企业能源管理系统(EMS)解决方案系统架构.docx

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1、企业能源管理系统(EMS)解决方案系统架构 企业能源管理系统（EMS）解决方案系统架构一 能源管理系统（Energy management system，简称EMS）是以帮助工业生产企业在扩大生产的同时，通过能源计划、监控、统计、消费分析、重点能耗设备管理和能源计量设备管理等多种手段，合理计划和利用能源，降低单位产品能源消耗，提高经济效益为目的信息化管控系统。 罗克韦尔自动化公司的电力及能源管理系统（PEMS）; 电力管理和控制系统（PMCS）;(PMCS)电力监控系统; 在淘汰落后产能的过程中，先进节能的工业自动化技术和设备成为了企业的首选。节能减排的自动化技术除了高能效电机、变频器、过程自

2、动化系统和能源管理系统之外，还有面向冶金、有色、电力、化工、建材、造纸六大“三高”行业治理的成套专用优化系统和专用控制装置，比如特种执行器和特种检测技术，除尘、脱硫优化控制技术，固体废物焚烧的最优控制技术，废液的检测、分离和控制技术，节能、降耗的卡边控制技术，最优燃烧控制技术，最优调速控制技术，热能转换和传递优化技术等等，这些技术也是推进我国高端工业自动化产业化的重要方面。 节能减排在我国的推进离不开先进的自动化技术、产业结构调整、企业管理水平的提升。节约能源已经作为我国建立节约型社会的基本国策，对于“十一五”规划中单位GDP能耗节能减排20%的任务，企业不应该把它仅仅作为约束性指标，而是应该

3、把节能减排融入到长远发展的战略中去，这对企业的发展无疑具有巨大的促进作用。这也是产业结构优化调整到一定程度，企业管理水平也提升到一定水平，共同作用的结果。当三者有机结合，节能减排也就会大行其道了。 随着我国计算机信息技术的高速发展、计算机软件应用技术的不断普及、企业信息化建设经验的不断积累和计算机信息管理系统应用水平的提高，众多企业 已从多年来内部信息化建设的实践中，深刻地领悟到由此而产生的企业内部采购信息、生产信息、销售信息、库存信息、财务信息等存在各为一体、互不相通的问题。这使企业难以对生产经营活动进行有效的监控和管理，形成制约企业加速发展的瓶颈，因而使企业深刻地认识到走信息集成化道路的重

4、要性。为此，掘弃信息孤岛，实施信息集成化技术，实现PCS/MES/ERP三层架构，已成为企业信息化建设发展的一种必然选择。 能源管理系统（Energy management system，简称EMS）是企业信息化系统的一个重要组成部分，在能源数据进行采集、加工、分析，处理以实现对能源设备、能源实绩、能源计划、能源平衡、能源预测等方面发挥着重要的作用。 在企业信息化系统的架构中，把能源管理作为MES的一个基本应用构件，作为大型企业自动化和信息化的重要组成部分，如图示： 制造执行系统(MES): 是一套位于上层的计划管理系统与底层的工业控制系统之间的面向车间层的管理信息系统，它为操作人员、管理人员

5、提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态和历史状况。 MES系统能通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂中有实时事件发生时，MES系统能及时对这些事件作出反应、报告，并用当前准确的数据对它们进行约束和处理，这种对状态变化的迅速响应使MES系统能够减少企业内部那些没有附加值（NVA-Non Value Added）的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，同时提高了工厂及时交货的能力，改善了物料的流通性能，提高了生产回报率。MES系统还能通过双向直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关生产行为的关键任务信息。 MES系统能够帮助

6、企业解决生产中遇到的一些瓶颈问题，从而改进生产线运行性能，达到降低在制品(WIP- Work In Process)库存、缩短产品制造周期、提高生产效率并控制生产成本的目标。 仓库管理系统(WMS): WMS是一套面向材料、备件、成品等仓库的信息管理系统，它能够辅助仓库管理人员对货物的入库、出库、移库、盘点等业务进行全面的控制和管理，杜绝货物积压与短缺现象，达到降低库存、减少资金占用的目的。WMS可以实现按照ABC分类的原则来对仓库内的物品进行管理，并借助条码识别技术来实现数据采集，从而保证信息的准确性。 WMS严格保证物品的先进先出，该系统已成功应用于材料仓库、备件仓库和成品仓库，为企业物流

7、链提供了帮助。 MES，Manufacturing Execution System，生产管理系统/制造执行管理系统。生产管理软件系统(MES)是企业系统信息化集成的纽带，是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产管理里敏捷化的基本技术手段，生产管理软件系统（MES）是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的管理系统技术与实时信息系统。 生产管理系统软件解决方案：软件方案控制生产系统，实现生产管理的最佳化分为两种情况：一方面是现场级生产系统管理自动化MES；另一方面是ERP 级监督性装置管理MES系统。在这两种情况之间存在着一个间隙-MES系统就是用于灵活计划和安排制造装置资源的信息链中的决定性因素

8、。生产管理软件系统（MES系统）可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的生产制造环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。适用于不同行业（家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药），能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。目前国外知名企业应用MES生产管理软件系统已经成为普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采用MES生产管理系统来增强自身的核心竞争力。 生产管理软件系统（MES）是企业信息化建设中的关键环节，正越来越被重视。流程型生产企业行业按照MES实用模型，从基础功能着手，然后在此基础上根据企业的实际情况进行功能扩

9、充，逐步完善企业生产管理系统，实现从DCS 到ERP的信息畅通。 能源介质种类主要包括：高炉煤气（BFG）、焦炉煤气（COG）、转炉煤气（LDG）、天然气（NG）、氧气（O2）、氮气（N2）、氩气（Ar）、压缩空气（Air）、蒸汽、氢气（H2）、采暖热网、生活水、工业净环水、工业浊环水、浓盐水、除盐水、酚氰水、软化水、电力等。 能源介质信息包括：压力、流量、温度、煤气热值、供水品质（水质）、阀门开闭、调节阀开度、开关信号、动力设备运行状态、主生产线设备的运行状态等。 环保信息包括：环保设备的运行情况、外排水中主要污染物的浓度、流量、主要废气排放点的外排放废气中烟（粉）尘、SO2、NOx、CO2

10、 等污染因子的浓度和流量、污染物排放总量、大气质量指标、厂区视频检测、厂界噪音。 - 能源中心： 以SCADA软件为核心，建立I/O Server实时数据服务器，实现在线的数据监视、工艺操作和实时的能源管理功能；基于数据库技术开发具有模型背景的能源管理功能并对外提供接口。 - 通讯网络： 采用工业级以太网交换机，建立分区域的冗余环网，环与环之间采用耦合拓扑结构进行连接，从而建立高可靠专有的能源数据采集通讯网络。 - 数据采集： RTU产品为核心，通过信号采集、通讯、协议转换等技术手段，将能源介质参数的采集与生产控制系统隔离，提供连续、真实、可靠的数据依据。 2、系统数据流图 能源中由心I/O数

11、据服务器、Oracle关系数据库服务器、Web服务器和工作站组成。I/O数据服务器负责原始计量数据的实时采集、历史压缩存储、二次计算和为监控画面提供实时数据；Oracle数据库服务器负责计量统计数据的收集和存储，作为能源（物资）计量统计管理数据库；工作站上运行计量数据监控与管理系统软件，对计量数据进行分析处理、设备管理、权限分配、报表打印以及调阅等；Web服务器负责将指定的实时数据监测画面和动态曲线以网页的形式在公司网上发布，供其他部门网上在线查阅，并提供系统与用户的各种人机界面。 根据能源管理系统功能需求及实际各部门业务流程规定，EMS数据流图可用下图表示： 3、系统功能 EMS的监控系统分

12、为4个子系统，即供配电系统、动力系统、给排水系统和环保系统。 其中动力系统包括燃气系统、蒸汽系统、氧氮氩系统，给排水系统包括化学水、工业水和生活水。 、数据的实时采集与监控 通过建立可靠的数据采集系统（SCADA系统）对能源潮流数据（如电流、电压、压力、 温度、流量、环境数据等）、设备状态（如开、停、阀门开度、报警信号等）等进行采 集；提供过程监视、操作控制、实时调整等画面,过程曲线及信息显示等辅助界面、大 屏幕等完成能源中心管辖范围的能源设备状态及潮流的监视功能；提供过程控制和实时 调整,参数设定窗口等实现控制功能；并对信息进行归档。 、基础数据管理 包括介质参数管理、维护单位管理、计量设备

13、管理、测点耗量关系、用户权限设 置、以及其他需人工录入的参数管理界面。 、能源管理功能 将采集的数据进行归纳、分析和整理，结合生产计划和检修计划的数据，实现基础能源 管理功能，包括能源实绩分析管理、能源计划管理、运行支持管理、能源质量管理、能 源平衡管理、在线预测分析等。 、环境监测与保护 对环保设备运行状态的监测，对水、烟气等排放进行监测、分析和管理。 4、基本配置 能源管理系统基于以太网的数据通信技术，采用C/S 和B/S 混合系统架构方式。典型的配置和设备组成如下： 三、主要产品技术描述 1、SCADA软件 采用国际主流的SCADA软件建立I/O Server实时数据服务器功能，通过在线

14、的数据采集实现动态流程图、参数表、趋势曲线等监控功能，并与关系数据库建立通讯。 技术特点如下： 软件体系采用真正的客户/服务器（C/S）体系结构； 能够完全做到实时数据服务器以及趋势、报警、报表和文件等功能模块的冗余； I/O通讯冗余，主通讯中断时自动切换到旁路； 支持在线组态，即在不影响操作的情况下，允许全部或部分应用程序进行修改； 支持ODBC、OPC、API、DDE等标准数据交换方式； 网络通讯采用标准的NetBIOS，支持IPX/SPX、TCP/IP等协议； 支持多种关系型数据，包括Oracle、SQL Server、dBASE等。 系统通过设置不同级别的用户操作权限而防止越权操作保护

15、系统的安全。 2、远程数据采集单元MIPM RTU 远程数据采集单元采用美国SIXNET公司MIPM系列RTU产品。 SIXNET高端RTU产品（IPM级）具有32位处理器、大容量存储空间，不但提供标准串口（RS232/RS485）通讯和IEC61131-3标准编程功能。还提供以太网通讯端口，并具有嵌入式功能，可支持高级编程和网络通讯应用程序，例如Web Server、Internet访问、高级C/C+编程及专有通讯协议的定制等，是最新一代控制器产品。同时具有多种国际工控产品质量认证，提供高可靠品质应用。其产品主要技术特点为： 、同时提供多种通讯端口：以适应分散应用和本地的不同通讯要求。 、提

16、供大容量程序和数据存储空间：适合就地运算和大量数据安全存储。 、更高的适应恶劣环境应用：工作环境温度为-40 70oC、国际品质认证等。 3、工业以太网交换机 网络系统中的工业以太网交换机采用美国SIXNET公司产品。 SIXNET近30余年的工业自动化产品设计、制造经验，使其充分了解各种工业场合的应用需求。并将其成熟的工业自动化产品设计理念注入工业以太网交换机产品中，能够真正经受各种恶劣工业环境的长期考验。 SIXNET工业以太网交换机具有卓越的工业品质，低功耗、无风扇电路设计、宽范围工作环境温度（- 40- 85 ）、美国军标MIL-STD-1275防浪涌保护以 及严格的国际质量认证（包括

17、危险场所2区防爆认证、DNV船级社认证）等特性确保在各种恶劣工业环境现场长期稳定、可靠、安全使用。 SIXNET实时环工业以太网交换机专有Real-time RingTM 技术，实现快速容错环网冗余，并具有端口配置、端口镜像、优先级划分等高级网管功能，可保证信息交换的实时性和确定性，支持Modbus方式监测网络运行状态，可以方便地进行故障诊断、报告和定位。尤其适合如PLC，DCS，SCADA自动化监控系统构建100/1000Mbps工业冗余环网。 四、高端产品应用技术 EMS系统采集的信号分散在工厂的各个角落，许多能源计量参数已纳入原有生产控制系统，能源数据的采集将面临繁杂的通讯协议和接口。采

18、用新一代的自动化产品（RTU/Gateway），构筑分布式的数据采集系统，将能源介质参数的采集与生产控制系统隔离，提供连续、真实、可靠的数据依据。RTU/Gateway产品是对传统PLC系统在远传和分布式应用的产品补充，提供更强的数据处理和通讯能力，从而构建新一代能源管理系统的架构。 MIPM RTU预集成了PLC、记录仪、流量计算机、通讯网关等多种功能，其高端产品应用技术如下： 1、预集成的数据记录功能 MIPM RTU预集成了数据记录（Datalogging）功能。作为系统工具软件（I/O Tool Kit）选项之一的Sixlog软件，提供了工程向导型配置应用，无需编程。SIXNET的Da

19、talogging功能具有以下优点： 可按时间、事件等方式启动数据记录 时间间隔可设置（10毫秒49天） 大容量、非易失数据存储（16M） 同一控制器支持多个Datalog配置 服务器/客户机式双向数据恢复方式 工程向导型配置界面，无需编程 多种通用软件浏览的历史数据文件 支持数据记录冗余服务器功能 数据记录可用于实现SOE功能，用于记录故障报警事件发生的时间顺序；可以实现重要能源计量数据的备份，防止因为通讯网络故障等原因导致这些重要数据 的丢失；同时保证贴有时间标签的能源采集数据的完整性。RTU取代无纸记录仪，提供更灵活、更安全的数据备份功能！ 2、RTU的数据补传和调用功能 利用数据记录（

20、Datalogging）功能，RTU把数据加上精确的时间标签存储在非易失的存储器中。然后按照用户定义的时间表或在发生特定事件（例如远程传输故障恢复后）时把记录的历史数据传送到一个或多个中心控制站，从RTU传送 上来的数据包括控制站地址、时间标签、纪录序列号等识别数据。多个站点传送上来的数据堆入输入数据缓存，等待顺序处理。 今天，工业信息化自动化技术得到了空前的关注和发展。从处理器、输入输出设备、现场总线、工业以态网、系统软件、变频器、传感器及执行元器件等各个自动化部件都有了飞速的发展。这也给各种自动化系统的高度集成奠定了基础。而在科技高度发展的今天，未来的制造业将朝着全球化、灵活生产、高效率，

21、高集成方向发展，这就要求自动化不单是关注生产过程的控制本身，而且也要关注整个供应链从订单生成，原料供给，计划排产，物料跟踪，安全生产，质量监测，物流输送等所有应用的整个过程。这个过程关联各种控制应用，把所有应用整 合成一个系统，它就要求把可能的多种不同的控制过程无缝连接和互动塑料工业网版权所有，需要信息和控制系统整合和集成。 “节能降耗”需要从自动化等高新技术中寻求出路 坚持节约资源和保护环境的基本国策，关系人民群众切身利益和中华民族生存发展。必须把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置，落实到每个单位、每个家庭。加强应对气候变化能力建设，为保护全球气候作出新贡献。

22、” 长期以来，中国政府高度重视资源环境问题，坚持实施可持续发展战略，把节约资源、保护环境作为基本国策，努力建设资源节约型、环境友好型社会。中国政府提出坚持以人为本，把发展切实转入全面协调可持续的轨道；加快转变经济增长方式；把资源节约作为基本国策，发展循环经济，保护生态环境，加快建设资源节约型、环境友好型社会；显著提高资源利用效率，到2022年使单位国内生产总值能源消耗比2022年降低20%左右。为了落实到人，政府更进一步把“节能降耗指标”数量化！ 毫无疑问，构建“节约型社会”，是中央高层提出的最为引人注目、影响最为深远的一个重大决策。“节约”、“和谐”、“创新”，无疑是中国2022年以来，媒体

23、使用频率最高、影响最为广泛的三个关键词。人们认为：当前国家高 层领导强调构建“节约型社会”、“和谐社会”、呼吁“自主创新”，具有针对现实、拨正发展航向的意味。能源资源问题是关系我国经济社会发展全局的一个重大战略问题； 要建立资源节约型国民经济体系和资源节约型社会，就必须充分利用高新技术和先进适用技术改造提升传统产业，要在贯彻落实党中央、国务院确定的“信息化带动工业化、工业化促进信息化”的发展战略过程中，增强我国传统产业创新能力和国际竞争力，促进我国社会生产力跨越式发展。当前的节能已不是简单意义的节约和少用能源，而是要靠使用先进科学技术，来提高能源的利用效率。在当今世界性市场经济的激烈竞争中，工

24、业企业必须应用自动化技术科学来保证产品的质量、成本和数量的优势。特别是在用高新技术改造传统产业方面，自动化科学在工业企业的运行与发展中起到非常重要的作用。 下面，我们从控制和优化的角度来看“节能降耗”如何从自动化等高新技术中寻求出路？ （一）企业“节能降耗”面向“一体化综合过程自动化系统” 在工业生产过程中实现节能降耗、资源优化，除了采用先进的工艺和设备之外，必须采用先进的过程自动化系统。当今的过程自动化系统已发展为由过程控制层（PCS）、制造执行层（MES）和经营规划层(BPS)三层结构组成的综合过程自动化系统。企业要达到总体的节能降耗和资源优化，获得最大的经济效益，提高竞争力，除了在各层次

25、上采用先进技术和优化技术外，还必须在系统集成方面采用优化操作、优化调度以及优化企业资源规划和经营管理的一体化综合过程自动化系统。 中国自动化学会的孙优贤院士更进一步提出：面向“三高”治理的成套专用控制装置和专用优化系统。冶金、有色、电力、化工、建材、造纸是我国工业生产六大高能耗行业，也是对环境污染最为严重的六大行业。在六大行业的大型工矿企业中，选择重点能耗设备和重点污染源，分别实施以节能、降耗、治污为目标的成套专用控制装置和专用优化系统，是高端工业自动化的产业化内容。包括：节能、降耗、治污的自动化设计技术，特种执行器和特种检测技术，除尘、脱硫优化控制技术，固体废物焚烧的最优控制技术，废液的检测

26、、分离和控制技术， 节能、降耗的最优化技术，节能、降耗的卡边控制技术，最优燃烧控制技术，最优调速控制技术，热能转换和传递优化技术。 （二）企业“节能降耗”要自动化与信息化相结合 国务院2022年12月2日公布的促进产业结构调整暂行规定提出，要重点推进钢铁、有色、电力、石化、建筑、煤炭、建材、造纸等行业节能降耗技术改造。因此，我们应当将精力集中到这些行业中来。 工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制

27、自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。在企业“节能降耗”的过程中也不例外。 而信息化对企业的贡献则主要体现在，一方面提高了企业设计与生产经营水平、带动企业管理内涵的进步、节约能源消耗、减少生产过程污染排放、促进资源的循环利用；另一方面，还可以提高企业管理水平、提高产品质量、劳动生产率和资源利用率。 信息化能够沟通全部工业自动化生产过程，特别是在网络系统异常发达的今天，在工业自动化领域中，有成千上万的感应器，检测器，计算机，PLC，读卡器等设备，需要互相连接形成一个控制网络，而工

28、业控制网络将正在向有线和无线相结合的方向发展。如果说自动化系统是企业主体骨干，那么信息化则是企业神经系统。因此，企业“节能降耗”必须要自动化与信息化相结合，互相渗透才能够取得更好的效果。 以电力行业为例，在电力行业中，生产自动化与管理信息化是均衡推进的。长期以来电力企业对生产过程控制的信息技术应用一向比较重视，而对业务及管理的信息化重视却相对不足。我国电厂、电力调度的自动化水平达到国际先进水平。生产自动化与管理信息化的发展处于不平衡状态。一方面，管理信息化滞后于生产自动化，另一方面生产自动化系统与管理信息系统处于相互分离状态，彼此不能有效互通，不能实现管控一体化，数据信息不能集成共享，不利于实现企