全廠能源統一調度管理系統的應用

代曉鵬，段國光

(安徽晉煤中能化工股份有限公司，安徽臨泉 236400)

全廠能源統一調度管理系統主要內容是針對企業生產裝置進行數據采集、數據實時監控、存儲以及數據分析，提供與ERP系統的應用集成接口(計量數據)。能源管理中心系統具有能源綜合監控(實時數據庫)、生產調度管理、能源規劃、能源計劃、能源預測、能源計量、能源質量管理、能源實績、設備管理、報表管理、監督檢查、安全管理、環保管理、能效對標管理、企業節能管理以及能源審計等16個功能模塊的應用和能源消耗分析、不正常能耗的提示。

2015年1月，安徽晉煤中能化工股份有限公司(以下簡稱中能化工)委托安徽省能源利用監測中心進行了系統節能量審核。該全廠能源統一調度管理系統建成后，實現年節能48 233.82 t(標煤)，比預期節能超過16 233.82 t(標煤)，節能效益顯著。

1 項目實施

1.1 系統功能架構

全廠能源統一調度管理系統主要由SOA架構、應用服務器、應用支撐平臺、應用集成、應用子系統、信息整合部分和人員整合部分構成。

全廠能源統一調度管理系統通過環網連接廠區各處的數據采集點，由光纖傳輸數據至能源管理中心實時庫服務器，再由WEB服務器對生產和能耗信息進行發布，用戶通過客戶端可在任何能夠連接網絡的地方進行系統訪問，或者通過能源管理中心大屏獲取能源和生產等信息。

1.2 網絡及技術架構

針對全廠能源統一調度管理系統的網絡建設的特點，結合安徽晉煤中能化工股份有限公司(以下簡稱中能化工)的實際情況，搭建控制系統及儀表數據集成的能源管理信息網。

1.2.1 安全重要性及措施

對于全廠能源統一調度管理系統來說，由于要收集生產過程的相關信息，不可避免地要讀取控制系統的數據，而控制系統的安全、穩定運行是企業首先要保證的，因此，控制系統的安全問題是整個系統設計中必須考慮的重點。中能化工能源管理中心項目中，確定采用技術加管理的模式，對整個信息系統安全進行綜合設計。技術方面主要包括防病毒技術、網關技術、防火墻技術、實時數據庫雙機冗余、關系數據庫雙機熱備、GPS同步時鐘；管理方面包括用戶權限的管理、規章制度的管理等，以確保生產控制系統的安全。

1.2.2 技術上安全保證

網絡的安全性是信息系統設計的重要內容。由于生產管理信息系統網絡在物理上將與生產過程的控制系統連接，因此必須有嚴格的措施來保證網絡安全，避免信息系統對控制系統的影響。

本項目中選用的網絡安全措施包括但不限于設計安全的網絡拓撲結構，有效利用目前成熟的軟硬件資源和技術構建可靠的安全體系，設計安全可靠的生產管理信息系統，以確保各控制系統安全穩定運行和公司信息的安全。

1.2.3 防病毒技術

網絡病毒對信息網絡的危害極大，輕則影響業務的正常進行，造成數據丟失；重則造成系統癱瘓和危害生產過程的控制。網絡病毒的防治需要綜合性的措施和手段，除了提高安全防范意識、修補操作系統，完善管理規章制度外，還需要采取一定的技術手段來提高系統的安全性。本項目中提供防病毒體系來完善和增強系統的安全性。

在管理網設置1臺專門的防病毒服務器，該服務器直接連接后接入交換機，并安裝防病毒服務器軟件及系統管理中心。網絡管理員通過管理中心獲得所有的防病毒結點的防病毒狀況，并為它們進行統一配置和升級。服務器需要每日或每周定時升級，并同時對客戶端進行升級。EMS網絡內其他機器作為防病毒軟件的客戶端。防病毒服務器可使用本項目配備的1臺WEB服務器，防病毒服務器具備外網訪問條件，殺毒軟件服務器可自動升級，安裝殺毒軟件客戶端PC再進行設置后可自動升級。

1.2.4 網關技術

本方案采集HPC- BOX型嵌入式工業控制網關機，該網關機能完全滿足中能化工對數據采集設備的要求。它具有堅固耐用、小體積、低功耗、無風扇、零噪音、工業級品質和豐富的接口，可作為系統終端和控制主機、網關機等專用設備，能夠滿足在環境和體積要求嚴格的場合做網關、監控和數據采集等應用。網關技術示意見圖1。

圖1 網關技術示意

由圖1可見：嵌入式網關機利用雙網卡，充當網關；一邊與控制系統相連，另一邊通過防火墻與信息系統相連。由于采用不同的網段，能保證信息系統與控制系統不會在同一網段內，可保證信息系統內的機器與控制系統內的機器不會形成直通。

嵌入式網關機負責從各個DCS、PLC、電力綜保系統通過相應的接口采集數據，送到實時數據庫中，智能電表通過串口服務器連接后接入，網關機則通過DLT645- 1997、DLT645- 2007、MODBUS RTU標準的以及非標協議規約采集數據到實時數據庫；同時充當管理網絡與控制網絡之間的網關。當采集器與實時數據庫之間的網絡出現問題時，數據會先保存在網關機上；當故障網絡恢復正常時，保存在網關機上的數據會自動上傳到實時數據庫服務器上，以保證采集數據的完整性。

1.2.5 防火墻系統

防火墻置于EMS系統與公司辦公網絡之間，形成對信息系統及底層控制系統的保護。通過防火墻日志審計系統加強對網絡活動的審計和監督，防止內部信息泄露和阻止外部入侵，可有效保護網絡資源，以提高網絡的整體安全性。

1.2.6 管理上安全保證

除了在技術上保證安全外，管理上安全保證也是非常重要的。管理上的安全保證主要是防止人為的破壞或誤操作。在EMS系統中，系統通過用戶授權的方式進行權限管理，所有要訪問信息系統的用戶經審核批準后由系統管理建立并進行相應的權限分配。只有授權的用戶才能訪問相應的信息，才可以進行相應的操作。此外，企業信息網絡內部的各個路由器需進行嚴格的設置，通過路由器設置屏蔽無用端口，防止外部黑客攻擊和企業內部員工的錯誤操作。

本方案中采用C/S(工程組態時和簡單訪問時用到)和B/S(一般客戶訪問時用到)相結合的架構。

1.2.7 實時數據庫服務器

負責采集各個子系統的數據，并對數據進行初步處理，負責保存配置數據和生產管理系統的歷史數據。

為保證EMS系統實時數據的正常運行，本方案對EMS中的實時數據庫服務器采用雙機冗余。即2臺服務器都安裝實時數據庫軟件，1主1備同時運行；當主服務器無法正常工作，則切換到備用服務器，確保實時數據庫數據不會丟失，實現無縫連接。

1.2.8 應用WEB關系數據庫服務器

負責EMS系統功能模塊的安裝部署、WEB平臺發布及各功能模塊數據交互存儲，客戶端通過瀏覽器的方式使用能源管理中心系統。

1.2.9 客戶端

通過瀏覽器的方式訪問EMS系統。客戶端既包含生產一線客戶端，也包括公司局域網客戶端，還包括能通過與WEB服務器連接的其他客戶端，它們都以統一的方式訪問EMS系統，可實時了解生產情況。在EMS系統硬件及網絡條件許可情況下，不限制訪問能源管理中心系統的用戶數量。

2 項目實施前、后能耗比較

項目實施前(2012年)、后(2014年下半年)主要產品能耗指標見表1。

該項目實施前(2012年)合成氨單耗要低于GB 21344—2008《合成氨單位產品能源消耗限額》中限額值，尿素單耗和雙氧水單耗均低于《安徽省主要工業產品能耗限額(2011年修訂版)》中的限額值。該項目實施后(2014年下半年)合成氨單耗低于GB 21344—2008《合成氨單位產品能源消耗限額》中限額值，尿素單耗和雙氧水單耗均低于《安徽省主要工業產品能耗限額(2011年修訂版)》中的限額值。

表1 項目實施前、后主要產品能耗指標

3 實施效果

(1) 實現公司能源管理由粗放管理向精益化管理轉變：能源供需平衡功能實現在線統一監控和調整調度；工序能源消耗實績、主要能源管理指標每日跟蹤，能源消耗實績結算報表自動生成。

(2) 實現能源管理由事后管理向事前管理轉變：編制能源供需計劃，按計劃組織能源生產。根據計劃安排能源設備運轉、檢修計劃。預測能源消耗指標，制定能源管理措施，實現能源計劃精細管理。

(3) 實現能源管理由單體節能管理向系統節能管理轉變：通過調度中心優化能源供需平衡，通過煤氣、蒸汽、電力相互轉換實現能源的最優化使用，通過系統功能將能源管理體系的各個環節有機聯系起來。制定能源計劃包括能源平衡、能源預測、計劃與實績跟蹤，能源指標統計、用能管理等業務功能，并加強信息的準確性和信息共享的實時性。

(4) 實現能源管理的流程控制，提高能源管理的規范性，能源管理人員勞動生產率的大幅度提高。通過統一的能源管控系統平臺的數據共享，加快了能源管理與技術人員溝通的效率和準確性，強化了流程規范性，實時數據采集避免了人為抄表的誤差和時間延遲，部分廠站可實現能源管控中心統一調度下的無人值守，使能源管理人員的勞動效率得以大幅度提高和改善。

(5) 建成后的能源管理中心與公司現有的ERP系統和生產監控DCS控制系統整合在一起，在系統中設定能耗目標值，并根據產量和各種能源消耗量，可以計算出每天每班的能耗情況和節能量，同時通過管控系統、ERP和DCS共同作用，通過優化工藝，使產量、消耗做到同步優化。

(6) 能源設備管理整體受控管理，對設備的點檢、維護、檢修體現計劃性并真正落到實處，可減少故障和隱患的發生，對備件管理規范化，降低設備運行成本的同時保證備件供應，從而更好地發揮設備的整體效能。