能源管理系统(EMS)方案.docx

Contents
1 系统方案概述 2
1.1 数采终端（能源子站） 3
1.2 数据监控系统（能源实时监控子系统） 4
1.2.1 能源实时监控服务器 4
1.2.2 能源实时监控客户机 5
1.3 数据管理与发布(能源管理和能源监控系统) 5
1.3.1 能源管理分析服务器 6
1.3.2 能源管理系统客户机 7
2 系统功能概述 8
2.1 概述 8
2.2 方案总体说明 8
2.3 系统功能 9
2.3.1 能源数据采集 9
2.3.2 能源监控系统动态监视 9
2.3.3 能源档案系统 11
2.3.4 成本分析与分配系统 13
2.3.5 能耗标准设定 16
2.3.6 自定义能源报表 17
2.3.7 其他能源分析手段 21

1 系统方案概述
改能源管理系统方案是以罗克韦尔自动化的核心软件产品实时监控软件FTView SE、能源管理平台软件RSEnergyMetrix、以及开放性关系型数据库MSSQL为基础,并融合了现场通信技术、数据库技术、Web技术、SCADA/HMI技术、C/S及B/S技术等的一体化的数据采集监控系统方案。
能源管理系统实时监控与信息管理系统的总目标是建立一个全局性的能源管理系统，构成覆盖能源信息采集及能源信息管理两个功能层次的计算机网络系统，实现对电能、天然气、压缩空气、采暖水、循环水和自来水等能源介质的自动监测，进而完成能源的优化调度和管理，实现安全、优良供能、提高工作效率、降低能耗,从而达到降低产品成本的目的。系统包括3大部分内容：能源数据采集，能源数据实时监控和能源数据分析发布管理。其主要功能是实现对所有与能源有关的数据采集，并在能源管理部门范围内实现数据的发布,并可以为企业管理级的MES、ERP系统提供用能信息。
整个能源管理系统是以稳定可靠的工控PLC和上位管理服务器为核心并采用流行的、可靠的计算机网络构成的集中式数据采集监控分析管理系统.全厂设置一个集中能源监控中心。全厂能源调度监控中心通过网络从各能源子站中获取能源数据,实现全厂的能源数据集中监控和管理。并实现能源数据的集中管理和归档，并通过网络实现在能源管理部门范围内的数据发布；全厂能源管理中心和各能源子站通过工厂已有网络结合在一起构成一个完整的系统.
能源管理数采终端采用工业级控制设备PLC作为核心处理运算单元，各个能源子站都具备运算存储能力。能源管理数采终端集成以太网接口，通过光纤以太网与能源管理服务器系统实现通讯，网络构架简单明了，系统安全可靠。
系统数据流
系统数据流如上图，在软件应用层次,系统以国际通用的OPC标准为软硬件标准。OPC标准是针对工业应用场合推出的软硬件通信标准，通用OPC标准可以实现工厂系统信息的互通互连，避免“信息孤岛”问题。目前，绝大部分工业软件硬件供应商都支持这种标准。
总的来说，可以把系统分为三大部分：数采终端(能源子站）,数据监控系统（能源实时监控子系统),数据管理与发布（能源管理分析子系统)。
1.1 数采终端（能源子站）
本系统内的现场信息采集和控制涉及多种能源介质,在能源管理系统应用中，罗克韦尔自动化的PLC因为其高可靠性与扩展性，已经在能源管理系统中获得了广泛的应用：
l 平均无故障时间（MTBF）达到20,0000小时以上
l 可靠性达到99.98％以上
l 通过工业现场标准认证如：UL、CSA（1类，2区，A、B、C、D组)、CE等。
l 对应协议采用专有通讯协议模块，通讯协议底层由硬件完成，由主程序调用。
l 采用简单易懂的工控通用命令，方便工厂工程师进行维护
l 电气信号接口带光耦隔离。抗现场电磁干扰的能力
l 控制器本地数据存储功能，网络中断时数据本地存储，保证数据的完整性
l 模块可扩展，可以随着能源系统的完善，扩充进行扩展，保护用户已有投资
1.2 数据监控系统（能源实时监控子系统）
能源实时监控子系统主要完成能源数据实时动态监控、趋势图显示和故障异常报警等几大块功能，各能源子站的现场工艺数据首先通过传感器、智能仪表接入能源子站,同时，利用以太网,能源实时监控子系统实时采集能源数据，以友好直观的界面表示能源设备和能源网络的运行状态，帮助用户及时、准确了解能源系统的运行状态,及时发现、解决问题。
能源管理系统主要功能如下：
l 数据采集和处理；
l 能源工艺参数和设备的动态显示；
l 报警显示和管理;
l 趋势显示；
l 历史数据的管理、存贮；
l 能源统计报表的生成和打印
l 权限的确定
1.2.1 能源实时监控服务器
能源实时监控服务器是上位监控软件FTView SE服务器端的运行平台,负责处理、存储、管理从现场能源子站传送来的实时数据。作为网络上的实时I/O 服务器，同时又是控制网络中的报警服务器、趋势服务器,能源实时信息服务器是能源管理系统的数据实时处理中心，它将担负整个能源管理系统的实时数据的存储和处理，因此具有十分重要的地位。
系统基于先进的服务器/客户端结构，只需要在服务器端做一次部署,客户端通过工厂网络可以使用实时监控功能.客户端不需要重新部署.方便系统的更新维护。
能源实时信息服务器采用Windows操作系统,安装运行工控级监控软件FTView SE Server，可靠，稳定。
1.2.2 能源实时监控客户机
能源实时监控计算机是能源实时监控信息服务器的客户端.通过该客户端可以实现的功能：
· 能源计量系统结构图
· 显示全厂能源系统总揽图（各个仪表采集的各车间各能耗功率，负荷)
· 动态显示各表读数（电,水,压缩空气，天然气，热水）
· 各表具辅助参数显示（电压，电流，功率，流量,温度，压力等）
· 能源计量系统事件记录，报警管理（表，终端，服务器故障)
· 任意数据趋势显示,跟踪记录
1.3 数据管理与发布（能源管理和能源监控系统)
能源管理分析子系统主要完成能源数据采集、存储、分析和数据发布几大块功能，各能源子站的现场工艺数据首先通过传感器、智能仪表接入能源子站,同时，利用以太网，RSEnergymetrix软件对能源数据进行采集，并存储进MSSQL标准数据库中，RSEnergymetrix提供各种能源数据分析管理工具，用户通过RSEnergymetrix的IE界面接口就可以实现对能源系统管理、分析和数据分享.
能源管理系统主要功能如下:
l 数据采集和处理;
l 报警显示和管理；
l 趋势显示；
l 历史数据的管理、存贮;
l 能源统计报表的生成和打印；
l 权限的确定;
l 用能信息的Web发布；
l 实现与其它能源管理系统、MES或ERP系统连接和数据交换；
1.3.1 能源管理分析服务器
能源管理分析服务器是能源管理专用软件RSEnergyMetrix服务器端的运行平台，是整个能源管理系统的历史数据的存储中心，也是数据库管理软件的运行平台。RSEnergymetrix是罗克韦尔专门面向制造型企业推出的一套能源管理系统套件：
l 图形化,对象化开发：RSEnergymetrix内置能源消耗单位、设备、仪表（水、气、电、汽表）等对象，只需要通过简单的添加、复制等按钮就可以进行开发或者系统的扩展.无需复杂编程,保证系统的易使用,易扩展性和可用性
l 支持二次开发，在提供标准对象的基础上,通过“输入窗口”提供二次开放接口（不是底层程序修改，或重写)，通过输入简单的表达式,就可以实现高级应用，如采用仪表数据进行设备的效率分析
l 内置国际能源统计分析高级算法:回归分析等
l 支持中、英文,已有项目证明中文的兼容性
l 支持大范围的应用，在Kraft等工厂已有成功案例(用到全美39个厂，一期7个厂,分布全美，通过公司广域网络进行连接)
能源管理分析服务器主要任务是通过RSEnergyMetrix服务器完成系统中历史数据的存储、管理，并向网络中的工作站和上层信息管理系统提供数据发布.即在工厂网络内的任何一台计算机通过一定权限的赋予都可作为能源管理分析的浏览器，而且浏览的界面是我们常用的IE浏览器,无需另外安装其他软件。能源管理分析服务器完成以下功能：
l 定时归档各能源表具相关读数（小时，天,周)
l 配置管理（将表具划入区域及设置分摊原则，能源单价设置，费用计算方法设置，权限设置,配置更改记录）
l 生产能源消耗报表（按部门，表具,工作组等)
l 精确成本分析与分摊
l 数据导入，导出，修改接口
l 通过内部网向公司发布，实现客户端使用浏览器进行浏览
系统基于服务器/浏览器结构,用户通过IE就可以编辑，修改和使用能源分析系统。
能源管理分析服务器采用Windows 服务器操作系统，安装运行罗克韦尔自动化公司的能源管理专用软件RSEnergyMetrix,和数据库平台MSSQL.
1.3.2 能源管理系统客户机
能源管理分析客户机是能源管理分析服务器的客户端。可以是能源管理部门内挂在以太网上的任意一台计算机.操作人员打开IE浏览器，连接到能源管理分析服务器即可浏览所有历史上的能源信息及分析结果，还可以浏览生成的能耗报表。同时提供界面为用户实现手动数据录入功能.由于不要求安装任何其它软件,所以在本方案系统设备清单上没有配置此浏览器。
2 系统功能概述
2.1 概述
能源系统为您提供给你满足您公司需要的交钥匙能源工程系统。能源管理系统是在基于罗克韦尔自动化公司30年的工程系统的经验之上发展出来的，并可以提供给您标准能源产品，使您的系统很容易安装和维护。能源管理系统以全厂能耗为对象,实现能耗计量实时化,问题处理实时化.并在一定历史数据的积累下，为进一步能源数据的挖掘提供基础。
我们提供适用于简单系统与复杂系统的综合能源管理的解决方案。通过用户化的软件，您可以采用易于理解的方式快速得到您需要的能量数据.从图形到数据库，综合能源管理解决方案提供了对能源使用的可视化与跟踪.
数据的充分利用能给企业带来无穷的动力，为企业的管理和功能决策提供依据。无效的数据的堆集只会对企业的资源带来浪费，有效地利用数据意味着把数据放到你的指尖上。我们意识到将数据传送到在工厂中需要的地方是与测量是一样重要的。能源管理解决方案的实力就是把所有的能耗信息集成起来.我们的应用主要集中在通过以下的方式来节约你的成本： 使你重新评估你的费用；防止昂贵的能源质量问题；意识并纠正能源问题；控制需求量以避免不利的结果。
2.2 方案总体说明
能源管理系统方案是以罗克韦尔自动化的能源管理平台软件RSEnergyMetrix， FTView SE为基础，并融合了现场总线技术、数据库技术、Web技术、SCADA/HMI技术、B/S技术等的一体化的数据采集监控系统方案.
能源管理系统实时信息采集管理系统的目标是建立数据通讯网络，实现对能耗信息的自动监测,进而完成能源的管理.实现安全、优良供能、提高工作效率、降低能耗，从而达到降低产品成本的目的.其中包括数据采集，数据发布,和数据分析管理.其主要功能是实现所有能耗数据的采集，并在企业范围内实现数据的发布。
整个能源管理系统采用可靠的硬件平台辅以成熟的软件平台，构成的集中式数据采集监控分析管理系统。并实现能耗数据的集中管理和归档,并通过网络实现在企业内部范围内的数据发布.
2.3 系统功能
2.3.1 能源数据采集
采用PLC为核心实现能源管理系统是目前能源管理系统发展的大方向。基于罗克韦尔自动化丰富的能源管理系统的工程经验及能力，通过“浮动”地址技术，将来现场仪表的数量增减,仪表类型的调整，都可以在能源实时监控子系统上完成。无需工程师到现场对PLC梯形图程序进行调整，进一步提高的系统的可靠性和易维护性。
子站通过PLC通讯模块实现与现场串行总线(Modbus RTU，DL/T规约等RS485规约)上智能仪表的通讯，能源数据从仪表到达管理系统的软件平台,需要经过3个环节。
1、 PLC通讯模块和智能设备之间的请求和应答，一个总线上的所有仪表轮巡时间
2、 通讯模块和PLC CPU之间的数据通讯
3、 PLC CPU和能源管理软件之间以太网通讯
其中，PLC CPU和通讯模块之间的通讯是通过机架内总线实现,带宽为百兆级别，罗克韦尔自动化的PLC CPU都支持百兆以太网通讯，应此第2、3个因素的时间都是毫秒级别，可以忽略不计。要知道数据采样延迟,需要对第1个因素进行详细研究.
2.3.2 能源监控系统动态监视
能源监控系统的动态显示对能源（水、电、油)进行实时监控,并提供从概貌到具体的动态图形显示。
通过本系统能源子站，采集分布在工厂各个位置的能源信息，这些信息在能源子站PLC进行处理（滤波，标定）。实时监控系统服务器通过工厂以太网络通过预设周期采集各个能源子站中的电，水，汽等能源数据.也可以通过本系统对设备进行远程控制。
通过本系统，可以对能源系统拓扑图，能源信息点状态，设备网络状态,报警信息和趋势等进行动态显示.
某一个实时系统单线图界面示例如下：

图7－2 监控系统能源网络图例
通过实时监控系统,可以帮助用户实现：
－能源分配网络系统图监控
－有助于快速了解现场运行参数
－跟踪记录个别参数运行情况
图7－3 监控系统报警界面图例
实时监控系统是基于服务器/客户端结构,可以根据用户数的增长进行扩展,而不用对系统的程序进行调整。现阶段，客户端布置在公用站房和变电所。
实时监视系统显示信息为现场仪表回传数据,对于变电所变压器监视，通过采集温度保护器及智能开关信号(这些电表包括在能源计量管理系统中）。
实时监视供配电系统的运行状态数据；即智能开关，保护仪表通过总线回传数据
1. 根据用户的需求对异常状态和数据及时发出报警；对回传数据报警信息，越界进行报警
2. 保存历史运行数据和曲线；
3. 保存历史报警事件的发生时间和内容；
2.3.3 能源档案系统
本方案除了系统的实时监控功能，更为重要的是能源信息的管理分析子系统.能源管理控制中心设有历史数据库，实时采集能源系统信息,定期存入能源耗用量及各种设备异常状态的实时数据以产生生产调度报表和事件记录报表。其功能如下列章节所述。
1．二次开发，可扩张性
系统是一个基于WEB的成熟平台，提供方便的二次开发平台接口，内置对象模型，无需额外编程，只需要通过简单的“添加”，“编辑”等按钮，就可以设置计量仪表通讯方式，所属设备信息、部门信息、采集频率等等。
图7－4 能源管理系统友好的开放界面
2．能源档案
计量仪表设备在系统里配置完成后,系统将会从计量仪表中采集能源介质信息和其它相关能源动力信息。系统把这些数据存入ODBC兼容的开发数据库。建立能源设备负荷档案。系统提供标准报表工具和分析工具,用户也可以根据需要自定义分析参数对象，方便地显示和分析计量设备的能源负荷档案。
下面的报告用于支持能源档案系统：
· 日，周，月，年的能源档案
· 日，周，月,年的表格式报告
· 可选的时间/日期档案
· 可选的时间/日期表格式报告
图7－5能源档案月历及其展开图例
2.3.4 成本分析与分配系统
如前面所述,系统采集能源信息并存入ODBC兼容的数据库构成能源档案， 每个采样点能源数据会被分配到一个或多个费用中心。RSEnergyMetrix软件会被设定为可产生预设报告。此报告可允许用户按照费用中心分配能源成本,生产能源验证帐单，分析能源帐单,并比较在不同收费单价架构下的费用。RSEnergyMetrix允许用户进入尽可能多的现存或假定的收费单价架构.
图7－6 能源费率输入界面图例
图7－7 能源费用分摊报表
· 精确地按部门及生产分厂等分摊能源费用，自动产生各部门与各分厂帐单及使用报表;
· 增强能源使用的觉悟性，为创造节约能源的激励机制提供依据；
· 鉴别各部门及分厂的能源费用及其对效益的影响；
· 提供能源历史数据；
· 用经济杠杆来推动节能降耗。
下面的报表用于支持成本分析与分配系统：
· 月成本分摊报告
· 月消耗报告
· 能源对帐单报告
· 单件产品的能源消耗：可以显示单件汽车产品的水,汽，电的能源消耗值报表及历史趋势分析曲线
图7－8能源消耗报表图例
图7－9单品能源成本分析图例
2.3.5 能耗标准设定
此系统将会提供一个长期的，持续的能源管理平台,以此把能源管理从目前的一个短期行为转换成一个有系统数据支持的、每时每刻与工厂管理相关的长期行为。系统运行一段时间后，积累下来的历史数据中有效数据的平均值将会用于设定相关设备、时间间隔、或相关生产过程的能耗标准。此能耗标准可以用来决定以后每个相关设备、时间间隔、或相关生产过程是否能够在能耗上达标。这些标准数据存入ODBC兼容的数据库中，并且系统提供直观的曲线来进行这样的比较.RSEnergyMetrix软件会被设定为可产生此类报告，此报告可允许用户分析单位能耗，并比较在不同单体设备间、时间间隔内、或生产排产下的能源使用情况。

图7－10能耗标准分析图例
2.3.6 自定义能源报表
罗克韦尔自动化能源管理系统中采用RSEnergymetrix业已提供的强大的分析功能,根据客户的需要,做为一个选项，还可以依托罗克韦尔软件RSBizware强大的数据分析套件，对能源数据进行进一步的分析挖掘.
RSBizWare 的 Historian模块是一个针对工艺和生产过程数据进行分析的工业软件,它是用来提高工厂性能的强有力的手段.该软件具有容易使用的工具集，用户做简单的配置后,可方便的实现对各类工艺数据，如水、温度、压力、流量等的采集、显示、处理分析、产生报告并进行信息发布。其性能特点描述如下:
具有数据采集、分析、 图形显示和报表生成功能。
可将生产数据转换为可实用的信息处理
支持 Microsoft SQL Server数据库
全部数据库模型在软件安装时创建
只需初浅的数据库知识
用 RSLinx连接罗克韦尔的控制器
和 FTView 人机接口软件直连
各种图形显示功能
Historian 设计成可以瞬间“挖掘"时间顺序的数据，它有标准的时间序列模板和简单地拖放数据点到视图的功能。
更多的图形工具可供挖掘数据
，如直方图、数据表、饼图等。
强大的时窗工具可简化时间边界的选择.
强大的数据分析功能
Historian 提供标准函数集，使得分析时间序列的数据极为容易方便。
可以用客户定制的计算公式并加入到工具栏可以应用过滤器只显示所要的数据。通过过滤器可以定义用户所要采用的分析手段。
可以通过提供的函数集帮助客户实现特定的分析功能.

开发界面如下所示：
图7－11灵活多样的报表开发
2.3.7 其他能源分析手段
此系统将可实现其他能源分析手段如温度与空调能耗的对比、产能设备自身耗能与产出的比较、多变量方法分析能耗。如下图：

图7－12关联分析图例
系统还提供其它高级分析手段如回归分析等手段，帮助客户建立能源模型，能源预测.
图7－13回归分析图例