水泥企業能源管理系統解析論文
1前言
隨著全球能源供應的日趨緊張，各種能源費用都呈上升趨勢，能耗成本在企業成本中所佔比例越來越大。水泥企業是典型的高耗能企業，企業能源費用在生產總成本中佔70%以上。因此，在水泥企業中建立高效的能源管理系統，對企業的能源消耗進行線上監控、對能源資料進行資訊化管理，不斷調整水泥企業的生產方式和用能方式，以降低單位水泥產品的能源消耗，對水泥企業的經營發展和提高經濟效益具有極其重要的意義。
目前，國內大多數水泥企業的能源管理依然以人工採集資料為主，自動化、資訊化程度較差。企業的集散控制系統（DCS系統）、純低溫餘熱發電系統、用電、用煤計量系統、經營管理的ERP系統等各自獨立執行，資訊共享程度不高。此外，由於水泥企業本身對能源管理系統的應用需求不明晰、建設目標不明確，造成了盲目照搬照抄國內大型企業能源管理系統的現象發生。
針對以上問題，本文提出一種利用OPC技術、基於NET的多層體系架構技術構建水泥企業能源管理系統的設計方案。該方案採用OPC技術，在滿足系統對於各個硬體裝置的基礎通訊要求外，可實現系統與DCS系統、企業餘熱發電系統等第三方系統的資料共享和互動，方便為企業各種決策提供及時、全而、準確、適用的資訊；系統建設採用基於。NET的多層體系架構技術，可以極大的提高系統的可重用性、可擴充套件性和可維護性。
2系統整體設計
2.1系統需求和設計原則
能源管理系統是一種基於網路、計算機等先進資訊科技的現代化能源管理平臺，可對企業能耗資料進行採集、儲存、處理、統計、查詢和分析，提供企業用能計劃、能耗核算及決策支援，實現企業節能績效的科學管理和能源效率的持續改進。水泥企業能源管理系統由於能源使用方式、能源消耗種類、企業能源管理要求等方而與其他行業存在差異，因此，在進行系統的設計時，需要重點考慮以下方而：
（1）系統建設範圍需求。水泥企業是一個典型的高耗能企業，企業主要使用電和煤兩類能源。企業生產使用的各類電機消耗絕大部分電能，水泥熟料燒成的窯爐則消耗幾乎全部的煤，因此，企業能源管理系統的能源資料分為用煤資料和用電資料兩類。此外，企業用電，除了向當地電網購電這一渠道以外，企業的水泥純低溫餘熱發電電站也是企業用電的一個來源。
（2）系統建設成本需求。在水泥企業建設能源管理系統，雖然不存在資訊系統建設資金不足和技術不成熟的問題，但是，若對廠區原有的資訊化系統進行重新設計開發，重複的系統建設費用和大量監測終端購買支出無疑會極大的增加水泥企業能源管理系統的建設成本。從投入產出比的角度來看，這樣的系統建設方式也是不利於水泥企業能源管理系統大範圍的推廣應用。因此，在進行方案設計時，應最大程度的挖掘原有資訊化系統的效益點與價值點，選擇成熟、可靠的系統整合技術，使得原有的資訊化系統為新的能源管理系統所用。
（3）系統功能需求。在系統功能設計上，應圍繞水泥企業能源管理系統的建設目的，在充分實現資料採集、儲存等資料管理基本功能的基礎上，重點對能源資訊管理及能耗原始資料進行資料探勘，開展多維度、深層次的能效分析和能效評估等功能的設計和開發。
（4）系統性能需求。由軟體、硬體、多個基礎通訊網路構成的水泥企業能源管理系統，不僅需要完成企業能源資料的採集、儲存、處理等功能，還需要完成企業的能效分析、診斷、評估等功能。因此，為保證系統具有較強的穩定性和可靠性，應儘可能採用成熟的硬體產品和優秀的軟體技術。
2.2系統總體結構
系統選用微軟公司的Visual Studio 。NET作為開發平臺。系統總體上劃分為表現層、應用層和資料層。
表現層主要負責企業使用者業務請求的輸入和最終業務結果的展現，不負責任何的業務解釋和處理，是系統的.視窗。
系統的應用層直接為表現層服務服務，其包含實際的業務邏輯，根據使用者請求的內容與後臺的資料層進行互動，並把最終的產生的結果返回給表現層。應用層是系統的核心層，包含應用伺服器、Web伺服器等多類伺服器。
資料層主要包含資料伺服器和資料採集系統。資料採集系統負責現場能效資料的採集和上傳，資料伺服器將上傳的能效資料進行處理，根據資料庫的資料模型儲存到特定的區域，併為應用層提供包括資料檢索、訪問等服務。
採用三層結構的優點是各邏輯層既相互獨立又緊密聯絡，任何一層的改動都不會影響到其它邏輯層的工作，非常有利於系統的擴充。
2.2系統應用部署方式
水泥企業能源管理系統的應用部署方式因企業自身的基礎條件、建設資金以及能源管理需求的不同而有差異。對於中小規模的水泥企業，採用集中部署方式有利於系統的快速建設、快速投入執行、能源事件的快速處理；對於生產規模較大，以集團化化運作的水泥企業，採用分散部署的方式，有利於實現各個子公司或各條生產線的能源統一管理。
3系統硬軟體設計
3.1系統硬軟體設計
（1）採集終端。系統的現場採集範圍主要分為兩部分：用電資訊採集和用煤資訊採集。對電的監測，主要採用三相電能表、電能質量分析儀、功率分析儀等儀器裝置來實現。對企業用煤，則選用汽車電子衡和電子稱等計量裝置進行監測。
（2）採集網路。在整個系統中，採集網路下連現場採集終端、上接企業資料伺服器，是能源資料的上傳和控制資訊的下達的通道。採集網路是系統一項關鍵組成部分。
由於水泥企業現場計量裝置種類繁多、驅動程式各異。為獲取現場實時的能源資訊，針對每個硬體開發一套採集軟體，無疑會加大系統的建設成本和增加系統的建設週期，這顯然是不符合系統的建設原則和要求的。
OPC（OLE for Process Control）是為解決基於Windows的應用程式和現場過程控制應用之間通訊而產生的一組技術規範和標準。OPC為各類硬體裝置和軟體開發者提供了一套標準的介面，可以將底層硬體驅動程式和上層應用程式的開發有效地分隔開，使用統一的資料介面實現了不同裝置協議間的資料互訪，不僅易於系統維護和升級，而且可以縮短系統的開發時間。因此，利用OPC技術構建系統採集網路顯然是一個很好的選擇。
（3）系統伺服器。系統伺服器包括資料伺服器（Data Sever）、應用伺服器（App sever）和WEB伺服器（Web Server）。資料伺服器用來儲存現場採集的能耗資料、終端的工作狀態、用能裝置檔案資訊，透過建立SQL Server 2008資料庫軟體實現對資料管理，分為實時資料庫、歷史資料庫、生產資訊資料庫三類。實時資料庫和歷史資料儲存採集的能耗資料、狀態資訊，前者主要而向用戶對能耗的實時監測，後者主要而向用戶的能效分析和能效診斷。生產資訊資料庫儲存有企業的裝置管理資訊和生產計劃資訊。應用伺服器上執行著能源管理軟體，是最終為使用者提供各類服務的業務執行區域，是系統伺服器的核心。WEB伺服器則用來發布企業的能源資訊、績效考核資訊等內容。為節省系統建設成本，以上三類伺服器可部署在同一臺硬體裝置中。
3.2軟體系統設計
軟體系統包含採集軟體、資料庫和能源管理軟體。
（1）資料採集軟體設計
採集軟體主要負責現場採集終端與資料伺服器的通訊、能耗資料的實時採集和能耗資料的遠傳。採集軟體與採集網路一起構成資料採集系統。
其主要功能包含：①引數配置：對裝置編碼、通訊協議設定、資料採集頻率、終端資料儲存轉發週期數據型別、報警閥值等相關引數進行設定；②能耗實時監測：對企業能源消耗（主要用電和用煤）進行實時監控，並將實時監測的資訊上傳到資料伺服器的實時資料庫中；③能源事件報警：根據使用者設定的能源計劃、能效指標、裝置效率報警閥值，對企業的異常能源事件和狀態及時發出報警，並將報警的時間和內容上傳到資料庫伺服器的生產資訊資料庫中。
（2）資料庫軟體設計
資料庫軟體選用SQL Server 2008，其具有簡單而豐富的API介面，簡便且易使用，此外還具有較強的可擴充套件性和較高的價效比，適合水泥企業要求降低能源管理系統建設成本的要求。
（3）能源管理軟體設計
能源管理軟體採用基於面向物件的VisualStudio。NET的系統開發環境，可以充分發揮開發平臺的視覺化設計開發工具箱、公共語言執行庫和龐大的公用程式碼庫，快速構建Windows應用程式、Web應用程式、Web服務和其它各種型別的應用程式，縮短系統的開發時間和難度。能源管理軟體的核心功能包括：①能耗統計：主要分為能源消費統計和產品能耗統計兩個部分內容；②能效分析：以同比、環比、排名等方式，可實現對企業總體能耗、分項能耗、裝置能耗進行分析，分析時段可提供日分析、周分析、月度分析、季度分析、年度分析以及任意指定時段內的資料分析。分析結果可以透過折線圖、柱狀圖、餅圖等多種表現方式予以展現。③用電負荷管理：主要分為企業用電負荷管理和負荷預測。主要根據大量用電負荷資料，對企業的負荷進行分類，透過使用者電力負荷預測模型，預測短期或中長期負荷變化。④用能決策：根據耗能裝置日、月、季、年用能的變化規律，結合能效指標和節能案例，系統診斷能源消耗、挖掘節能潛力並給出節能指導意見。
4結語
基於OPC技術構建的採集網路，不僅可以滿足系統對於企業電能資料實時採集的需求，還可以方便構建與企業DCS系統以及水泥企業餘熱發電系統進行資料交換和共享的介面，從而為企業實現全域性效能耗分析、用能最佳化控制提供了可能。採用基於。Net多層體系架構技術開發的水泥企業能源管理系統，為水泥企業提供了一個數字化的能源管理的資訊化平臺，可以實現對企業能耗資料管理、用能計劃管理、多維度能效分析、能效對標管理、能效診斷和評估的功能。該設計方案，在滿足水泥企業能源管理建設需求和建設目標的同時，可實現系統的快速建設，以及根據企業的能源管理需要，實現系統的良好擴充套件。