力控實時數(shù)據(jù)庫pSpace在鋼廠EMS中的應用

北京三維力控科技有限公司

力控實時數(shù)據(jù)庫pSpace在鋼廠EMS中的應用

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我國鋼鐵企業(yè)的噸鋼能耗遠高于世界先進水平，我國重點鋼鐵企業(yè)的噸鋼能耗比國外先進水平高出10%，傳統(tǒng)的能源管理模式顯然已經(jīng)不能適應鋼鐵生產(chǎn)大型化、高速化和激烈市場競爭的需要，也必然不能符合國家長期發(fā)展規(guī)劃的要求。

為了節(jié)能降耗降低成本，提高企業(yè)在行業(yè)的競爭力，結合鋼鐵企業(yè)實際情況，在原有能源管理系統(tǒng)的基礎上進行升級改造。采用先進科學技術建立企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，通過企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡，將分布在現(xiàn)場的能源數(shù)據(jù)采集站、檢測站、現(xiàn)場控制站、操作管理控制中心的操作站以及管理控制站等聯(lián)系起來，共同完成能源的分散控制和集中管理，更加合理地調(diào)配能源，從整體上有效地節(jié)能降耗。因此，以 EMS（能源管理系統(tǒng)）為支撐的現(xiàn)代化能源管理是中國鋼鐵企業(yè)的必然之路。

1 力控能源管理解決方案

按照鋼鐵公司企業(yè)信息化建設的總體設想，建立一套以實時數(shù)據(jù)庫為核心的能源管理中心，把廠礦中分散的自成體系的監(jiān)控系統(tǒng)以分層、分級的方式集中管理和監(jiān)控，為上一級的MES、ERP系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)。

鋼廠能源管理對象包括了公司內(nèi)部所有涉及廠際間結算的各種能源介質(zhì)，主要是煤氣、氧氣、氮氣、氬氣、蒸汽、壓縮空氣、深井水、凈化水、工業(yè)水和深度處理的廢水等計量系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，實現(xiàn)能源系統(tǒng)分散的數(shù)據(jù)采集和控制、集中的管理、調(diào)度和能源供需平衡，以及生產(chǎn)管理過程中的能源預測，為在生產(chǎn)全過程中實現(xiàn)節(jié)能、降耗和環(huán)保目標創(chuàng)造條件。

通過能源中心建設，依托EMS管理系統(tǒng)，對能源生產(chǎn)、能源管理、能源調(diào)度進行扁平的一體化管理，統(tǒng)一煤氣調(diào)度，優(yōu)化煤氣平衡，減少煤氣放散，提高環(huán)保質(zhì)量，降低噸鋼能耗，提高勞動生產(chǎn)率和能源管理水平，使能源管理由事后的、粗放式管理模式向事前的、精細化管理模式轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)能源的穩(wěn)定、安全、高效生產(chǎn)，形成適用于大型鋼鐵企業(yè)的能源在線監(jiān)測、能效分析平臺和企業(yè)級能源優(yōu)化系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能降耗的技術提升和創(chuàng)新，顯著降低鋼鐵企業(yè)的能耗。

能源管控中心的系統(tǒng)以實時數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)平臺，構架采用客戶機/服務器（C/S）架構與瀏覽器/服務器（B/S）架構結合形式，分為工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡（內(nèi)網(wǎng)）和管理系統(tǒng)網(wǎng)絡（外網(wǎng)），由采集節(jié)點交換機、調(diào)度中心核心交換機、能源控制環(huán)網(wǎng)（利用現(xiàn)有網(wǎng)絡）、數(shù)據(jù)采集/實時數(shù)據(jù)庫服務器、歷史數(shù)據(jù)庫服務器、Web服務器和HMI終端等組成。能源管理調(diào)度系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡架構，即現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡，中間傳輸與數(shù)據(jù)交換層網(wǎng)絡，以數(shù)據(jù)處理、分析、統(tǒng)計管理為主的能源調(diào)度管理中心。通過能源管理中心的大屏幕調(diào)度系統(tǒng)結合視頻系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和視頻的有機結合，能源調(diào)度人員可以通過耗能狀況和設備運行狀況對企業(yè)的能源進行統(tǒng)一調(diào)配。圖1為鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖。

2 能源管理中心

采用先進的自動化、信息化技術建立能源管理調(diào)度中心，對供配電系統(tǒng)、水系統(tǒng)、燃氣系統(tǒng)及壓空系統(tǒng)等數(shù)據(jù)實行集中監(jiān)控和管理。通過對能源系統(tǒng)的集中監(jiān)測和控制，實現(xiàn)“能源數(shù)據(jù)采集—過程監(jiān)控—能源介質(zhì)消耗分析—能耗管理”的全過程自動化管理，使能源管理與能源生產(chǎn)、使用的全過程有機結合起來，使之能夠進行離線生產(chǎn)分析與管理，包括能源生產(chǎn)管理統(tǒng)計報表、平衡分析、實績管理、預測分析等。實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度、優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、高效利用能源，提高環(huán)保質(zhì)量、降低能源消耗，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能源管控系統(tǒng)的功能實現(xiàn)是建立在基本能源信息基礎上的。有完善的能源信息采集系統(tǒng)，就獲得了能源系統(tǒng)的第一手資料。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析、處理和加工，能源中心控制室的調(diào)度人員和專業(yè)能源管理人員就能實時掌握系統(tǒng)運行情況：系統(tǒng)運行是否正常、運行狀態(tài)是否安全穩(wěn)定、能源調(diào)度分配是否合理等，并能在需要時及時采取調(diào)度措施，使系統(tǒng)盡可能運行在最佳狀態(tài)。圖2為鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)功能圖。

實時數(shù)據(jù)庫技術是實現(xiàn)這一要求的最佳手段，它集成了生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對全廠實時數(shù)據(jù)的自動采集、存儲和監(jiān)視，并圍繞這些數(shù)據(jù)開發(fā)出各種實用程序。

3 力控實時數(shù)據(jù)庫pSpace

實時數(shù)據(jù)庫服務器采取冗余配置，采用負荷均衡技術，完成與現(xiàn)場所有采集站的數(shù)據(jù)采集，并向操作站、Web服務器和歷史數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)。為提高系統(tǒng)性能，本設計通過實時數(shù)據(jù)庫服務器與現(xiàn)場采集站進行通訊，并將所有采集站的通訊協(xié)議統(tǒng)一到同一通訊協(xié)議上，提高系統(tǒng)的通訊效率和服務器處理性能，實時數(shù)據(jù)庫服務器將完成中間量計算、累積量計算、趨勢、報警、數(shù)據(jù)短時歸檔、向數(shù)據(jù)庫站傳送數(shù)據(jù)等功能，并保存有信息記錄、操作記錄等功能。同時實時數(shù)據(jù)庫服務器兼任應用服務器功能，實現(xiàn)基礎能源管理，數(shù)據(jù)查詢、報表查詢和打印、能源平衡、能源分析預測等應用功能。

3.1 實時數(shù)據(jù)庫的設計目標

生產(chǎn)系統(tǒng)實時監(jiān)控：實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為各級管理部門提供遠程實時生產(chǎn)過程信息，有效地幫助調(diào)度人員及時調(diào)整物流方向，減少非計劃停車，保持生產(chǎn)的平穩(wěn)運行。通過對實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)記錄的裝置運行狀態(tài)參數(shù)和中間產(chǎn)品的質(zhì)量進行分析，通過實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)快速返回相關的結果即可及時調(diào)整操作參數(shù)，確保裝置操作的平穩(wěn)性，從而有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

報警實時監(jiān)視：通過比較當前的數(shù)據(jù)和歷史趨勢數(shù)據(jù)，特別是結合裝置安全運行的經(jīng)驗，通過趨勢圖和數(shù)據(jù)的分析可以及早報告事故隱患，并且通過對事故前后實時記錄的歷史數(shù)據(jù)的分析，定位事故發(fā)生的原因。

管控一體化：各個分廠實時數(shù)據(jù)庫集群并行運行，物理上分散，實現(xiàn)分布式實時數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理與查詢及歸檔管理，同時通過總調(diào)度室的管理，可實時了解各分廠系統(tǒng)運行情況，實現(xiàn)邏輯上的統(tǒng)一，方便調(diào)度與決策。

3.2 力控實時數(shù)據(jù)庫pSpace技術優(yōu)勢

力控?企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫 pSpace是一個高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺、跨網(wǎng)絡系統(tǒng)的開放式實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，產(chǎn)品為完全的分布式結構，可任意組建應用模式；支持C/S和B/S應用；可以提供豐富的企業(yè)級信息系統(tǒng)客戶端應用和工具；支持企業(yè)級大容量應用，內(nèi)部實現(xiàn)高數(shù)據(jù)壓縮率，可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的海量存儲，靈活的擴展結構可滿足各種需求，具備廣泛的安全性和可跟蹤性。

能源管理系統(tǒng)采用支持UNIX/Linux操作系統(tǒng)的商品化實時數(shù)據(jù)庫 pSpace，系統(tǒng)效率高、數(shù)據(jù)處理吞吐率高，同時免受病毒的侵害，在重大應用場合具有得天獨厚的優(yōu)勢。數(shù)據(jù)平臺的運行管理和調(diào)整決策是建立在可靠的過程信息之上的，從而減少了管理控制環(huán)節(jié)，提高了工作效率，實現(xiàn)“數(shù)字化”的能源輸配及平衡。建立客觀能源消耗評價體系為進一步對能源數(shù)據(jù)進行挖掘、分析、加工和處理提供條件，為ERP、MRPⅡ等系統(tǒng)的業(yè)務提供了及時、準確、完整、可靠的數(shù)據(jù)。這使得企業(yè)的“計劃”與“生產(chǎn)”密切配合，讓企業(yè)管理者在最短的時間內(nèi)掌握現(xiàn)場的變化，保證計劃合理而快速修正。而且pSpace提供的高級計算能力和分析工具可幫助企業(yè)將生產(chǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為商業(yè)系統(tǒng)中所需要的信息，增強企業(yè)商業(yè)系統(tǒng)的能力。

4 應用效果

能源中心以力控實時數(shù)據(jù)庫 pSpace為數(shù)據(jù)平臺，在公司層面對能源系統(tǒng)采用分散控制和集中管理，使運行管理和調(diào)整決策建立在可靠的過程信息之上，從而減少管理控制環(huán)節(jié)，提高工作效率，實現(xiàn)“數(shù)字化”的能源輸配及平衡。建立客觀能源消耗評價體系為進一步對能源數(shù)據(jù)進行挖掘、分析、加工和處理提供條件。

通過能源管理系統(tǒng)，公司能夠及時、準確、科學地掌握風、水、電、氣（汽）等各種能源及能源介質(zhì)運行狀態(tài)及使用量等各種參數(shù)，從而可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況迅速調(diào)整運行方式，合理分配使用量，使有限能源發(fā)揮出最大效能。