钢铁企业能源管理系统.doc

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钢铁企业能源管理系统（EMS）设计方案

1．概述
能源管理系统（Energy management system，简称EMS）是钢铁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：

企业信息化体系结构图
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 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。
2．方案设计
2．1系统架构
典型能源系统架构包括能源调度管理中心、通讯网络、远程数据采集单元等三级物理结构（如图示）。

系统结构示意图

基于基础自动化向信息化建设发展的原则，并分析比较了实时数据库和SCADA 软件的技术特点，本方案以SCADA 系统为核心构建能源管理系统，结合网络通讯、数据库产品和技术建立一套先进的、符合钢铁企业管理应用功能的能源管理系统。
2．1．1系统建立
1）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。
2）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。
2．1．2系统数据流图
能源中由心I/O 数据服务器、SQL SERVER数据库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、原始数据处理、二次计算和为监控画面提供实时数据；SQL SERVER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；
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：

数据流图
2．1．3系统功能
EMS 的监控系统分为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。
1）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。
2）基础数据管理
包括介质参数管理、维护单位管理、计量设备管理、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。
3）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、能源平衡管理等。
4）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。
2．1．4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。

3．主要产品技术描述
3．1 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SQL Server、Oracle、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系统的安全。
3．2 远程数据采集单元--GEC2000
3.2.1 GEC2110/GEC2120型无功功率补偿控制器
无功功率补偿控制器适用于400V低压配电系统中的电容补偿柜。是一种专用于控制补偿电容器组自动投切的智能配电装置。它采用国际先进的仪表专用单片机，通过对交流信号的直接采样，经过运算处理后得到相关的电气量，并根据无功功率（或功率因数）情况对补偿电容器组实现自动投切。同时还具备当地显示、人机界面及数字通讯接口。使用后电力用户能实现无功功率的全自动补偿，提高节能水平。

3.2.2 GEC2800系列高端智能网络电力仪表
GEC2800系列高端智能网络电力仪表适用于低压进线或对谐波监控要求较高的场合。是集多CPU、TF T彩色显示器、多种高端功能于一身的智能配电设备。采用 TFT彩色显示器可以分色显示各相数据及波形等；多 CPU可以保证交流采样的速度和计算精度；除了具备基本的测量和显示功能外，还有多种电能质量监测功能；谐波分析可以实时显示频谱图；数据可以保存在存储器中并可通过通讯接口上传。

3.2.3 GEC2000系列三相多功能网络电力仪表
GEC2000系列三相多功能网络电力仪表是集遥测、遥信、遥控于一体的智能配电仪表。适用于低压监控和分项计量系统的进出线间隔。它采用国际先进的仪表专用单片机，通过对交流信号的直接采样，经过运算处理后得到相关的电气量，同时仪表集成了电能计量、开关量信号输入输出、当地显示、人机界面及数字通讯接口，使本仪表能独立完成一条出线间隔的电气量的实时监控。使用后电力用户能更有效地进行用电监测，提高节能水平。
其中GEC2050/GEC2080两种型号专为监控和节能双系统量身定制，综合解决精度、传输速度、安装、显示及特殊功能诸多矛盾，保证了系统的长期可靠运行。

l 单元式功能设计：一台装置监控一条出线
l 小型化结构：可安装于小间隔的抽屉式开关柜内
l 高抗干扰性能：符合IEC61000抗干扰标准
l 方便安装：采用自锁式安装机构
l 配置灵活：有不同配置适应不同用户
l 适应各种电源环境：85~265VAC/DC电源
l 高精度：满足监控及节能系统精度要求
l 低功耗：采用功耗极低的仪表专用单片机
l 通讯隔离：各种通讯方式均有隔离措施
GEC2000网络电力仪表设计理念

GEC2000系列网络电力仪表性能指标
测量电压输入
额定电压：100V AC或 400V AC，允许 20%的越限；
过负荷： 2倍额定值（连续）； 2500VAC/1秒（不循环）；
测量形式：真有效值；
频率范围：45-65Hz；
PT回路功耗：＜ 0.2VA
测量电流输入
额定电流：5A或1A，允许 20%的越限；
过负荷 : 2倍额定值（连续）,100A/1秒（不循环）；
测量形式：真有效值；
频率范围：45-65Hz；
CT回路功耗：＜ 0.2VA
测量精度
电 压：±0.2%
电 流：±0.2%
有功功率：±0.5%
无功功率：±2.0%
视在功率：±0.5%
有功电度：±0.5%
无功电度：±2.0%
功率因数：±0.5%
频 率 : ±0.02Hz
工作电源
85- 265V AC/DC
功耗：＜4W
通讯
RS485接口
波特率：2400-57600bps可选
Modbus-RTU，DL/T645协议
适用环境
工作温度：-20℃ -+55℃
储存温度：-40℃ -+85℃
湿度范围：0-95%不结露
继电器输出
输出形式：机械式触点
最大开关电压：250V AC，30V DC
最大开关电流：5A
设备耐压、绝缘强度
电源、电压回路＞ 2kV
电流回路＞ 2.5kV
开关量输入
光电耦合器隔离
隔离电压：2500Vrms

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