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基于AriEMS框架下能源管理系统设计与实现
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能源管理系统(Energy management systems，简称EMS)实施能源的扁平化管理。EMS建成集过程监控、能源调度、能源管理为一体的企业级管控一体化计算机系统。该系统对能源的发生、储配、转换、消耗进行系统管理；具备完备的信息、科学的分析能力、安全高效的调度技术。
1 能源管理系统总体设计
1.1 设计原则
系统设计充分考虑到企业对各种能源介质进行集中监控、统一调度和平衡优化的要求，以及对无人值守站所设备进行远程操作和控制的要求。并充分满足过程控制、信息管理和数据库的一体化系统集成需求。
在系统设计过程中还考虑EMS对海量信息的处理、无人职守的技术安全、快速的响应能力等特别需求，选用先进并且成熟的解决方案。同时，除了能满足当前需要外，还充分考虑了时间、空间上的可扩充性，采用开放的体系结构，增强与第三方的可连接性，并且易于扩充。以延长系统的生命周期，增强发展后劲，适应市场激烈竞争的需要。
1.2 系统架构
能源管理系统从功能层次上设计为三层结构。底层为信息采集层，中层为实时数据处理层，上层为应用管理层。信号采集层由RTU、PLC、远程I/O等采集设备组成，主要实现数据采集和实时控制；中层主要设备是I/O服务器，主要完成实时数据处理和短时归档；上层主设备有应用服务器、数据库服务器、工程师站、操作员工作站、大屏幕控制系统等。上述设在各种软件支持下组成功能齐全的系统，实现过程控制、平衡调度能源信息管理管理。
2 应用功能概要说明
EMS应用功能主要由过程监控和能源信息管理两部分组成。
2.1 过程监控
EMS过程监控主要是通过现场采集站把现场实时状态采集到EMS中，通过EMS画面展现给用户，并为调度提供操控手段。
过程监控把所有信息做归纳整理，分区分时间存储在实时数据库中，提供趋势、报警、报表等功能。按介质或对象不同分为五个子系统：
1)供配电系统：包括总降变电站、区域变电站、发电站等，不包括各车间变电站、电气室、开关站；但特别重要，负荷特别大的车间变电站，可做监视。便于调度了解大负荷的投退。需要监控的变电站，主要实现四遥功能。遥控无人值守变电站的开关、刀闸、变压器有载调压装置分接头：遥信包括开关刀闸、故障报警、保护动作、火灾报警、门禁等；遥测包括每个间隔的电流、有功功率、无功功率、功率因数、电压、频率、档位等，根据实际情况。每个间隔只取部分遥测；管辖范围内所有电度量信号。车间变电站等有人值守站所，不做遥控，根据需要可以监视。
2)煤气系统：管理动力厂所管辖的煤气柜、煤气放散塔、煤气加压站、煤气混合装置对这些区域的设备实现监视；无人值守的站所实现遥控。
3)其他气体：包括蒸汽系统、高炉鼓风系统、压缩空气系统、氧氮氙系统。蒸汽系统、高炉鼓风系统的生产单元都与现场其他主工艺密切相关，所以控制都在现场进行，EMS只监视；氧氮氩系统工艺复杂，必须在现场控制，EMS只采集信息。压缩空气系统只对区域性的空压站做监控。
4)水系统：现场水站分为取水站、管网送水站、各车间循环水站、污水站等。循环水站是配合各主工艺单元，操作都在工艺单元侧控制。EMS只管理管网的送水泵站，对送水泵控制，稳定水压。
5)环境监测：EMS对全厂除尘器进行管理，了解现场除尘器的运转状态。对全厂其他环保数据实现监测，有排水水质、粉尘、NO2等。
2.2 能源信息管理
能源信息管理主要利用实时数据库提供的生产实绩信息，ERP、MES系统提供的生产、计划信息，以及系统存入的一些技术参数，对能源进行精细管理。挖掘节能潜力。通过系统提供的总结数据作为基准对各用户进行考核，强化节能意识。主要功能有：能源实绩平衡分析、能源计划管理、能源预测优化调度、能源成本管理、能源质量管理、能源设备运行管理、能源报表管理、基于WEB运行管理支持、用电系统优化、能源GIS、循环经济管理等。如图1所示。

（图片）

图1 能源信息管理模块关系图

3 能源信息数据采集说明
能源信息采集数据主要包括：外购能源的购入量、使用量，损失量及质量；自产能源的生产量、分配量、消耗量、损失量及质量；能源管网参数，重点能源设备运行参数，重点工艺设备和能源设备的安全与报警信息；能源计算有关的产量、质量和成品率等数据。
能源管理系统采集的数据主要有三大来源：
EMS从现场采集站以在线方式采集处理的能源数据；
通过离线输入EMS系统的数据，如定额、价格、资源量等；
从其它信息系统(EMP，MES)获得的信息，如生产计划、产量实绩等。
在线采集数据主要包括：
电力系统的电量、电压、电流、频率、有功功率、无功功率等；
动力系统的流量、压力、柜位、温度等：
给排水系统的流量、压力、水位等；
重点能源设备的运行参数；
4 能源管理数据处理、归档
该部分使用成熟的数据平台，主要提供标签配置、标签中心、标签写入器、标签读取器、标签缓存器、标签初始化器、消息中心等后台服务。
4.1 标签
定义：
存储在标签中心中的过程量，以名称作为唯一标记，如“BF6.CO2”。为详细说明，标签还应该具有类型、来源、单位、说明等属性。
分类：
4.1.1 直接过程量
直接从一级接收的量，如温度、压力、流量、阀门开度。周期采集量，模拟信号，等时间周期采集，如温度、压力、流量。开关量，数字(binary)信号，仅当值发生改变时读取，如阀门状态。
间接过程量，过程系统间接计算的量，提供无法直接测量的值。
1)事件标签。可以看成组合几个单一事件成为高级过程事件；
2)计算标签。过程量的组合计算得到一个更复杂的过程量。
4.2 标签获取
基于灵活的C/S模式，标签中心作为服务器接收和发送全部过程量。它接收各种过程量并在内存中保存。当被请求数据时，标签中心发送数据到其他进程进一步处理；
当获取数据时，几个进程负责向标签中心发送数据。
系统启动时，各进程从数据库配置表中检查其要处理的标签，包括标签扫描周期、一级位置、条件、公式。运行期间，数据从一级和其他进程发送到标签中心做进一步处理的分发，具体分工如表1所示。

（图片）

一级通讯处理器：从数据库配置(LIOPC-TAG表)中读标签名、扫描率，然后通过OPC Server从PLC上读数后发送给标签中心；标签计算器、事件标签生成器：首先标签中心发送必要的计算输入量(所需数据的配置在数据库中)。计算结果发送回标签中心。
4.3 数据处理和存储
数据发送到标签中心之后其他进程可以使用它们，包括：
1)一级通讯处理器。二级的计算量或模型标签能够发送到一级；
2)数据库写入器(DB Writer)。存储到数据库，可以写统计量如最大、最小、均值；
3)标签缓存器(Tag Memory)。缓存一定时间的标签历史数据，提高如趋势显示的效率。

（图片）

图2 能源数据处理流程图

处理过程仍然是启动时进程从数据库配置表中获取要处理的标签。标签中心为每个过程量维护一个订阅者集合。当过程量有变时通知订阅者，订阅者进行计算。
5 结束语
该系统为生产管理提供了一个对各种能源介质进行集中监控、统一调度和平衡优化的网络化的能源信息管理平台，系统设计过程中充分考虑到了可靠性、实时性、扩展性、安全性、易维护性的原则，提供了先进与友好的图形人机界面功能，让使用者方便快捷共享各种能源数据信息。 3/10/2012

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