一、企业能源计量信息集成管理系统实现的功能

    1.计量器具的管理
    从加强计量状态管理的角度提高计量数据的准确性。针对每一个计量器具进行状态管理,设定“信息管理、故障记录”等管理模块,明确计量器具配备、使用、检定/校准等各项管理要求,对计量器具实行按周期检定/校准,确保计量器具正常运行和量值准确。
    2.计量器具运行状态监控
    通过对仪表数据的实时监测,实现对计量仪表的状态监测,发现计量仪表问题进行异常报警,从加强计量状态管理的角度来提高计量数据的准确性,实现对计量仪表运行状态的判断和监测。通过实时的计量监控网络,对计量的全过程进行监控,包括计量设备的运行状态是否存在故障;计量信息的采集不仅记录瞬时量和累计量,同时还记录温度、密度。形成的实时曲线清楚地反映正在作业的情况。
    3.计量数据实时监测分析
    通过计量数据的实时采集、实时监控分析能源消耗情况。系统形成的历史曲线可追溯已往的计量过程,为公司管理部门实现生产过程能源消耗统计提供全面的支持。
    系统自动生成的小时、班报、日报和月报为能源消耗分析提供全面支持。通过计量仪表数据状态监测以及计量网络图,实现管网能源供用的及时平衡,通过比较分析,及时发现设备耗能的变化,从而合理指导用能。
    4.信息发布
    系统的网络发布功能不仅可以定期发布能源数据报表,还可以随时发布计量信息。网页设计的窗口功能为企业内部各单位提供技术交流的平台,所有的计量问题通过网络发布,管理部门及时进行协调落实解决。
    

二、企业能源计量信息集成管理系统设计的范围

    企业水系统包括生产水、循环水、冷冻水、污水等供用数据采集、监控和管理。
    企业蒸汽、压空、氮气等供用数据采集、监控和管理。
    企业电能供用数据采集、监控和管理。
    企业入厂煤炭计量数据采集、监控和管理。
    企业原油(作为能源)入厂及内部供用数据采集、监控和管理。
    企业天然气入厂及内部供用数据采集、监控和管理。
    

三、企业能源计量信息集成管理系统的结构形式

    系统采用全分布开放式系统结构。整个系统分为两层:仪表计量层(包括人工录入)与信息管理层。所有现场仪表信号进入采集卡通过企业内部光纤网络上传至系统主服务器。所有监控界面和数据通过Web实时发布。整个系统以调度室为核心,调度控制中心用于集中数据、遥测遥信各种介质的计量、管网数据的平衡和各远程站点(以下简称“场站”)的运行。调度控制中心通过适当的通信系统,利用安装在各场站的远程终端单元(Remote Terminal Unit,RTU)采集各类不同的能源计量数据,及时分析、处理,并对管网进行远程监视,保证各类介质安全、稳定、连续地输送。同时向管网与运行相关的管理部门传递和交换信息。
    系统主要由三部分组成,实现管网的实时中央监控和管理操作的功能:
    第一部分:调度控制中心,集中对实时采集的计量数据进行监控和管理。
    第二部分:通信系统,采用光纤或五类线有线通信方式。
    第三部分:采集场站或计量集中采集柜,主要包括对传感器、变送器、就地显示仪表、智能仪表、积算仪、DCS、现有服务器等计量数据的采集等。
    

四、企业能源计量信息集成管理系统网络拓扑结构

    1.网络设计原则
    (1)实用性
    网络设计不仅能够满足集团目前使用的要求,还能适应未来若干年以后的网络发展需要。网络平台具备多网络协议的支持能力,以避免原有网络设备投资的浪费。
    (2)安全性
    网络系统是一个安全系统,并具备各种安全保卫手段和措施,如通过VLAN的划分和交换机过滤技术来保证网络安全性。
    (3)先进性
    为保证网络能够适应未来若干年的发展,网络中的硬件与网络协议都采用与国际标准兼容的开放协议。
    (4)适用性
    由于计算机技术的迅速发展、新技术不断产生,同时为保证对新技术的支持,设备的投资和资源在不断地增加。为避免设备投资的膨胀,方案要求网络硬件具有较高的性价比及最佳的适用性。
    (5)可靠性
    网络要求具有较高的容错性能,网络设备要求具有高性能的容错技术,以确保网络系统不间断运行。
    2.网络拓扑结构图(见图1)
    

【技术】企业计量信息集成管理系统的建设与应用

<CTSM>    图1  企业能源计量信息集成系统网络拓扑结构图</CTSM>
    

五、企业能源计量信息集成管理系统的实施

    企业能源计量信息集成管理系统是一项综合性的系统工程,它是集测量技术、计算机技术、通信技术于一体的综合性的集成控制系统工程,并且是融合了先进的RTU技术、现场总线技术、网络通信技术、数据库技术、SCADA/HMI技术及客户/服务器(Client/Server,C/S)技术等的一体化工程,其主要目标是对企业能源计量系统的供出、使用、输配、损耗的全过程进行监控和管理调度,实现生产信息、管网状况的自动化收集、分类、传送、整理、分析、存储以及企业内部能源管理、财务结算、生产节能、市场信息、对外协调交流信息的自动传递和共享。数据服务器通过网络实现数据采集,再将数据存入数据库中。数据服务器同时提供Web服务。数据服务器与企业MIS之间进行有效的病毒隔离,增强数据的安全性。局域网中的其他浏览终端通过访问服务器的Web服务就可以对数据进行统计和管理。
    1.现场能源计量表计的信号采集
    将现场能源计量表计,全部用智能控制器与采集卡组成网络或全部用带RS485通信的智能积算仪进行积算部分功能的改造,其作用如下:
    (1)解决了现场表计自动清零问题。
    (2)解决了原始数据设定问题和人为修改问题。
    (3)解决了DCS累计可以人为修改造成的问题。
    (4)解决了表计需要补偿的问题,同时还可将计算好的数据传给DCS。
    2.虚拟网络技术的应用
    所谓虚拟专用网(VPN:Virtual Private Network,)就是在一个公共网络的基础平台上,构建一个专门给用户使用的虚拟网络,这个虚拟的用户专用的网络负责将地理上分布的用户的各个网络结点连接起来。从网络空间看,虚拟专用网络在中间,用户的网络结点在边缘。通过虚拟专用网络的连接,用户可以根据自己的意愿分配各个结点上的地址空间,可以自己安排各个结点之间的路由关系。公司信息中心为计量网络系统设立了VPN的专用IP地址:10.98.62.1~10.98.62.255。本方案使用了17个地址:10.98.61.4~10.98.61.17(串口服务器)、10.98.61.1~10.98.61.3(操作员工作站)。
    站控层利用企业内部网络将各中心在地理位置上不在一起的采集站连接成为一个总体网络。这对于企业来说是以最低的成本来获得最高的收益的一个很好的途径,可以实现企业内部的资源共享、文件传递等,可节省在采集站之间架设专线所带来的高额费用。
    利用采集控制器设备转换成以太网数据格式通过公司内部网进行发送,在调度中心设置计量服务器、计量网络操作站和Web发布站,这样在调度中心可看到整个能源数据情况以及实时平衡状况,同时服务器可时刻形成所需的各种生产报表和财务结算所需的报表,可随时通过网络和权限发送和调阅。
    3.与现有数据系统的数据交换
    (1)供出蒸汽计量数据在热电中心,可利用其现有数据库,与计量信息集成管理系统服务器直接交换数据。
    (2)天然气总门站的数据采集采用与西门子PLC通信的方式解决。
    (3)动力中心液化岗位氮气等计量数据采用与三菱PLC通信的方式解决。
    (4)现有水系统数据以OPC方式从水务中心监控系统获取。
    4.系统软件
    (1)操作系统软件
    操作系统包括SCADA服务器、数据库服务器及工作站操作系统,均采用Windows平台操作系统,工作站选用Windows XP操作系统,服务器选用Windows Server 2003操作系统。
    (2)SCADA监控软件
    SCADA系统上位监控软件建议选用较流行的工业组态软件,通过优化现场的操作降低了用户的成本。基于真正客户-服务器的结构体系,提供了最大的灵活性,业界已证明的稳定可靠性,以及方便快捷的安装和管理功能,提供实时数据库的Web服务。
    (3)服务器软件
    系统由Web服务器、数据服务器组成信息管理服务器。系统以数据校正与数据发布服务为主,该系统具有最新数据平衡显示、数据查询、数据统计分析、报表生成、报警查询、系统管理和设置等功能。
    操作系统可使用Window Sever 2003及以上操作系统(需安装.Net框架,通过IIS发布数据服务),数据服务系统软件由微软可视化开发平台Visual C#.Net制作,数据库可采用MS Server2005等。
    

六、企业能源计量信息集成系统的应用

    1.通过电能消耗,及时进行电力调度和负荷调整
    系统对现场500多个电能表的信息进行RS485传输采集,各用电单位随时监控装置和主要用能设备的电能消耗情况。对每个生产装置的高配、低配和主要用能设备用电情况进行监控。生产单位根据每天分时用电情况和每月分天用电情况,每月进行耗能分析。系统为优化装置运行、节能降耗提供有效的支撑。
    2.通过蒸汽管线温度、压力、流量实时监测,及时进行蒸汽管线损耗分析,为蒸汽管线优化运行提供保证
    公司现有9.0MPa、3.5MPa、1.3MPa三个等级蒸汽管网系统,蒸汽全部由热电中心供出。9.0MPa高压蒸汽由热电中心分两路分别供PTA一、二装置,流量为80t/h,管线长度约为150m、200m。3.5MPa中压蒸汽由热电中心分三路分别供短纤一、二、中空/开发装置,流量约为45t/h,管线长度约为600m、900m、1500m。低压蒸汽管网相对比较庞大、复杂,蒸汽用户较多,分布于公司生产、行政及生活区,共有10条主管线,管线长度约为20km,流量随季节变化较大,最小流量约为130t/h,最大流量约为250t/h。
    公司依据能源计量信息系统,建设蒸汽管网热损分析与智能管理系统。系统能准确分析蒸汽主系统管线内部蒸汽温度、压力、流速及凝结水等情况,及时改变蒸汽运行方式,减少蒸汽温降和管线散热损失。
    系统能评估保温状况,通过改善保温,减少管线散热损失。
    通过测算,可节省蒸汽3t/h,蒸汽价格按100元/t计算,年直接效益为237万元。
    3.通过原油消耗监测,及时分析热煤炉效率,为热煤炉优化运行、清灰检查甚至大修提供依据
    公司有热煤炉20台,每年烧原油(重油)约12万吨,热煤炉的节能降耗是公司的重要举措。
    公司在每台热煤炉的入口安装质量流量计,并将质量流量计信号采集进计量系统。生产中心每天监控燃油计量情况,每班统计燃油消耗数据,每月进行炉效分析,以便及时组织安排热煤炉保温检查或炉膛清灰工作。必要时,为热煤炉设备更新提供决策数据。公司加强热煤炉管理,统一、规范作业标准,制定热煤炉清灰作业标准,根据排烟温度上升趋势和热效率下降趋势,及时安排清灰作业。通过优化管理,公司热煤炉平均热效率由不到86%提高至89%。

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