水泥企業(yè)能源管理系統解析論文

水泥企業(yè)能源管理系統解析論文

　　1前言

　　隨著(zhù)全球能源供應的日趨緊張，各種能源費用都呈上升趨勢，能耗成本在企業(yè)成本中所占比例越來(lái)越大。水泥企業(yè)是典型的高耗能企業(yè)，企業(yè)能源費用在生產(chǎn)總成本中占70%以上。因此，在水泥企業(yè)中建立高效的能源管理系統，對企業(yè)的能源消耗進(jìn)行在線(xiàn)監控、對能源數據進(jìn)行信息化管理，不斷調整水泥企業(yè)的生產(chǎn)方式和用能方式，以降低單位水泥產(chǎn)品的能源消耗，對水泥企業(yè)的經(jīng)營(yíng)發(fā)展和提高經(jīng)濟效益具有極其重要的意義。

　　目前，國內大多數水泥企業(yè)的能源管理依然以人工采集數據為主，自動(dòng)化、信息化程度較差。企業(yè)的集散控制系統（DCS系統）、純低溫余熱發(fā)電系統、用電、用煤計量系統、經(jīng)營(yíng)管理的ERP系統等各自獨立運行，信息共享程度不高。此外，由于水泥企業(yè)本身對能源管理系統的應用需求不明晰、建設目標不明確，造成了盲目照搬照抄國內大型企業(yè)能源管理系統的現象發(fā)生。

　　針對以上問(wèn)題，本文提出一種利用OPC技術(shù)、基于NET的多層體系架構技術(shù)構建水泥企業(yè)能源管理系統的設計方案。該方案采用OPC技術(shù)，在滿(mǎn)足系統對于各個(gè)硬件設備的基礎通信要求外，可實(shí)現系統與DCS系統、企業(yè)余熱發(fā)電系統等第三方系統的數據共享和交互，方便為企業(yè)各種決策提供及時(shí)、全而、準確、適用的信息；系統建設采用基于。NET的多層體系架構技術(shù)，可以極大的提高系統的可重用性、可擴展性和可維護性。

　　2系統整體設計

　　2.1系統需求和設計原則

　　能源管理系統是一種基于網(wǎng)絡(luò )、計算機等先進(jìn)信息技術(shù)的現代化能源管理平臺，可對企業(yè)能耗數據進(jìn)行采集、存儲、處理、統計、查詢(xún)和分析，提供企業(yè)用能計劃、能耗核算及決策支持，實(shí)現企業(yè)節能績(jì)效的科學(xué)管理和能源效率的持續改進(jìn)。水泥企業(yè)能源管理系統由于能源使用方式、能源消耗種類(lèi)、企業(yè)能源管理要求等方而與其他行業(yè)存在差異，因此，在進(jìn)行系統的設計時(shí)，需要重點(diǎn)考慮以下方而：

　�。�1）系統建設范圍需求。水泥企業(yè)是一個(gè)典型的高耗能企業(yè)，企業(yè)主要使用電和煤兩類(lèi)能源。企業(yè)生產(chǎn)使用的各類(lèi)電機消耗絕大部分電能，水泥熟料燒成的窯爐則消耗幾乎全部的煤，因此，企業(yè)能源管理系統的能源數據分為用煤數據和用電數據兩類(lèi)。此外，企業(yè)用電，除了向當地電網(wǎng)購電這一渠道以外，企業(yè)的水泥純低溫余熱發(fā)電電站也是企業(yè)用電的一個(gè)來(lái)源。

　�。�2）系統建設成本需求。在水泥企業(yè)建設能源管理系統，雖然不存在信息系統建設資金不足和技術(shù)不成熟的問(wèn)題，但是，若對廠(chǎng)區原有的信息化系統進(jìn)行重新設計開(kāi)發(fā)，重復的系統建設費用和大量監測終端購買(mǎi)支出無(wú)疑會(huì )極大的增加水泥企業(yè)能源管理系統的建設成本。從投入產(chǎn)出比的角度來(lái)看，這樣的系統建設方式也是不利于水泥企業(yè)能源管理系統大范圍的推廣應用。因此，在進(jìn)行方案設計時(shí)，應最大程度的挖掘原有信息化系統的效益點(diǎn)與價(jià)值點(diǎn)，選擇成熟、可靠的系統集成技術(shù)，使得原有的信息化系統為新的能源管理系統所用。

　�。�3）系統功能需求。在系統功能設計上，應圍繞水泥企業(yè)能源管理系統的建設目的，在充分實(shí)現數據采集、存儲等數據管理基本功能的基礎上，重點(diǎn)對能源信息管理及能耗原始數據進(jìn)行數據挖掘，開(kāi)展多維度、深層次的能效分析和能效評估等功能的設計和開(kāi)發(fā)。

　�。�4）系統性能需求。由軟件、硬件、多個(gè)基礎通信網(wǎng)絡(luò )構成的水泥企業(yè)能源管理系統，不僅需要完成企業(yè)能源數據的采集、存儲、處理等功能，還需要完成企業(yè)的能效分析、診斷、評估等功能。因此，為保證系統具有較強的穩定性和可靠性，應盡可能采用成熟的硬件產(chǎn)品和優(yōu)秀的軟件技術(shù)。

　　2.2系統總體結構

　　系統選用微軟公司的Visual Studio 。NET作為開(kāi)發(fā)平臺。系統總體上劃分為表現層、應用層和數據層。

　　表現層主要負責企業(yè)用戶(hù)業(yè)務(wù)請求的輸入和最終業(yè)務(wù)結果的展現，不負責任何的業(yè)務(wù)解釋和處理，是系統的窗口。

　　系統的應用層直接為表現層服務(wù)服務(wù)，其包含實(shí)際的業(yè)務(wù)邏輯，根據用戶(hù)請求的內容與后臺的數據層進(jìn)行交互，并把最終的產(chǎn)生的結果返回給表現層。應用層是系統的核心層，包含應用服務(wù)器、Web服務(wù)器等多類(lèi)服務(wù)器。

　　數據層主要包含數據服務(wù)器和數據采集系統。數據采集系統負責現場(chǎng)能效數據的采集和上傳，數據服務(wù)器將上傳的能效數據進(jìn)行處理，根據數據庫的數據模型存儲到特定的區域，并為應用層提供包括數據檢索、訪(fǎng)問(wèn)等服務(wù)。

　　采用三層結構的優(yōu)點(diǎn)是各邏輯層既相互獨立又緊密聯(lián)系，任何一層的改動(dòng)都不會(huì )影響到其它邏輯層的工作，非常有利于系統的擴充。

　　2.2系統應用部署方式

　　水泥企業(yè)能源管理系統的應用部署方式因企業(yè)自身的基礎條件、建設資金以及能源管理需求的不同而有差異。對于中小規模的水泥企業(yè)，采用集中部署方式有利于系統的快速建設、快速投入運行、能源事件的快速處理；對于生產(chǎn)規模較大，以集團化化運作的水泥企業(yè)，采用分散部署的方式，有利于實(shí)現各個(gè)子公司或各條生產(chǎn)線(xiàn)的能源統一管理。

　　3系統硬軟件設計

　　3.1系統硬軟件設計

　�。�1）采集終端。系統的現場(chǎng)采集范圍主要分為兩部分：用電信息采集和用煤信息采集。對電的監測，主要采用三相電能表、電能質(zhì)量分析儀、功率分析儀等儀器設備來(lái)實(shí)現。對企業(yè)用煤，則選用汽車(chē)電子衡和電子稱(chēng)等計量設備進(jìn)行監測。

　�。�2）采集網(wǎng)絡(luò )。在整個(gè)系統中，采集網(wǎng)絡(luò )下連現場(chǎng)采集終端、上接企業(yè)數據服務(wù)器，是能源數據的上傳和控制信息的下達的通道。采集網(wǎng)絡(luò )是系統一項關(guān)鍵組成部分。

　　由于水泥企業(yè)現場(chǎng)計量設備種類(lèi)繁多、驅動(dòng)程序各異。為獲取現場(chǎng)實(shí)時(shí)的能源信息，針對每個(gè)硬件開(kāi)發(fā)一套采集軟件，無(wú)疑會(huì )加大系統的建設成本和增加系統的建設周期，這顯然是不符合系統的建設原則和要求的。

　　OPC（OLE for Process Control）是為解決基于Windows的應用程序和現場(chǎng)過(guò)程控制應用之間通訊而產(chǎn)生的一組技術(shù)規范和標準。OPC為各類(lèi)硬件設備和軟件開(kāi)發(fā)者提供了一套標準的接口，可以將底層硬件驅動(dòng)程序和上層應用程序的開(kāi)發(fā)有效地分隔開(kāi)，使用統一的數據接口實(shí)現了不同設備協(xié)議間的數據互訪(fǎng)，不僅易于系統維護和升級，而且可以縮短系統的開(kāi)發(fā)時(shí)間。因此，利用OPC技術(shù)構建系統采集網(wǎng)絡(luò )顯然是一個(gè)很好的選擇。

　�。�3）系統服務(wù)器。系統服務(wù)器包括數據服務(wù)器（Data Sever）、應用服務(wù)器（App sever）和WEB服務(wù)器（Web Server）。數據服務(wù)器用來(lái)存儲現場(chǎng)采集的能耗數據、終端的工作狀態(tài)、用能設備檔案信息，通過(guò)建立SQL Server 2008數據庫軟件實(shí)現對數據管理，分為實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、生產(chǎn)信息數據庫三類(lèi)。實(shí)時(shí)數據庫和歷史數據存儲采集的能耗數據、狀態(tài)信息，前者主要而向用戶(hù)對能耗的實(shí)時(shí)監測，后者主要而向用戶(hù)的能效分析和能效診斷。生產(chǎn)信息數據庫存儲有企業(yè)的設備管理信息和生產(chǎn)計劃信息。應用服務(wù)器上運行著(zhù)能源管理軟件，是最終為用戶(hù)提供各類(lèi)服務(wù)的業(yè)務(wù)執行區域，是系統服務(wù)器的核心。WEB服務(wù)器則用來(lái)發(fā)布企業(yè)的能源信息、績(jì)效考核信息等內容。為節省系統建設成本，以上三類(lèi)服務(wù)器可部署在同一臺硬件設備中。

　　3.2軟件系統設計

　　軟件系統包含采集軟件、數據庫和能源管理軟件。

　�。�1）數據采集軟件設計

　　采集軟件主要負責現場(chǎng)采集終端與數據服務(wù)器的通訊、能耗數據的實(shí)時(shí)采集和能耗數據的遠傳。采集軟件與采集網(wǎng)絡(luò )一起構成數據采集系統。

　　其主要功能包含：①參數配置：對設備編碼、通信協(xié)議設定、數據采集頻率、終端數據存儲轉發(fā)周期數據類(lèi)型、報警閥值等相關(guān)參數進(jìn)行設置；②能耗實(shí)時(shí)監測：對企業(yè)能源消耗（主要用電和用煤）進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并將實(shí)時(shí)監測的信息上傳到數據服務(wù)器的實(shí)時(shí)數據庫中；③能源事件報警：根據用戶(hù)設定的能源計劃、能效指標、設備效率報警閥值，對企業(yè)的異常能源事件和狀態(tài)及時(shí)發(fā)出報警，并將報警的時(shí)間和內容上傳到數據庫服務(wù)器的生產(chǎn)信息數據庫中。

　�。�2）數據庫軟件設計

　　數據庫軟件選用SQL Server 2008，其具有簡(jiǎn)單而豐富的API接口，簡(jiǎn)便且易使用，此外還具有較強的可擴展性和較高的性?xún)r(jià)比，適合水泥企業(yè)要求降低能源管理系統建設成本的要求。

　�。�3）能源管理軟件設計

　　能源管理軟件采用基于面向對象的VisualStudio。NET的系統開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以充分發(fā)揮開(kāi)發(fā)平臺的可視化設計開(kāi)發(fā)工具箱、公共語(yǔ)言運行庫和龐大的公用代碼庫，快速構建Windows應用程序、Web應用程序、Web服務(wù)和其它各種類(lèi)型的應用程序，縮短系統的開(kāi)發(fā)時(shí)間和難度。能源管理軟件的核心功能包括：①能耗統計：主要分為能源消費統計和產(chǎn)品能耗統計兩個(gè)部分內容；②能效分析：以同比、環(huán)比、排名等方式，可實(shí)現對企業(yè)總體能耗、分項能耗、設備能耗進(jìn)行分析，分析時(shí)段可提供日分析、周分析、月度分析、季度分析、年度分析以及任意指定時(shí)段內的數據分析。分析結果可以通過(guò)折線(xiàn)圖、柱狀圖、餅圖等多種表現方式予以展現。③用電負荷管理：主要分為企業(yè)用電負荷管理和負荷預測。主要根據大量用電負荷數據，對企業(yè)的負荷進(jìn)行分類(lèi)，通過(guò)用戶(hù)電力負荷預測模型，預測短期或中長(cháng)期負荷變化。④用能決策：根據耗能設備日、月、季、年用能的變化規律，結合能效指標和節能案例，系統診斷能源消耗、挖掘節能潛力并給出節能指導意見(jiàn)。

　　4結語(yǔ)

　　基于OPC技術(shù)構建的采集網(wǎng)絡(luò )，不僅可以滿(mǎn)足系統對于企業(yè)電能數據實(shí)時(shí)采集的需求，還可以方便構建與企業(yè)DCS系統以及水泥企業(yè)余熱發(fā)電系統進(jìn)行數據交換和共享的接口，從而為企業(yè)實(shí)現全局性能耗分析、用能優(yōu)化控制提供了可能。采用基于。Net多層體系架構技術(shù)開(kāi)發(fā)的水泥企業(yè)能源管理系統，為水泥企業(yè)提供了一個(gè)數字化的能源管理的信息化平臺，可以實(shí)現對企業(yè)能耗數據管理、用能計劃管理、多維度能效分析、能效對標管理、能效診斷和評估的功能。該設計方案，在滿(mǎn)足水泥企業(yè)能源管理建設需求和建設目標的同時(shí)，可實(shí)現系統的快速建設，以及根據企業(yè)的能源管理需要，實(shí)現系統的良好擴展。

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