一、企業(yè)能源計量信息集成管理系統實(shí)現的功能

    1.計量器具的管理
    從加強計量狀態(tài)管理的角度提高計量數據的準確性。針對每一個(gè)計量器具進(jìn)行狀態(tài)管理，設定“信息管理、故障記錄”等管理模塊，明確計量器具配備、使用、檢定/校準等各項管理要求，對計量器具實(shí)行按周期檢定/校準，確保計量器具正常運行和量值準確。
    2.計量器具運行狀態(tài)監控
    通過(guò)對儀表數據的實(shí)時(shí)監測，實(shí)現對計量?jì)x表的狀態(tài)監測，發(fā)現計量?jì)x表問(wèn)題進(jìn)行異常報警，從加強計量狀態(tài)管理的角度來(lái)提高計量數據的準確性，實(shí)現對計量?jì)x表運行狀態(tài)的判斷和監測。通過(guò)實(shí)時(shí)的計量監控網(wǎng)絡(luò )，對計量的全過(guò)程進(jìn)行監控，包括計量設備的運行狀態(tài)是否存在故障；計量信息的采集不僅記錄瞬時(shí)量和累計量，同時(shí)還記錄溫度、密度。形成的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)清楚地反映正在作業(yè)的情況。
    3.計量數據實(shí)時(shí)監測分析
    通過(guò)計量數據的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)監控分析能源消耗情況。系統形成的歷史曲線(xiàn)可追溯已往的計量過(guò)程，為公司管理部門(mén)實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程能源消耗統計提供全面的支持。
    系統自動(dòng)生成的小時(shí)、班報、日報和月報為能源消耗分析提供全面支持。通過(guò)計量?jì)x表數據狀態(tài)監測以及計量網(wǎng)絡(luò )圖，實(shí)現管網(wǎng)能源供用的及時(shí)平衡，通過(guò)比較分析，及時(shí)發(fā)現設備耗能的變化，從而合理指導用能。
    4.信息發(fā)布
    系統的網(wǎng)絡(luò )發(fā)布功能不僅可以定期發(fā)布能源數據報表，還可以隨時(shí)發(fā)布計量信息。網(wǎng)頁(yè)設計的窗口功能為企業(yè)內部各單位提供技術(shù)交流的平臺，所有的計量問(wèn)題通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)布，管理部門(mén)及時(shí)進(jìn)行協(xié)調落實(shí)解決。
    

二、企業(yè)能源計量信息集成管理系統設計的范圍

    企業(yè)水系統包括生產(chǎn)水、循環(huán)水、冷凍水、污水等供用數據采集、監控和管理。
    企業(yè)蒸汽、壓空、氮氣等供用數據采集、監控和管理。
    企業(yè)電能供用數據采集、監控和管理。
    企業(yè)入廠(chǎng)煤炭計量數據采集、監控和管理。
    企業(yè)原油(作為能源)入廠(chǎng)及內部供用數據采集、監控和管理。
    企業(yè)天然氣入廠(chǎng)及內部供用數據采集、監控和管理。
    

三、企業(yè)能源計量信息集成管理系統的結構形式

    系統采用全分布開(kāi)放式系統結構。整個(gè)系統分為兩層:儀表計量層(包括人工錄入)與信息管理層。所有現場(chǎng)儀表信號進(jìn)入采集卡通過(guò)企業(yè)內部光纖網(wǎng)絡(luò )上傳至系統主服務(wù)器。所有監控界面和數據通過(guò)Web實(shí)時(shí)發(fā)布。整個(gè)系統以調度室為核心，調度控制中心用于集中數據、遙測遙信各種介質(zhì)的計量、管網(wǎng)數據的平衡和各遠程站點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“場(chǎng)站”)的運行。調度控制中心通過(guò)適當的通信系統，利用安裝在各場(chǎng)站的遠程終端單元(Remote Terminal Unit，RTU)采集各類(lèi)不同的能源計量數據，及時(shí)分析、處理，并對管網(wǎng)進(jìn)行遠程監視，保證各類(lèi)介質(zhì)安全、穩定、連續地輸送。同時(shí)向管網(wǎng)與運行相關(guān)的管理部門(mén)傳遞和交換信息。
    系統主要由三部分組成，實(shí)現管網(wǎng)的實(shí)時(shí)中央監控和管理操作的功能:
    第一部分:調度控制中心，集中對實(shí)時(shí)采集的計量數據進(jìn)行監控和管理。
    第二部分:通信系統，采用光纖或五類(lèi)線(xiàn)有線(xiàn)通信方式。
    第三部分:采集場(chǎng)站或計量集中采集柜，主要包括對傳感器、變送器、就地顯示儀表、智能儀表、積算儀、DCS、現有服務(wù)器等計量數據的采集等。
    

四、企業(yè)能源計量信息集成管理系統網(wǎng)絡(luò )拓撲結構

    1.網(wǎng)絡(luò )設計原則
    (1)實(shí)用性
    網(wǎng)絡(luò )設計不僅能夠滿(mǎn)足集團目前使用的要求，還能適應未來(lái)若干年以后的網(wǎng)絡(luò )發(fā)展需要。網(wǎng)絡(luò )平臺具備多網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的支持能力，以避免原有網(wǎng)絡(luò )設備投資的浪費。
    (2)安全性
    網(wǎng)絡(luò )系統是一個(gè)安全系統，并具備各種安全保衛手段和措施，如通過(guò)VLAN的劃分和交換機過(guò)濾技術(shù)來(lái)保證網(wǎng)絡(luò )安全性。
    (3)先進(jìn)性
    為保證網(wǎng)絡(luò )能夠適應未來(lái)若干年的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )中的硬件與網(wǎng)絡(luò )協(xié)議都采用與國際標準兼容的開(kāi)放協(xié)議。
    (4)適用性
    由于計算機技術(shù)的迅速發(fā)展、新技術(shù)不斷產(chǎn)生，同時(shí)為保證對新技術(shù)的支持，設備的投資和資源在不斷地增加。為避免設備投資的膨脹，方案要求網(wǎng)絡(luò )硬件具有較高的性?xún)r(jià)比及最佳的適用性。
    (5)可靠性
    網(wǎng)絡(luò )要求具有較高的容錯性能，網(wǎng)絡(luò )設備要求具有高性能的容錯技術(shù)，以確保網(wǎng)絡(luò )系統不間斷運行。
    2.網(wǎng)絡(luò )拓撲結構圖(見(jiàn)圖1)
    

<CTSM>    圖1  企業(yè)能源計量信息集成系統網(wǎng)絡(luò )拓撲結構圖</CTSM>
    

五、企業(yè)能源計量信息集成管理系統的實(shí)施

    企業(yè)能源計量信息集成管理系統是一項綜合性的系統工程，它是集測量技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)于一體的綜合性的集成控制系統工程，并且是融合了先進(jìn)的RTU技術(shù)、現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、數據庫技術(shù)、SCADA/HMI技術(shù)及客戶(hù)/服務(wù)器(Client/Server，C/S)技術(shù)等的一體化工程，其主要目標是對企業(yè)能源計量系統的供出、使用、輸配、損耗的全過(guò)程進(jìn)行監控和管理調度，實(shí)現生產(chǎn)信息、管網(wǎng)狀況的自動(dòng)化收集、分類(lèi)、傳送、整理、分析、存儲以及企業(yè)內部能源管理、財務(wù)結算、生產(chǎn)節能、市場(chǎng)信息、對外協(xié)調交流信息的自動(dòng)傳遞和共享。數據服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據采集，再將數據存入數據庫中。數據服務(wù)器同時(shí)提供Web服務(wù)。數據服務(wù)器與企業(yè)MIS之間進(jìn)行有效的病毒隔離，增強數據的安全性。局域網(wǎng)中的其他瀏覽終端通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的Web服務(wù)就可以對數據進(jìn)行統計和管理。
    1.現場(chǎng)能源計量表計的信號采集
    將現場(chǎng)能源計量表計，全部用智能控制器與采集卡組成網(wǎng)絡(luò )或全部用帶RS485通信的智能積算儀進(jìn)行積算部分功能的改造，其作用如下:
    (1)解決了現場(chǎng)表計自動(dòng)清零問(wèn)題。
    (2)解決了原始數據設定問(wèn)題和人為修改問(wèn)題。
    (3)解決了DCS累計可以人為修改造成的問(wèn)題。
    (4)解決了表計需要補償的問(wèn)題，同時(shí)還可將計算好的數據傳給DCS。
    2.虛擬網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用
    所謂虛擬專(zhuān)用網(wǎng)(VPN:Virtual Private Network，)就是在一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò )的基礎平臺上，構建一個(gè)專(zhuān)門(mén)給用戶(hù)使用的虛擬網(wǎng)絡(luò )，這個(gè)虛擬的用戶(hù)專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò )負責將地理上分布的用戶(hù)的各個(gè)網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)連接起來(lái)。從網(wǎng)絡(luò )空間看，虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )在中間，用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)在邊緣。通過(guò)虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的連接，用戶(hù)可以根據自己的意愿分配各個(gè)結點(diǎn)上的地址空間，可以自己安排各個(gè)結點(diǎn)之間的路由關(guān)系。公司信息中心為計量網(wǎng)絡(luò )系統設立了VPN的專(zhuān)用IP地址:10.98.62.1～10.98.62.255。本方案使用了17個(gè)地址:10.98.61.4～10.98.61.17(串口服務(wù)器)、10.98.61.1～10.98.61.3(操作員工作站)。
    站控層利用企業(yè)內部網(wǎng)絡(luò )將各中心在地理位置上不在一起的采集站連接成為一個(gè)總體網(wǎng)絡(luò )。這對于企業(yè)來(lái)說(shuō)是以最低的成本來(lái)獲得最高的收益的一個(gè)很好的途徑，可以實(shí)現企業(yè)內部的資源共享、文件傳遞等，可節省在采集站之間架設專(zhuān)線(xiàn)所帶來(lái)的高額費用。
    利用采集控制器設備轉換成以太網(wǎng)數據格式通過(guò)公司內部網(wǎng)進(jìn)行發(fā)送，在調度中心設置計量服務(wù)器、計量網(wǎng)絡(luò )操作站和Web發(fā)布站，這樣在調度中心可看到整個(gè)能源數據情況以及實(shí)時(shí)平衡狀況，同時(shí)服務(wù)器可時(shí)刻形成所需的各種生產(chǎn)報表和財務(wù)結算所需的報表，可隨時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )和權限發(fā)送和調閱。
    3.與現有數據系統的數據交換
    (1)供出蒸汽計量數據在熱電中心，可利用其現有數據庫，與計量信息集成管理系統服務(wù)器直接交換數據。
    (2)天然氣總門(mén)站的數據采集采用與西門(mén)子PLC通信的方式解決。
    (3)動(dòng)力中心液化崗位氮氣等計量數據采用與三菱PLC通信的方式解決。
    (4)現有水系統數據以OPC方式從水務(wù)中心監控系統獲取。
    4.系統軟件
    (1)操作系統軟件
    操作系統包括SCADA服務(wù)器、數據庫服務(wù)器及工作站操作系統，均采用Windows平臺操作系統，工作站選用Windows XP操作系統，服務(wù)器選用Windows Server 2003操作系統。
    (2)SCADA監控軟件
    SCADA系統上位監控軟件建議選用較流行的工業(yè)組態(tài)軟件，通過(guò)優(yōu)化現場(chǎng)的操作降低了用戶(hù)的成本?；谡嬲蛻?hù)-服務(wù)器的結構體系，提供了最大的靈活性，業(yè)界已證明的穩定可靠性，以及方便快捷的安裝和管理功能，提供實(shí)時(shí)數據庫的Web服務(wù)。
    (3)服務(wù)器軟件
    系統由Web服務(wù)器、數據服務(wù)器組成信息管理服務(wù)器。系統以數據校正與數據發(fā)布服務(wù)為主，該系統具有最新數據平衡顯示、數據查詢(xún)、數據統計分析、報表生成、報警查詢(xún)、系統管理和設置等功能。
    操作系統可使用Window Sever 2003及以上操作系統(需安裝.Net框架，通過(guò)IIS發(fā)布數據服務(wù))，數據服務(wù)系統軟件由微軟可視化開(kāi)發(fā)平臺Visual C#.Net制作，數據庫可采用MS Server2005等。
    

六、企業(yè)能源計量信息集成系統的應用

    1.通過(guò)電能消耗，及時(shí)進(jìn)行電力調度和負荷調整
    系統對現場(chǎng)500多個(gè)電能表的信息進(jìn)行RS485傳輸采集，各用電單位隨時(shí)監控裝置和主要用能設備的電能消耗情況。對每個(gè)生產(chǎn)裝置的高配、低配和主要用能設備用電情況進(jìn)行監控。生產(chǎn)單位根據每天分時(shí)用電情況和每月分天用電情況，每月進(jìn)行耗能分析。系統為優(yōu)化裝置運行、節能降耗提供有效的支撐。
    2.通過(guò)蒸汽管線(xiàn)溫度、壓力、流量實(shí)時(shí)監測，及時(shí)進(jìn)行蒸汽管線(xiàn)損耗分析，為蒸汽管線(xiàn)優(yōu)化運行提供保證
    公司現有9.0MPa、3.5MPa、1.3MPa三個(gè)等級蒸汽管網(wǎng)系統，蒸汽全部由熱電中心供出。9.0MPa高壓蒸汽由熱電中心分兩路分別供PTA一、二裝置，流量為80t/h，管線(xiàn)長(cháng)度約為150m、200m。3.5MPa中壓蒸汽由熱電中心分三路分別供短纖一、二、中空/開(kāi)發(fā)裝置，流量約為45t/h，管線(xiàn)長(cháng)度約為600m、900m、1500m。低壓蒸汽管網(wǎng)相對比較龐大、復雜，蒸汽用戶(hù)較多，分布于公司生產(chǎn)、行政及生活區，共有10條主管線(xiàn)，管線(xiàn)長(cháng)度約為20km，流量隨季節變化較大，最小流量約為130t/h，最大流量約為250t/h。
    公司依據能源計量信息系統，建設蒸汽管網(wǎng)熱損分析與智能管理系統。系統能準確分析蒸汽主系統管線(xiàn)內部蒸汽溫度、壓力、流速及凝結水等情況，及時(shí)改變蒸汽運行方式，減少蒸汽溫降和管線(xiàn)散熱損失。
    系統能評估保溫狀況，通過(guò)改善保溫，減少管線(xiàn)散熱損失。
    通過(guò)測算，可節省蒸汽3t/h，蒸汽價(jià)格按100元/t計算，年直接效益為237萬(wàn)元。
    3.通過(guò)原油消耗監測，及時(shí)分析熱煤爐效率，為熱煤爐優(yōu)化運行、清灰檢查甚至大修提供依據
    公司有熱煤爐20臺，每年燒原油(重油)約12萬(wàn)噸，熱煤爐的節能降耗是公司的重要舉措。
    公司在每臺熱煤爐的入口安裝質(zhì)量流量計，并將質(zhì)量流量計信號采集進(jìn)計量系統。生產(chǎn)中心每天監控燃油計量情況，每班統計燃油消耗數據，每月進(jìn)行爐效分析，以便及時(shí)組織安排熱煤爐保溫檢查或爐膛清灰工作。必要時(shí)，為熱煤爐設備更新提供決策數據。公司加強熱煤爐管理，統一、規范作業(yè)標準，制定熱煤爐清灰作業(yè)標準，根據排煙溫度上升趨勢和熱效率下降趨勢，及時(shí)安排清灰作業(yè)。通過(guò)優(yōu)化管理，公司熱煤爐平均熱效率由不到86%提高至89%。