用量做調整及優(yōu)化管理。

1.1.3 系統組成

能源管理中心基本架構如下頁(yè)圖所示。

系統采用高速工業(yè)以太網(wǎng)和千兆中央以太網(wǎng)的兩層結構，采用B/S模式。

中央以太網(wǎng)用于連接服務(wù)器、操作站、能源管理用計算機、工程師站、網(wǎng)絡(luò )打印機。

共有以下設備將通過(guò)UTP電纜直接掛在中央以太網(wǎng)上：

? 數據庫服務(wù)器

? 實(shí)時(shí)數據庫服務(wù)器

? Web服務(wù)器

? 應用服務(wù)器

? 工程師站

? 電力系統操作站

? 水/環(huán)保系統操作站

? 能源管理用計算機

? 網(wǎng)絡(luò )打印機

1.1.4 網(wǎng)絡(luò )架構

本系統總體上采用分層分布式體系結構，按照縱向分為主站管理層、網(wǎng)絡(luò )通訊層和現場(chǎng)測控層三大部分，如下圖所示：

主站管理層從網(wǎng)絡(luò )上可分為企業(yè)內網(wǎng)和公網(wǎng)兩部分，由若干服務(wù)器和終端計算機組成。內網(wǎng)服務(wù)器根據系統負載情況（包括接入點(diǎn)數量、采集頻率、Web訪(fǎng)問(wèn)量）擴展為兩臺實(shí)時(shí)監控服務(wù)器，兩臺數據庫服務(wù)器及多臺Web服務(wù)器，可實(shí)現監控服務(wù)和數據庫服務(wù)的雙機熱備和Web服務(wù)的負載均衡功能。Web終端用戶(hù)包括能源管理人員-使用該系統進(jìn)行能源的分析和管控；用能用戶(hù)-對自身的用能情況進(jìn)行查詢(xún)；企業(yè)管理人員-瀏覽相關(guān)報表，提供決策支持。公網(wǎng)服務(wù)器與內網(wǎng)Web服務(wù)器功能相同，對外網(wǎng)用戶(hù)提供相關(guān)數據的查詢(xún)和報表展示功能。

網(wǎng)絡(luò )通訊層以交換機、路由器、防火墻及相關(guān)網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路組成，根據企業(yè)場(chǎng)地的大小及對網(wǎng)絡(luò )通訊質(zhì)量的要求，主干通訊網(wǎng)絡(luò )可鋪設光纖。企業(yè)內網(wǎng)和公網(wǎng)之間可采用防火墻、路由或者網(wǎng)閘進(jìn)行隔離。

現場(chǎng)測控層主要由數據采集器、電能表、電力測控儀、電能質(zhì)量監測儀及各類(lèi)傳感器、繼電器組成。根據現場(chǎng)情況，各儀表及傳感裝置通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)，與數據采集器進(jìn)行數據的交互，然后數據采集器通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )實(shí)現與主站的數據傳輸功能。

1.1 數據接入

1.1.1 能源計量數據的采集

公司能源計量主要是將全廠(chǎng)的一級和二級及部分三級計量信號集中采集到能源管理中心中，在計量點(diǎn)相對集中的位置設置計量數據采集站(PLC系統)，以RS485接口，MODBUS等通訊協(xié)議采集計量數據，采集的數據由現場(chǎng)儀表進(jìn)行累計或者數據補正等，并通過(guò)通訊協(xié)議傳輸至計量數據采集站，由計量數據采集站通過(guò)以太網(wǎng)協(xié)議將數據送至EMS服務(wù)器中。

為了提高能源系統的管理水平，達到精細化管理的要求，需要對能源計量系統進(jìn)行改造，改造原則如下：

- 對不能上傳信號的二次儀表進(jìn)行改造；

- 對現有損壞的計量?jì)x表進(jìn)行更換；

- 對一二級計量信號缺少的進(jìn)行增加，對必要的氣體介質(zhì)信號進(jìn)行補正；

- 對機械式儀表進(jìn)行改造，改為具有上傳功能的儀表；

- 按照采集點(diǎn)相對集中的原則，在全廠(chǎng)布置EMS的采集子站，就近接入方式，用于采集全廠(chǎng)的EMS能源計量信號。

1.1.2 配電監控系統接入

1) 電力系統接入方案

? 電度表計量信號采集

在需采集電度表信號的變電站或配電站內增加電能采集器及交換機設備，對于已有電能采集器的站點(diǎn)，采用新的電能采集器替換原有采集器。電度表計量信號通過(guò)485方式接入新增的電能采集器，計量信號通過(guò)能源工業(yè)網(wǎng)上傳至能源中心。

? 有綜保、有后臺變電站的信號采集

對站內的遠動(dòng)機的軟、硬件需進(jìn)行升級。升級后該遠動(dòng)機將站內的綜保和電度表相關(guān)的信號進(jìn)行整合后，通過(guò)獨立的以太網(wǎng)接口接入到EMS就近的子站交換機上，并通過(guò)EMS環(huán)網(wǎng)上傳到能源管理中心。

? 有綜保、無(wú)后臺變電站的信號采集

對于部分有綜保但無(wú)后臺的系統，需進(jìn)行改造增加通訊管理機，通過(guò)通訊接口機對站內綜保系統進(jìn)行整合，再由遠動(dòng)機將數據上傳至能源管理中心。

2) 發(fā)電系統接入方案

發(fā)電機組運行狀態(tài)和重要故障信號可以通過(guò)增加通訊采集裝置從控制室DDC或PLC系統采集，或者安裝DDC系統OPC驅動(dòng)軟件與EMS系統以OPC方式通訊。

1.1.3 分散控制系統接入

EMS將配置OPC通訊服務(wù)以及增加通訊網(wǎng)關(guān)，將空調設備的狀態(tài)、能源介質(zhì)發(fā)生量和使用量等信號，通過(guò)OPC通訊方式接入能源管理中心進(jìn)行遠程監視。

? 空調控制系統接入

? 中水控制系統接入

? 鍋爐控制系統接入

? 空壓機控制系統接入

? 制冷控制系統接入

1.1.4 生產(chǎn)管理系統信號采集

能源管理中心與生產(chǎn)管理系統需進(jìn)行產(chǎn)量數據交換，通信協(xié)議為T(mén)CP/IP，服從信息化系統提供的統一通訊方案。

2 能源管控措施

2.1 辦公區空調改造方案

辦公區空調可采用余熱回收的方式包括蒸汽余熱回收和空壓機余熱回收的方式減少成本。

蒸汽余熱回收：

把硫化后的蒸汽、冷凝水回收，進(jìn)行循環(huán)供熱，節省成本。（需要知道回收水溫度是多少，水量是多少）

問(wèn)題：水質(zhì)不好

解決方案：以板換的方式，回收余熱，蓄水池采用一主一備方式建設

空壓機余熱回收：

原理：回收空壓機冷卻水，集中到蓄水池。通過(guò)板換回收余熱。

廠(chǎng)區中央空調控制

綜合管控廠(chǎng)區平均溫濕度，溫濕度傳感器多點(diǎn)平均分布，定點(diǎn)監測，保障溫濕度要求。

2.1.1 能源流向

系統以工序樹(shù)形結構的形式展示全公司電能流向圖，包括變電站的功率，各種工序的功率、能耗、電能參數，設備的工作狀態(tài)，是否過(guò)壓過(guò)在等信息。

2.1.2 空調監控

通過(guò)分區監控開(kāi)機臺數、溫度、濕度、能耗、是否熱水優(yōu)先、旁通閥狀態(tài)等數據監控空調運行狀態(tài)和節能狀態(tài)。

2.1.3 電力流向

系統以工序樹(shù)形結構的形式展示全公司電能流向圖，包括不同工作狀態(tài)下的工作項目，對各個(gè)區域分區監測，監測其瞬時(shí)流量、壓力、溫度、總用氣量等數據，進(jìn)行分析記錄。

2.1.4 硫化監控

監測設備瞬時(shí)流量、壓力、溫度來(lái)記錄其運行情況，通過(guò)檢測分區監控開(kāi)機臺數、產(chǎn)量、單耗、超標報警、用氣量、旁通閥狀態(tài)、熱水量來(lái)檢測運行狀態(tài)，當運行異常時(shí)及時(shí)報警。

圖4 1-4 硫化工藝報表示意圖

2.2 空壓機系統節能控制

2.2.1 空壓機集中控制+變頻調速

空壓機在工作中，由于負載的不穩定導致供氣管網(wǎng)壓力的波動(dòng)，進(jìn)而導致空壓機的頻繁加卸載。而空壓機卸載不產(chǎn)氣的同時(shí)會(huì )消耗滿(mǎn)載能耗的70%的能耗?？諌簷C節能控制系統利用智能算法，控制空壓機運行，使空壓機匹配負載、按需供氣。

控制系統功能主要有：

空壓機群管理

單臺變頻空壓機輔控

氣體流量計量管理

空壓機房設備維保管理

管道供氣節能管理

冷卻水循環(huán)監控

冷卻水閥門(mén)聯(lián)控

控制系統功能主要有：

? 空壓機群管理：實(shí)時(shí)檢測空壓機排氣壓力溫度、運行狀況，依據用氣情況合理控制空壓機運行數量，平衡空壓機運行時(shí)間。對空壓機運行異常進(jìn)行報警，并對空壓機運行情況進(jìn)行記錄、存儲。

? 單臺變頻空壓機輔控：通過(guò)變頻系統調節單臺空壓機運行，穩定壓縮空氣系統整體壓力。

? 氣體流量計量管理：實(shí)時(shí)監測壓縮空氣管網(wǎng)壓力、流量、露點(diǎn)，壓力異常時(shí)進(jìn)行報警。

? 空壓機房設備維保管理：空壓機房?jì)仍O備維護保養記錄管理，相關(guān)設備維護定時(shí)提醒。

? 管道供氣節能管理：安裝管道供氣節能管理單元，對氣體流量高精度控制，實(shí)時(shí)控制高壓氣體溢流量。

? 冷卻水循環(huán)監控：實(shí)時(shí)監測冷卻水壓力、溫度，根據冷卻水用量調整水泵運行冷卻水異常報警。

? 冷卻水閥門(mén)聯(lián)控：根據空壓機運行情況對冷卻水閥門(mén)進(jìn)行連鎖控制。

2.2.2 空壓系統余熱回收

2.3 板式換熱器余熱回收

板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過(guò)板片進(jìn)行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進(jìn)行熱交換的理想設備。它具有換熱效率高、熱損失小、結構緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、應用廣泛、使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數比管式換熱器高3-5倍，占地面積為管式換熱器的三分之一，熱回收率可高達90%以上。

2.4 制冷站節能控制

單控模式、手控模式、群控模式；

使原有的制冷系統一直運行在最佳工況；

對現有水泵增加變頻流量控制；

對現有冷卻水塔增加變頻控制；

冷凍水溫的設定根據冷量及機組運行進(jìn)行調節；

水泵控制總控系統內，根據總負荷進(jìn)行調解

4.4.1制冷站節能健康

中央空調節能控制系統對空調水系統采用自適應模糊優(yōu)化算法實(shí)現系統效率最佳控制。

3 系統功能簡(jiǎn)介

3.1 能耗監測

功能介紹：展示工控系統、PLC、廠(chǎng)區區域能耗、現場(chǎng)表計讀數等實(shí)時(shí)數據，5秒刷新。

3.1.1 工藝流程圖

功能介紹：作為工控系統的集中監控，展示現場(chǎng)各工控系統的監控畫(huà)面及參數。包括【空壓控制系統】【制冷控制系統】【空調控制系統】。

圖5-2-7 工藝流程圖

3.2 區域能耗分析

功能介紹：實(shí)現企業(yè)分類(lèi)、分區域、分班組、分生產(chǎn)類(lèi)型等方面的能耗對比分析、變化趨勢分析，以及能耗數據的指標分析等功能。

3.2.1 區域能耗綜合查詢(xún)

功能介紹：滿(mǎn)足用戶(hù)對企業(yè)各區域能耗的歷史數據進(jìn)行多角度查詢(xún)的需要，允許用戶(hù)自行定制查詢(xún)條件（包括自定義區域、自定義能耗類(lèi)型、自定義時(shí)間頻率、自定義數據類(lèi)型等），并支持自定義查詢(xún)方案的編輯，手動(dòng)錄入和自動(dòng)計算的數據都在查詢(xún)的范圍之內。

圖5-5-1 區域能耗綜合查詢(xún)界面

3.2.2 區域能耗分析

功能介紹：主要展示廠(chǎng)區內所有區域的能耗量以及能耗排名、能耗占比，使管理人員了解全廠(chǎng)的重點(diǎn)用能區域。

圖5-5-4 區域能耗分析– 排名及比例分析

從界面中我們可以看到，顯示對某企業(yè)下的各區域在某數據類(lèi)型的某能耗分類(lèi)分項屬性值進(jìn)行對比分析，包含各區域的排名、占比以及數據。

圖5-5-5 區域能耗分析– 趨勢曲線(xiàn)

3.2.3 班組能耗分析

功能介紹：此功能主要是對工業(yè)企業(yè)中具有輪班制的車(chē)間進(jìn)行不同班組時(shí)段的能耗情況進(jìn)行對比分析，同時(shí)可對比生產(chǎn)管理部制定的排產(chǎn)計劃，分析班組能耗是否正常。

圖5-5-7 班組能耗分析

從界面中我們可以看到，界面中的內容包含：班組用能排名、班組用能占比、班組用能數據列表。

3.3 能源優(yōu)化診斷

用能診斷

從車(chē)間區域/設備能耗量值的角度進(jìn)行診斷，包含用能區域/設備能耗各時(shí)段數據、能耗限值、當日能耗總量，月平均日能耗總量、本日能耗突增量、突增原因、及問(wèn)題屬性等。

從用能損耗的角度進(jìn)行診斷，幫助管理人員及時(shí)發(fā)現滴冒跑漏、能耗浪費問(wèn)題，并給出管理建議等。

3.4 產(chǎn)品用能分析

功能介紹：此功能是對產(chǎn)品相關(guān)數據進(jìn)行統計分析，包括【產(chǎn)品能耗綜合查詢(xún)】【產(chǎn)品分類(lèi)能耗分析】【單位產(chǎn)品能耗分析】【分類(lèi)能耗產(chǎn)品對比】【產(chǎn)品指標分析】等功能。

3.4.1 產(chǎn)品能耗綜合查詢(xún)

功能介紹：滿(mǎn)足用戶(hù)對企業(yè)各產(chǎn)品產(chǎn)量、能耗的歷史數據進(jìn)行多角度查詢(xún)的需要，允許用戶(hù)自行定制查詢(xún)條件（包括自定義區域、自定義產(chǎn)品、自定義能耗類(lèi)型、自定義時(shí)間頻率、自定義數據類(lèi)型等），并支持自定義查詢(xún)方案的編輯，手動(dòng)錄入和自動(dòng)計算的數據都在查詢(xún)的范圍之內。

圖5-6-1 產(chǎn)品能耗綜合查詢(xún)

3.5 設備用能分析

3.5.1 設備能耗綜合查詢(xún)

功能介紹：此功能主要滿(mǎn)足用戶(hù)對設備的歷史能耗進(jìn)行多角度查詢(xún)的需要，允許用戶(hù)自行定制查詢(xún)條件，并支持自定義查詢(xún)方案的編輯，手動(dòng)錄入和自動(dòng)計算的數據都在查詢(xún)的范圍之內。

圖5-7-1 設備能耗綜合查詢(xún)

3.5.2 設備能耗分析

展示所選設備某一能耗分類(lèi)的本期值和同期值的能耗對比及趨勢曲線(xiàn)。

圖5-7-3 設備能耗分析– 能耗對比

從界面中我們可以看到，所選設備的某一能耗分類(lèi)本期值和同期值進(jìn)行比對分析，包含內容：各設備能耗排名柱圖、各設備能耗占比餅圖、各設備能耗數據列表。

圖5-7-4 設備能耗分析– 趨勢曲線(xiàn)

從界面中我們可以看到，此界面以折線(xiàn)圖和數據列表的形式向用戶(hù)展示所選設備的某一能耗分類(lèi)本期值和同期值的對比分析。

3.6 能源指標定額考核、報表分析

3.6.1 能源指標考核

能源定額考核：

用戶(hù)可導入或者手動(dòng)輸入部門(mén)/班組各分類(lèi)能耗定額，系統可根據實(shí)際能耗使用量，進(jìn)行計劃值與實(shí)際值的對比。

能效對標分析：

對區域及設備能耗指標進(jìn)行多角度比對分析，與國家標準、省市級標準、行業(yè)標準進(jìn)行對比、限額和節能量目標對比。當對標出現差異時(shí)，可幫助管理人員可迅速分析判斷能耗變化趨勢，便于管理人員挖掘節能潛力。

3.6.2 報表分析

綜合能耗報表

系統提供報表自定義工具，用戶(hù)可根據管理的需求自定義報表內容、格式、生成周期、導出/發(fā)送規則。報表內容包括所有區域能耗、設備能耗數據，以及能源消費機構等?？筛鶠楣芾頉Q策和能源審計提供數據支撐。

系統定期生成企業(yè)主要用能設備的基本信息及運行狀況報表，加強對能源計量器具的跟蹤檢測和管理。

圖5-9-1 報表查看

4 系統功能—手機APP的應用

功能介紹：移動(dòng)端手機APP應用

平臺支持移動(dòng)端查看企業(yè)的實(shí)時(shí)能耗數據，便于管理人員隨時(shí)隨地的對能源消耗進(jìn)行管理。

用戶(hù)在手機頁(yè)面查看關(guān)心的每個(gè)區域的用能數據簡(jiǎn)報，  系統默認根據不同用戶(hù)的角色，提供不同的區域以及簡(jiǎn)報內容。

在系統內的遙測越限、項目?jì)仍O備異常、系統故障狀態(tài)、指標越限發(fā)生異常情況時(shí)，會(huì )在A(yíng)PP中進(jìn)行即時(shí)的報警消息推送，用戶(hù)可以登錄APP進(jìn)行即時(shí)查看其異常消息，及時(shí)知道異常情況。