1 系統整體設計

1.1.1 設計定位

能源管理中心的設計定位是：

1) 對公司范圍內能源系統的生產、分配和使用環節實行扁平化的監控、管理和系統優化；

2) 對公共能源設施的現場動力場所，主要包括各變配電所等現場自動化裝置進行必要的適應性改造，逐步實現以遠程監控為標志的一體化集中監控和調度管理；

3) 對動力系統的異常和故障借助于綜合監控系統的信息進行快速判斷和處置；對廠區污染物排放情況進行監視、監測和管理。

4) 在能源管理中心的基礎上，實施“數出一處，量出一門“的集中管理模式，提高公司能源管理的效果，建立以客觀數據為依據的能源考核評價體系，推進公司節能減排工作的開展。

總體目標：實現一體化能源監控、調整和管理，達到當前國內先進水平。

1.1.2 綜合監控范圍

? 能源公用工程

1) 監測的能源介質主要有：電力、蒸汽。

2) 監測的介質物理信號有：電壓、電流、功率、電量、壓力、流量、溫度、閥門的開閉、調節閥的開度、開關信號、設備的運行狀態等。

? 能源計量

對各生產工藝單元的能源（電、汽（氣）、煤等）使用量（累計量）進行采集，進入EMS系統，這些數據是基礎能源管理的最基本數據。

? 主工藝生產線

對主要能耗設備、能源轉換設備的運轉狀態進行監視；對重要故障信息進行報警；對能源使用量做調整及優化管理。

1.1.3 系統組成

能源管理中心基本架構如下頁圖所示。

系統采用高速工業以太網和千兆中央以太網的兩層結構，采用B/S模式。

中央以太網用于連接服務器、操作站、能源管理用計算機、工程師站、網絡打印機。

共有以下設備將通過UTP電纜直接掛在中央以太網上：

? 數據庫服務器

? 實時數據庫服務器

? Web服務器

? 應用服務器

? 工程師站

? 電力系統操作站

? 水/環保系統操作站

? 能源管理用計算機

? 網絡打印機

1.1.4 網絡架構

本系統總體上采用分層分布式體系結構，按照縱向分為主站管理層、網絡通訊層和現場測控層三大部分，如下圖所示：

主站管理層從網絡上可分為企業內網和公網兩部分，由若干服務器和終端計算機組成。內網服務器根據系統負載情況（包括接入點數量、采集頻率、Web訪問量）擴展為兩臺實時監控服務器，兩臺數據庫服務器及多臺Web服務器，可實現監控服務和數據庫服務的雙機熱備和Web服務的負載均衡功能。Web終端用戶包括能源管理人員-使用該系統進行能源的分析和管控；用能用戶-對自身的用能情況進行查詢；企業管理人員-瀏覽相關報表，提供決策支持。公網服務器與內網Web服務器功能相同，對外網用戶提供相關數據的查詢和報表展示功能。

網絡通訊層以交換機、路由器、防火墻及相關網絡線路組成，根據企業場地的大小及對網絡通訊質量的要求，主干通訊網絡可鋪設光纖。企業內網和公網之間可采用防火墻、路由或者網閘進行隔離。

現場測控層主要由數據采集器、電能表、電力測控儀、電能質量監測儀及各類傳感器、繼電器組成。根據現場情況，各儀表及傳感裝置通過現場總線，與數據采集器進行數據的交互，然后數據采集器通過IP網絡實現與主站的數據傳輸功能。

1.1 數據接入

1.1.1 能源計量數據的采集

公司能源計量主要是將全廠的一級和二級及部分三級計量信號集中采集到能源管理中心中，在計量點相對集中的位置設置計量數據采集站(PLC系統)，以RS485接口，MODBUS等通訊協議采集計量數據，采集的數據由現場儀表進行累計或者數據補正等，并通過通訊協議傳輸至計量數據采集站，由計量數據采集站通過以太網協議將數據送至EMS服務器中。

為了提高能源系統的管理水平，達到精細化管理的要求，需要對能源計量系統進行改造，改造原則如下：

- 對不能上傳信號的二次儀表進行改造；

- 對現有損壞的計量儀表進行更換；

- 對一二級計量信號缺少的進行增加，對必要的氣體介質信號進行補正；

- 對機械式儀表進行改造，改為具有上傳功能的儀表；

- 按照采集點相對集中的原則，在全廠布置EMS的采集子站，就近接入方式，用于采集全廠的EMS能源計量信號。

1.1.2 配電監控系統接入

1) 電力系統接入方案

? 電度表計量信號采集

在需采集電度表信號的變電站或配電站內增加電能采集器及交換機設備，對于已有電能采集器的站點，采用新的電能采集器替換原有采集器。電度表計量信號通過485方式接入新增的電能采集器，計量信號通過能源工業網上傳至能源中心。

? 有綜保、有后臺變電站的信號采集

對站內的遠動機的軟、硬件需進行升級。升級后該遠動機將站內的綜保和電度表相關的信號進行整合后，通過獨立的以太網接口接入到EMS就近的子站交換機上，并通過EMS環網上傳到能源管理中心。

? 有綜保、無后臺變電站的信號采集

對于部分有綜保但無后臺的系統，需進行改造增加通訊管理機，通過通訊接口機對站內綜保系統進行整合，再由遠動機將數據上傳至能源管理中心。

2) 發電系統接入方案

發電機組運行狀態和重要故障信號可以通過增加通訊采集裝置從控制室DDC或PLC系統采集，或者安裝DDC系統OPC驅動軟件與EMS系統以OPC方式通訊。

1.1.3 分散控制系統接入

EMS將配置OPC通訊服務以及增加通訊網關，將空調設備的狀態、能源介質發生量和使用量等信號，通過OPC通訊方式接入能源管理中心進行遠程監視。

? 空調控制系統接入

? 中水控制系統接入

? 鍋爐控制系統接入

? 空壓機控制系統接入

? 制冷控制系統接入

1.1.4 生產管理系統信號采集

能源管理中心與生產管理系統需進行產量數據交換，通信協議為TCP/IP，服從信息化系統提供的統一通訊方案。

2 能源管控措施

2.1 辦公區空調改造方案

辦公區空調可采用余熱回收的方式包括蒸汽余熱回收和空壓機余熱回收的方式減少成本。

蒸汽余熱回收：

把硫化后的蒸汽、冷凝水回收，進行循環供熱，節省成本。（需要知道回收水溫度是多少，水量是多少）

問題：水質不好

解決方案：以板換的方式，回收余熱，蓄水池采用一主一備方式建設

空壓機余熱回收：

原理：回收空壓機冷卻水，集中到蓄水池。通過板換回收余熱。

廠區中央空調控制

綜合管控廠區平均溫濕度，溫濕度傳感器多點平均分布，定點監測，保障溫濕度要求。

2.1.1 能源流向

系統以工序樹形結構的形式展示全公司電能流向圖，包括變電站的功率，各種工序的功率、能耗、電能參數，設備的工作狀態，是否過壓過在等信息。

2.1.2 空調監控

通過分區監控開機臺數、溫度、濕度、能耗、是否熱水優先、旁通閥狀態等數據監控空調運行狀態和節能狀態。

2.1.3 電力流向

系統以工序樹形結構的形式展示全公司電能流向圖，包括不同工作狀態下的工作項目，對各個區域分區監測，監測其瞬時流量、壓力、溫度、總用氣量等數據，進行分析記錄。

2.1.4 硫化監控

監測設備瞬時流量、壓力、溫度來記錄其運行情況，通過檢測分區監控開機臺數、產量、單耗、超標報警、用氣量、旁通閥狀態、熱水量來檢測運行狀態，當運行異常時及時報警。

圖4 1-4 硫化工藝報表示意圖

2.2 空壓機系統節能控制

2.2.1 空壓機集中控制+變頻調速

空壓機在工作中，由于負載的不穩定導致供氣管網壓力的波動，進而導致空壓機的頻繁加卸載。而空壓機卸載不產氣的同時會消耗滿載能耗的70%的能耗。空壓機節能控制系統利用智能算法，控制空壓機運行，使空壓機匹配負載、按需供氣。

控制系統功能主要有：

空壓機群管理

單臺變頻空壓機輔控

氣體流量計量管理

空壓機房設備維保管理

管道供氣節能管理

冷卻水循環監控

冷卻水閥門聯控

控制系統功能主要有：

? 空壓機群管理：實時檢測空壓機排氣壓力溫度、運行狀況，依據用氣情況合理控制空壓機運行數量，平衡空壓機運行時間。對空壓機運行異常進行報警，并對空壓機運行情況進行記錄、存儲。

? 單臺變頻空壓機輔控：通過變頻系統調節單臺空壓機運行，穩定壓縮空氣系統整體壓力。

? 氣體流量計量管理：實時監測壓縮空氣管網壓力、流量、露點，壓力異常時進行報警。

? 空壓機房設備維保管理：空壓機房內設備維護保養記錄管理，相關設備維護定時提醒。

? 管道供氣節能管理：安裝管道供氣節能管理單元，對氣體流量高精度控制，實時控制高壓氣體溢流量。

? 冷卻水循環監控：實時監測冷卻水壓力、溫度，根據冷卻水用量調整水泵運行冷卻水異常報警。

? 冷卻水閥門聯控：根據空壓機運行情況對冷卻水閥門進行連鎖控制。

2.2.2 空壓系統余熱回收

2.3 板式換熱器余熱回收

板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進行熱交換的理想設備。它具有換熱效率高、熱損失小、結構緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、應用廣泛、使用壽命長等特點。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數比管式換熱器高3-5倍，占地面積為管式換熱器的三分之一，熱回收率可高達90%以上。

2.4 制冷站節能控制

單控模式、手控模式、群控模式；

使原有的制冷系統一直運行在最佳工況；

對現有水泵增加變頻流量控制；

對現有冷卻水塔增加變頻控制；

冷凍水溫的設定根據冷量及機組運行進行調節；

水泵控制總控系統內，根據總負荷進行調解

4.4.1制冷站節能健康

中央空調節能控制系統對空調水系統采用自適應模糊優化算法實現系統效率最佳控制。

3 系統功能簡介

3.1 能耗監測

功能介紹：展示工控系統、PLC、廠區區域能耗、現場表計讀數等實時數據，5秒刷新。

3.1.1 工藝流程圖

功能介紹：作為工控系統的集中監控，展示現場各工控系統的監控畫面及參數。包括【空壓控制系統】【制冷控制系統】【空調控制系統】。

圖5-2-7 工藝流程圖

3.2 區域能耗分析

功能介紹：實現企業分類、分區域、分班組、分生產類型等方面的能耗對比分析、變化趨勢分析，以及能耗數據的指標分析等功能。

3.2.1 區域能耗綜合查詢

功能介紹：滿足用戶對企業各區域能耗的歷史數據進行多角度查詢的需要，允許用戶自行定制查詢條件（包括自定義區域、自定義能耗類型、自定義時間頻率、自定義數據類型等），并支持自定義查詢方案的編輯，手動錄入和自動計算的數據都在查詢的范圍之內。

圖5-5-1 區域能耗綜合查詢界面

3.2.2 區域能耗分析

功能介紹：主要展示廠區內所有區域的能耗量以及能耗排名、能耗占比，使管理人員了解全廠的重點用能區域。

圖5-5-4 區域能耗分析– 排名及比例分析

從界面中我們可以看到，顯示對某企業下的各區域在某數據類型的某能耗分類分項屬性值進行對比分析，包含各區域的排名、占比以及數據。

圖5-5-5 區域能耗分析– 趨勢曲線

3.2.3 班組能耗分析

功能介紹：此功能主要是對工業企業中具有輪班制的車間進行不同班組時段的能耗情況進行對比分析，同時可對比生產管理部制定的排產計劃，分析班組能耗是否正常。

圖5-5-7 班組能耗分析

從界面中我們可以看到，界面中的內容包含：班組用能排名、班組用能占比、班組用能數據列表。

3.3 能源優化診斷

用能診斷

從車間區域/設備能耗量值的角度進行診斷，包含用能區域/設備能耗各時段數據、能耗限值、當日能耗總量，月平均日能耗總量、本日能耗突增量、突增原因、及問題屬性等。

從用能損耗的角度進行診斷，幫助管理人員及時發現滴冒跑漏、能耗浪費問題，并給出管理建議等。

3.4 產品用能分析

功能介紹：此功能是對產品相關數據進行統計分析，包括【產品能耗綜合查詢】【產品分類能耗分析】【單位產品能耗分析】【分類能耗產品對比】【產品指標分析】等功能。

3.4.1 產品能耗綜合查詢

功能介紹：滿足用戶對企業各產品產量、能耗的歷史數據進行多角度查詢的需要，允許用戶自行定制查詢條件（包括自定義區域、自定義產品、自定義能耗類型、自定義時間頻率、自定義數據類型等），并支持自定義查詢方案的編輯，手動錄入和自動計算的數據都在查詢的范圍之內。

圖5-6-1 產品能耗綜合查詢

3.5 設備用能分析

3.5.1 設備能耗綜合查詢

功能介紹：此功能主要滿足用戶對設備的歷史能耗進行多角度查詢的需要，允許用戶自行定制查詢條件，并支持自定義查詢方案的編輯，手動錄入和自動計算的數據都在查詢的范圍之內。

圖5-7-1 設備能耗綜合查詢

3.5.2 設備能耗分析

展示所選設備某一能耗分類的本期值和同期值的能耗對比及趨勢曲線。

圖5-7-3 設備能耗分析– 能耗對比

從界面中我們可以看到，所選設備的某一能耗分類本期值和同期值進行比對分析，包含內容：各設備能耗排名柱圖、各設備能耗占比餅圖、各設備能耗數據列表。

圖5-7-4 設備能耗分析– 趨勢曲線

從界面中我們可以看到，此界面以折線圖和數據列表的形式向用戶展示所選設備的某一能耗分類本期值和同期值的對比分析。

3.6 能源指標定額考核、報表分析

3.6.1 能源指標考核

能源定額考核：

用戶可導入或者手動輸入部門/班組各分類能耗定額，系統可根據實際能耗使用量，進行計劃值與實際值的對比。

能效對標分析：

對區域及設備能耗指標進行多角度比對分析，與國家標準、省市級標準、行業標準進行對比、限額和節能量目標對比。當對標出現差異時，可幫助管理人員可迅速分析判斷能耗變化趨勢，便于管理人員挖掘節能潛力。

3.6.2 報表分析

綜合能耗報表

系統提供報表自定義工具，用戶可根據管理的需求自定義報表內容、格式、生成周期、導出/發送規則。報表內容包括所有區域能耗、設備能耗數據，以及能源消費機構等。可根為管理決策和能源審計提供數據支撐。

系統定期生成企業主要用能設備的基本信息及運行狀況報表，加強對能源計量器具的跟蹤檢測和管理。

圖5-9-1 報表查看

4 系統功能—手機APP的應用

功能介紹：移動端手機APP應用

平臺支持移動端查看企業的實時能耗數據，便于管理人員隨時隨地的對能源消耗進行管理。

用戶在手機頁面查看關心的每個區域的用能數據簡報，  系統默認根據不同用戶的角色，提供不同的區域以及簡報內容。

在系統內的遙測越限、項目內設備異常、系統故障狀態、指標越限發生異常情況時，會在APP中進行即時的報警消息推送，用戶可以登錄APP進行即時查看其異常消息，及時知道異常情況。