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能源系统平台解决方案


CEMS企业能源监测解决方案

1、项目概述1

1.1 项目计划1

1.1.1、CEMS能源管理平台建设步骤1

1.2 参考标准1

1.3 设计原则2

1.4 项目组织3

1.5 项目组职责与分工4

1.6 用户职责6

2、系统架构及软硬件清单6

2.1、系统架构7

一、层次划分7

二、CEMS能源系统整体框架图7

数据架构8

、数据存储和展现频率9

、数据传输9

权限管理9

2.2、硬件清单9

2.3、软件清单10

3、需求及功能设计11

3.1数据采集系统设计11

3.2能源管理系统功能设计12

1、实时数据监控(在线抄表)(c/s13

2、能耗系统(B/S)14

3、能源分析系统18

4、结构分析21

5、能源消耗预测22

6、能源计划22

7、能源成本分析23

8、分品类分工序计算23

9、硬件设备数据采集设备介绍24


1项目概述

CEMS 能源管理平台集成了仪表数据采集、数据处理和历史数据存储,实现能管数据实时采集(自动抄表)、能源对比与分析、能源预警等功能,另外扩展延伸能源优化分析、能源成本管理等管理功能,帮助企业能源实现科学管理,为“管理节能,技术降耗”提供快速决策的管理工具。

1.1 项目计划

1.1.1CEMS能源管理平台建设步骤


1.2 参考标准

本方案中满足如下技术要求:

ISO 50001能源管理体系

GB/T 23331-2009 能源管理体系

GB T 15587-2008 工业企业能源管理导则

GB 17167- 2006 用能单位能源计量器具配备和管理通则

GB/T 2589-2008 综合能耗计算通则

GB/T 3484-2009企业能量平衡通则

GB/T 8222-2008 用电设备电能平衡通则

GB/T 7119-2006 节水型企业评价导则

GB/T15316-2009节能监测技术通则

GB/T 13471-2008 节电技术经济效益计算与评价方法

GB/T 18725-2008 制造业信息化 技术术语

GB/T 26327-2010 企业信息化系统集成实施指南

GB/T 26335-2010 工业企业信息化集成系统规范

GB/T 18726-2011 现代设计工程集成技术的软件接口规范

GB/T 18729-2011 基于网络的企业信息集成规范

GB/T 25485-2010 工业自动化系统与集成 制造执行系统功能体系结构

1.3 设计原则

1、先进性

系统基于B/S和C/S复合结构,用户可以通过Internet浏览器远程登录系统中心服务器。不同用户根据各自权限的不同,浏览不同仪表能源使用状况。工程师通过Internet浏览器登录服务器,拥有最高级别的管理权限,既可实现工程的远程在线维护,第一时间响应客户的需求。

2、安全性

系统数据库所采用的数据库系统,保证原始数据不可修改,对能源进行计量和结算的模型等在相应数据库中进行,数据只有在授权许可下才能修改,建立完善的安全措施,对不同等级用户,设立相应的访问权限,以保证能源数据的合法性和严肃性。同时系统支持数据自动或人工备档和恢复。

3、开放性

系统具有充分的开放性能,软件系统已经在接口和功能上进行了预留,只需通过简单的配置,即可允许不同厂家的产品组成一个完整的系统,并通过丰富的内置软件接口(OPC等)与第三方系统无缝集成,提供低成本集成管理解决方案。

4、数据完整性

由于能源数据具有累加性和传递性的特点,要求在任何情况下都不允许丢失能源原始数据,特别是在进行分段、分费率统计和结算时,尤为重要。在本系统中,通过在采集处理及传输等环节采用多种技术手段以确保数据完整。

5、可扩展性

系统方案中的总线能力、软件资源、模块IO点配置均留有一定的余量,以便根据业主要求灵活增加少量控制点而无需增加额外的费用。系统设计采用网络化结构方式,充分考虑了用户今后分能源中心的扩展及功能扩展的需要,可以很容易地通过增加本地采集仪表的方法实现,而且还能通过网络拓展,扩展新的控制网络总线,系统规模可以成倍增加。

6、规范性

本系统的关键硬件设备是数据采集仪,安全可靠、对应所有主流计量表具。主要特点是:数据采集仪应支持周期方式数据采集、固定时刻数据采集和当前时刻数据采集,并可接受数据中心通过数据管理平台下达的命令及相关设置。

1.4 项目组织

针对能源管理项目,我公司成立专门的项目实施团队,具体的人员构成见下图:



1.5 项目组职责与分工

为确保项目的有效实施,双方将明确项目的领导机构及主要责任方的职责。在项目实施过程中,项目领导小组及管理层的重视和支持是非常重要的。承建单位将与共同建立适当的组织架构,通过双方项目工作小组分工合作,明确职责,共同推进。

1)项目领导小组

● 双方共同责任:

■ 督导能源管理监控管理系统建设项目的实施工作;

■ 协调项目实施资源;

■ 协调解决项目中碰到的疑难问题。

● 领导小组责任:

■ 批准能源管理中心系统建设实施方案;

■ 负责制定能源管理分析系统运行管理的流程和制度;

■ 审批能源管理分析系统所进行的各项阶段性报告或成果。

2)专家及质量保证

由相关行业专家组成。

● 双方共同责任:

■ 参与阶段性评审;

■ 给项目进行指导;

■ 确保项目符合行业质量要求。

3)承建单位项目工作组

承建单位项目工作组由项目经理、实施工程师组、开发组、网络组、质量管控员共同组成。

a)项目经理:

项目经理是项目管理的核心,是项目组的灵魂。项目经理的管理素质、组织能力、知识结构、经验水平和领导艺术等都对项目管理的成败起着决定性影响。

● 职责:

■ 组织制定能源管理中心系统建设项目各期工作计划;

■ 与项目经理密切沟通,共同协商项目的组织工作;

■ 协调组织项目组与其他部门人员共同召开的项目工作会议;

■ 组织承建单位项目组的人员完成项目中的各项工作及相关项目提交物,确保项目按计划成功实施;

■ 定期向汇报项目进展情况;

■ 负责对项目实施过程中的工作质量、文档质量等进行审核及管理。

b)实施工程师:

实施工程师组由承建单位的实施人员组成。

实施人员具备通讯调试知识、生产管理知识和电气设备改造实施的经验,对承建单位实施方法论有深刻的理解,能够理解的各类要求,辅助项目经理完成项目配置与推动工作。

● 职责:

■ 完成项目具体实施等配置工作,如环境搭建、项目配置、数据准备;

■ 组织进行操作培训;

■ 配合用户测试;

■ 具体维护工作。

d)开发工程师:

开发工程师组由承建单位的开发人员组成。

开发人员具备良好的技术能力,熟悉开发语言与常用软件接口,能够根据的各类接口要求,完成软件及接口开发工作。

● 职责:

■ 完成软件开发工作

完成仪表数据采集

■ 完成接口开发工作。

1.6 用户职责

与我公司一起沟通、确认项目计划及安排。

组织相关人员按计划参加用户需求调研活动及最终用户测试活动。

负责协调第三方厂商与我公司之间的接口会议,督促第三方厂商提交所需要的接口数据。

我公司项目团队各阶段的文档即成果进行判定。包括协调对用户需求的确认,对系统测试的验收等。

负责协调我公司团队在现场活动所需要的资源,如工作环境、测试环境、开发环境等。

提供测试或上线所必须的基础数据。

2系统架构及软硬件清单

2.1系统架构

一、层次划分

仪表及网络层:涉及到一级、二级、三级计量仪表的安装及网络合理布局。

数据采集层数据采集设备通过无线网络和485结合的方式集中采集现场仪表的计量数据和实时工况数据,并能远传到相应的系统中。采集各个用水、用电、用汽点的远传水表、蒸汽表的实时数据信号。数据采集设备目前常见水表接口和协议转换,能实现原有脉冲电表和新增多功能表实时采集。并有断电续传及本地存储功能。可以配置多路通讯地址满足集团及工厂实时数据传递。

工厂数据存储及展现层实时数据存储、处理,数据趋势和数据报警信息处理,业务数据生成和处理、报表生成、移动终端数据处理、能源管理模型的定义和生效、算法及模型、系统配置;

集团能源系统对接

支持工厂级存储数据通过OPC接口实时传递

支持通过数据多路数据采集设备进行实时数据传递

数据接口:与SAP系统、其它软件系统的数据交换。

二、CEMS能源系统整体框架图

三、数据架构

仪表的要求:支持485/232接口,支持MODBUS传输协议,或都其它数字接口。

中心机房:配有专业的GGD低压电容开关柜,水表或者电表、蒸汽表通过带有屏蔽的数据线、电源系统连接到中心机房,中心机房安装专业的485通讯采集设备,并且预留相应的通讯采集设备。

数据采集:数据采集部分有两种方式可同时传递工厂工作站和集团平台,一种方式是增加数据采集设备,直将数据传递工厂和集团,另一种方式进增加工业电脑,安装采集软件,将仪表数据采集过来后,再传递给集团进行数据整合。

工厂级工作站:可以配置专业的工业电脑进行实时数据的显示和分析

集团平台:通过数据采仪或者工业电脑接收仪表数据。

四、数据存储和展现频率

能源管理系统的数据分为实时数据、历史数据和业务数据。

实时数据由工厂级采集软件进行采集和显示,频率可以自定义,一般都是5秒-10秒之间,分厂的实时数据来自仪表计量或者仪表计量系统,集团的实时数据来自分厂的数据。

历史数据是对实时数据的历史查询,分厂的历史数据是对分厂实时数据的查询,频率在秒-分钟。集团的历史数据是对集团实时数据的查询,频率在5分钟以上。

业务数据一部分是从历史数据中按照周期进行采集和计算的结果,一部分来自手工录入,另外还有一部分来自其他系统的传入,业务数据都存储于ORALCE数据库或者SQL Server中。

数据备份采用SQL Server的增量备份,提供5年内数据在线查询。10年内数据离线查询。

五、数据传输

作为开放架构的软件系统,能源管理系统通过实时数据接口和业务数据接口提供第三方系统的集成接口。

系统提供OPC、SOCKET实时数据接口对外提供实时数据,支持modbus,ODBC工业数据采集标准协议采集第三方数据

第三方系统可以通过能源管理系统提供的WebService接口进行数据通信。

六、权限管理

能源管理系统可以提供对用户、角色分别设置权限,分别进行功能和数据级别的控制。

2.2硬件清单

硬件及仪表

服务器和存储设备配置可确保工厂5年的数据量的使用需求,同时能满足数据采集频率的要求。

计量仪表安装位置需进行现场调研后确认。

蒸汽流量计流量计在安装前先进行预安装,以节省安装时间。

数据采集设备能具将数据传递工厂的同时,传递给集团

硬件名称

描述

水表

对水的流量进行测量,带有485通信功能

蒸汽表

对蒸汽进行测量,带有485通信功能

集线器

对仪表线路进行汇总

配电柜

线路、网络设备汇集处

数据采集仪

数据采集传输

工业电脑

工厂级数据展示

2.3软件清单

本次项目所提供的软件如下表所示

名称

数量

描述

Microsoft SQL Server

1

提供数据库及报表服务

数据采集软件

1

实时数据采集和在线监控软件平台

能源管理平台

1

用于历史数据的归档存储

3需求及功能设计

3.1数据采集系统设计

一、工厂数据采集

能源数据采集子系统结构如下图所示。

注:蓝色边框部分为需要建设的系统基础部分

系统中涉及到多种多样的计量装置,包括多种电能表以适应不同电能测量统计,包括多种流量计以便测量不同的液体,如纯净水,自来水,软化水等。多种蒸汽流量计以便测量生产过程中需要用到的多种蒸汽。

系统数据的接收与传输由有线和无线网络传输协议来完成。多种计量装置经485 线与中心机房连接,连接到数据采集设备,数据采集设备通过无线网络或者有线网络,将数据传递给工厂客户端和集团总部服务器。

在此系统设计中,我们主要需要考虑下几个方面内容:

1、可扩展性。在系统后期安装、调试以及未来的维护过程中,将会频繁的对系统的硬件和软进行升级扩展。如厂区增加新设备时,则此也应当增添应的数据采集模块用于此设备耗电、水以及蒸汽等情况,因此系统需要有强大的可扩展性以满足公司生产工艺改造对能源监控、调度和管理需要。

2、可维护性。系统在安装调试与后期运行过程中,将不可避免的需要经常维护,为了使后期工作方便快捷,我们需要在系统设计过程中充分考虑所有可能的情况,增强系统容错性,并采用当今比较成熟稳定技术方案、使用最新的设备,系统具有适性和维护。

3、数据一致性与准确。在采集电水蒸汽的过程中,数据的错误极易导致系统的不可用,因此系统的源数据的采集和存储非常重要,一定要达到数据来源的一致性和准确性。

3.2能源管理系统功能设计

一、能源管理概述

能源管理不是单一维度管理,通过能源管理系统实现各种能源介质的管理工作,最大限度地利用能源,通过系统了解生产运行实际运行情况,平衡能源供给和使用。配合各种能源相关管理手段,确保能源保供有序进行。通过能源管理系统可以利用明确数据协调组织能源外购以及平衡。

对于无法自动采集的数据系统支持能源数据的手工输入功能

1、实时数据监控(在线抄表)c/s

远程抄表 485总线或GPRS通信终端定时将现场仪表采集的数据通过信号线或移动通信网络上传到管理中心计算机,抄表员工无需去现场进行抄表,直接在客户端或者手机端进行查询仪表的数据。

实时数据分为实时列表、实时总览二种方式进行展示:实时列表一次展示所有仪表的运行参数数据;实时总览同时展示所有仪表的运行参数数据。

1)实时数据监测平台:可根据不同种类或者不同的区域。自定义显示画面。

   2)实时工况图

2、能耗系统B/S

能源计量统计模块实现企业能源流程中各环节计量统计信息的搜集汇总和计算分析,通过准确、及时、系统地统计企业能源购进、贮存、加工、转换、输送分配、使用消耗等环节基础数据,如实反映企业能源系统流程的数量关系和平衡状况,揭示能源形成、能源使用方向及变化状况,为用能企业生产、经营管理者提供能源统计信息和有效的能源管理决策依据。

●自动完成满足条件的能源数据的计算,减少用户填报及计算的工作量,避免错误的发生;

● 按公司、分厂、工序和重点耗能设备,选择查询时间和具体指标名称,查询各个级别的消耗量

● 自动生成班次、日、月、年能耗统计报表

同比分析:进行水电汽消耗数据本期数据与历史同时期对比

环比分析:进行水电汽消耗数据本期数据与上一统计段对比。

1)历史数据查询

历史数据是将实时数据转存数据库后,取出以列表形式展示,以便于后期导出历史数据进行分析使用。

历史数据分为历史总览和历史详情两种:历史总览是对单块仪表一段时间内的如电压、电流、功率、功率因素等多参数历史数据进行查询;历史详情是对单块仪表一段时间内的单参数历史数据进行查询。历史详情功能适用于单指标分析。

历史总览界面--历史详情界面

2)预警管理

预警管理有实时预警和历史预警。预警是通过对运行参数设置上下限阀值来判定的。当低压380V的电压波动,高过设定的上限阀值390V达到391V,系统根据判定产生实时预警信息提醒用户并记录在实时数据表,当电压稳定下来,低于390V后,该预警转存到历史预警数据表中,后期可通过时间段查询在历史预警功能中查看到该信息。

实时预警界面

历史预警界面

4)用能统计

系统查询记录时、日或月等单位时间内设备的用能数据并从横向仪表和纵向时间两个维度上进行统计用能情况。横向仪表统计是统计多块仪表在当日或当月等单位时间内的用能总和,通过将同一个车间的所有仪表汇总,得到该车间的整体用能情况;纵向时间上的统计是统计单台设备在几小时、几天或一个月内的用能数据。

用能汇总:查看全厂设备一段时间内用能总和,可对数据进行分析。

3、能源分析系统

1)趋势曲线

趋势曲线有实时曲线、历史曲线和预警曲线。实时曲线是根据数据上传频率进行实时刷新走动,可同时展示多个展示趋势曲线;历史曲线是查过去一段时间内的参数数据走势情况,这里我们将三相电压、三相电流等两个或多个之间有可比性的参数编成组,如选择电压可对展示A相电压、B相电压和C相电压三条趋势曲线相互进行比较;历史预警曲线是展示预警前后一段时间内趋势情况,分析设备发生预警存在的原因并针对性的进行维护。



2)用电分析

用电分析包含峰平谷分析和负荷分析。峰平谷分析是统计设备每天峰期、平期、谷期不同时期的用电情况和占比,辅助用户对生产计划做调整,达到节省电费等目地。负荷分析是针对电表参数中的负荷最大值、最小值、平均值、负荷率、峰谷差等数据进行分析。


3)总能耗分析

查询一段时间内工厂的总能耗数据,以趋势图、柱状图和列表的形式进行展示出来。

4)明细分析

对单台设备或多台设备的用能情况进行分析,并用趋势图和列表的方式展现出来。

4、结构分析

分析工厂内部各个车间用能在总能耗的比总;重点能耗设备在工厂总用能中的占比,同类型设备的占比情况对比,深入挖掘造成差异的原因,为节能改造提供数据支撑。

5能源消耗预测

本系统能源消耗预测主要包括水、电、汽的消耗预测。

● 根据企业能耗与产品产量计划关系;

● 系统通过对企业各级别水、电、汽在单位历史阶段(年/季/月)的能耗数据分析,计算未来时间段内的水、电、汽使用情况;

● 预测结果可用来指导水汽使用计划的制定,向水电汽使用计划提供水汽预测数据。

6能源计划

管理企业年/季/月能源计划,指导企业各时间段能源的采购、能源系统的能源提供及各能源级别系统的能源使用分配通过水电汽供需计划,实现能源管理由事后管理向事前管理转变。

能够协助能源计划人员在生产计划、历史能源消耗、能源预测数据基础上采用信息化的方式制定能源计划;

计划编制提供手动和自动功能,计划基础数据可手动维护

● 实现能源的计划与实际能耗的比较分析以及能源计划的能耗成本计算

并对集团制定下达的能源定额与各单位实际消耗量进行比对,根据与定额比对后的节超量形成考核报表。

7能源成本分析

能源成本计算:能源成本管理模块依据ERP系统给出的能源介质单位标准成本,和能源介质消耗量计算能源成本。

能源成本报告:系统通过多种图形化工具实现成本显示。

能源成本对比:实现指定查询条件下的能源成本的对比。

8、分品类分工序计算

按照集团主数据管理,分工厂、分生产线、分单品来计算单吨产品的能耗数据,具体计算单品单线的步骤

涉及主数据:组织数据、工厂数据、生产线数据、产品分类数据、工艺路线、产品数据、设备数据、工序数据等等,将主数据中的数据接口到能源系统。

产量数据:分工厂、生产线、单品等产量数据,来源于手工录入或者ERP系统。

仪表的对照管理:在能源系统里必须将仪表的档案与生产线、工厂、单品进行一一对应。

实际能耗:按照工厂数据采集的仪表数据,以级对应关系,自动生成分单品、分类型、分生产线等维度的能耗分摊。

预计能耗:可以按照工厂、生产线、单品等导入系统或者从第三方系统进行对接。

形成实际能耗与预计能耗的对比分析,预警分析等。

如果实际数据管理的颗粒度达不到单品、单生产线,则需要进行折算,那就要维护必要的折算系数。

9、硬件设备数据采集设备介绍

大数据采集远程终端是集多通道数据采集,分析保存、保存、远程控制、无线通讯为一体的终端设备,主要用于自来水、水利、电力、石油管道等行业厂/站参数和设备的远程测控,可采集与监控厂站水泵、阀门、变频器、PLC等设备以及现场水位、流量、压力、电流、水质等参数。终端还支持网络视频监控数据、第三方组态上位数据等的以太网接入,并可根据需要扩展新的现场监控站,具有很高的可靠性和长期运行稳定性。终端采用GPRS无线和以太网(ADSL或光纤)两种方式并通过互联网与中心监控主站建立通信链接。支持数据存储。支持断点续传等功能


                                                       

                                     


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