全廠能源統(tǒng)一調(diào)度管理系統(tǒng)的應(yīng)用

代曉鵬，段國(guó)光

(安徽晉煤中能化工股份有限公司，安徽臨泉 236400)

全廠能源統(tǒng)一調(diào)度管理系統(tǒng)主要內(nèi)容是針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)分析，提供與ERP系統(tǒng)的應(yīng)用集成接口(計(jì)量數(shù)據(jù))。能源管理中心系統(tǒng)具有能源綜合監(jiān)控(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù))、生產(chǎn)調(diào)度管理、能源規(guī)劃、能源計(jì)劃、能源預(yù)測(cè)、能源計(jì)量、能源質(zhì)量管理、能源實(shí)績(jī)、設(shè)備管理、報(bào)表管理、監(jiān)督檢查、安全管理、環(huán)保管理、能效對(duì)標(biāo)管理、企業(yè)節(jié)能管理以及能源審計(jì)等16個(gè)功能模塊的應(yīng)用和能源消耗分析、不正常能耗的提示。

2015年1月，安徽晉煤中能化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中能化工)委托安徽省能源利用監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行了系統(tǒng)節(jié)能量審核。該全廠能源統(tǒng)一調(diào)度管理系統(tǒng)建成后，實(shí)現(xiàn)年節(jié)能48 233.82 t(標(biāo)煤)，比預(yù)期節(jié)能超過(guò)16 233.82 t(標(biāo)煤)，節(jié)能效益顯著。

1 項(xiàng)目實(shí)施

1.1 系統(tǒng)功能架構(gòu)

全廠能源統(tǒng)一調(diào)度管理系統(tǒng)主要由SOA架構(gòu)、應(yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用支撐平臺(tái)、應(yīng)用集成、應(yīng)用子系統(tǒng)、信息整合部分和人員整合部分構(gòu)成。

全廠能源統(tǒng)一調(diào)度管理系統(tǒng)通過(guò)環(huán)網(wǎng)連接廠區(qū)各處的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，由光纖傳輸數(shù)據(jù)至能源管理中心實(shí)時(shí)庫(kù)服務(wù)器，再由WEB服務(wù)器對(duì)生產(chǎn)和能耗信息進(jìn)行發(fā)布，用戶(hù)通過(guò)客戶(hù)端可在任何能夠連接網(wǎng)絡(luò)的地方進(jìn)行系統(tǒng)訪問(wèn)，或者通過(guò)能源管理中心大屏獲取能源和生產(chǎn)等信息。

1.2 網(wǎng)絡(luò)及技術(shù)架構(gòu)

針對(duì)全廠能源統(tǒng)一調(diào)度管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的特點(diǎn)，結(jié)合安徽晉煤中能化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中能化工)的實(shí)際情況，搭建控制系統(tǒng)及儀表數(shù)據(jù)集成的能源管理信息網(wǎng)。

1.2.1 安全重要性及措施

對(duì)于全廠能源統(tǒng)一調(diào)度管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于要收集生產(chǎn)過(guò)程的相關(guān)信息，不可避免地要讀取控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，而控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行是企業(yè)首先要保證的，因此，控制系統(tǒng)的安全問(wèn)題是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的重點(diǎn)。中能化工能源管理中心項(xiàng)目中，確定采用技術(shù)加管理的模式，對(duì)整個(gè)信息系統(tǒng)安全進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。技術(shù)方面主要包括防病毒技術(shù)、網(wǎng)關(guān)技術(shù)、防火墻技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)雙機(jī)冗余、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)雙機(jī)熱備、GPS同步時(shí)鐘；管理方面包括用戶(hù)權(quán)限的管理、規(guī)章制度的管理等，以確保生產(chǎn)控制系統(tǒng)的安全。

1.2.2 技術(shù)上安全保證

網(wǎng)絡(luò)的安全性是信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。由于生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在物理上將與生產(chǎn)過(guò)程的控制系統(tǒng)連接，因此必須有嚴(yán)格的措施來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)安全，避免信息系統(tǒng)對(duì)控制系統(tǒng)的影響。

本項(xiàng)目中選用的網(wǎng)絡(luò)安全措施包括但不限于設(shè)計(jì)安全的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有效利用目前成熟的軟硬件資源和技術(shù)構(gòu)建可靠的安全體系，設(shè)計(jì)安全可靠的生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，以確保各控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和公司信息的安全。

1.2.3 防病毒技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)病毒對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)的危害極大，輕則影響業(yè)務(wù)的正常進(jìn)行，造成數(shù)據(jù)丟失；重則造成系統(tǒng)癱瘓和危害生產(chǎn)過(guò)程的控制。網(wǎng)絡(luò)病毒的防治需要綜合性的措施和手段，除了提高安全防范意識(shí)、修補(bǔ)操作系統(tǒng)，完善管理規(guī)章制度外，還需要采取一定的技術(shù)手段來(lái)提高系統(tǒng)的安全性。本項(xiàng)目中提供防病毒體系來(lái)完善和增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。

在管理網(wǎng)設(shè)置1臺(tái)專(zhuān)門(mén)的防病毒服務(wù)器，該服務(wù)器直接連接后接入交換機(jī)，并安裝防病毒服務(wù)器軟件及系統(tǒng)管理中心。網(wǎng)絡(luò)管理員通過(guò)管理中心獲得所有的防病毒結(jié)點(diǎn)的防病毒狀況，并為它們進(jìn)行統(tǒng)一配置和升級(jí)。服務(wù)器需要每日或每周定時(shí)升級(jí)，并同時(shí)對(duì)客戶(hù)端進(jìn)行升級(jí)。EMS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他機(jī)器作為防病毒軟件的客戶(hù)端。防病毒服務(wù)器可使用本項(xiàng)目配備的1臺(tái)WEB服務(wù)器，防病毒服務(wù)器具備外網(wǎng)訪問(wèn)條件，殺毒軟件服務(wù)器可自動(dòng)升級(jí)，安裝殺毒軟件客戶(hù)端PC再進(jìn)行設(shè)置后可自動(dòng)升級(jí)。

1.2.4 網(wǎng)關(guān)技術(shù)

本方案采集HPC- BOX型嵌入式工業(yè)控制網(wǎng)關(guān)機(jī)，該網(wǎng)關(guān)機(jī)能完全滿(mǎn)足中能化工對(duì)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的要求。它具有堅(jiān)固耐用、小體積、低功耗、無(wú)風(fēng)扇、零噪音、工業(yè)級(jí)品質(zhì)和豐富的接口，可作為系統(tǒng)終端和控制主機(jī)、網(wǎng)關(guān)機(jī)等專(zhuān)用設(shè)備，能夠滿(mǎn)足在環(huán)境和體積要求嚴(yán)格的場(chǎng)合做網(wǎng)關(guān)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用。網(wǎng)關(guān)技術(shù)示意見(jiàn)圖1。

圖1 網(wǎng)關(guān)技術(shù)示意

由圖1可見(jiàn)：嵌入式網(wǎng)關(guān)機(jī)利用雙網(wǎng)卡，充當(dāng)網(wǎng)關(guān)；一邊與控制系統(tǒng)相連，另一邊通過(guò)防火墻與信息系統(tǒng)相連。由于采用不同的網(wǎng)段，能保證信息系統(tǒng)與控制系統(tǒng)不會(huì)在同一網(wǎng)段內(nèi)，可保證信息系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)器與控制系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)器不會(huì)形成直通。

嵌入式網(wǎng)關(guān)機(jī)負(fù)責(zé)從各個(gè)DCS、PLC、電力綜保系統(tǒng)通過(guò)相應(yīng)的接口采集數(shù)據(jù)，送到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，智能電表通過(guò)串口服務(wù)器連接后接入，網(wǎng)關(guān)機(jī)則通過(guò)DLT645- 1997、DLT645- 2007、MODBUS RTU標(biāo)準(zhǔn)的以及非標(biāo)協(xié)議規(guī)約采集數(shù)據(jù)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；同時(shí)充當(dāng)管理網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)。當(dāng)采集器與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)先保存在網(wǎng)關(guān)機(jī)上；當(dāng)故障網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時(shí)，保存在網(wǎng)關(guān)機(jī)上的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)上傳到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，以保證采集數(shù)據(jù)的完整性。

1.2.5 防火墻系統(tǒng)

防火墻置于EMS系統(tǒng)與公司辦公網(wǎng)絡(luò)之間，形成對(duì)信息系統(tǒng)及底層控制系統(tǒng)的保護(hù)。通過(guò)防火墻日志審計(jì)系統(tǒng)加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的審計(jì)和監(jiān)督，防止內(nèi)部信息泄露和阻止外部入侵，可有效保護(hù)網(wǎng)絡(luò)資源，以提高網(wǎng)絡(luò)的整體安全性。

1.2.6 管理上安全保證

除了在技術(shù)上保證安全外，管理上安全保證也是非常重要的。管理上的安全保證主要是防止人為的破壞或誤操作。在EMS系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過(guò)用戶(hù)授權(quán)的方式進(jìn)行權(quán)限管理，所有要訪問(wèn)信息系統(tǒng)的用戶(hù)經(jīng)審核批準(zhǔn)后由系統(tǒng)管理建立并進(jìn)行相應(yīng)的權(quán)限分配。只有授權(quán)的用戶(hù)才能訪問(wèn)相應(yīng)的信息，才可以進(jìn)行相應(yīng)的操作。此外，企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的各個(gè)路由器需進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)置，通過(guò)路由器設(shè)置屏蔽無(wú)用端口，防止外部黑客攻擊和企業(yè)內(nèi)部員工的錯(cuò)誤操作。

本方案中采用C/S(工程組態(tài)時(shí)和簡(jiǎn)單訪問(wèn)時(shí)用到)和B/S(一般客戶(hù)訪問(wèn)時(shí)用到)相結(jié)合的架構(gòu)。

1.2.7 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

負(fù)責(zé)采集各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，負(fù)責(zé)保存配置數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)。

為保證EMS系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的正常運(yùn)行，本方案對(duì)EMS中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用雙機(jī)冗余。即2臺(tái)服務(wù)器都安裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，1主1備同時(shí)運(yùn)行；當(dāng)主服務(wù)器無(wú)法正常工作，則切換到備用服務(wù)器，確保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

1.2.8 應(yīng)用WEB關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

負(fù)責(zé)EMS系統(tǒng)功能模塊的安裝部署、WEB平臺(tái)發(fā)布及各功能模塊數(shù)據(jù)交互存儲(chǔ)，客戶(hù)端通過(guò)瀏覽器的方式使用能源管理中心系統(tǒng)。

1.2.9 客戶(hù)端

通過(guò)瀏覽器的方式訪問(wèn)EMS系統(tǒng)。客戶(hù)端既包含生產(chǎn)一線客戶(hù)端，也包括公司局域網(wǎng)客戶(hù)端，還包括能通過(guò)與WEB服務(wù)器連接的其他客戶(hù)端，它們都以統(tǒng)一的方式訪問(wèn)EMS系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)情況。在EMS系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)條件許可情況下，不限制訪問(wèn)能源管理中心系統(tǒng)的用戶(hù)數(shù)量。

2 項(xiàng)目實(shí)施前、后能耗比較

項(xiàng)目實(shí)施前(2012年)、后(2014年下半年)主要產(chǎn)品能耗指標(biāo)見(jiàn)表1。

該項(xiàng)目實(shí)施前(2012年)合成氨單耗要低于GB 21344—2008《合成氨單位產(chǎn)品能源消耗限額》中限額值，尿素單耗和雙氧水單耗均低于《安徽省主要工業(yè)產(chǎn)品能耗限額(2011年修訂版)》中的限額值。該項(xiàng)目實(shí)施后(2014年下半年)合成氨單耗低于GB 21344—2008《合成氨單位產(chǎn)品能源消耗限額》中限額值，尿素單耗和雙氧水單耗均低于《安徽省主要工業(yè)產(chǎn)品能耗限額(2011年修訂版)》中的限額值。

表1 項(xiàng)目實(shí)施前、后主要產(chǎn)品能耗指標(biāo)

3 實(shí)施效果

(1) 實(shí)現(xiàn)公司能源管理由粗放管理向精益化管理轉(zhuǎn)變：能源供需平衡功能實(shí)現(xiàn)在線統(tǒng)一監(jiān)控和調(diào)整調(diào)度；工序能源消耗實(shí)績(jī)、主要能源管理指標(biāo)每日跟蹤，能源消耗實(shí)績(jī)結(jié)算報(bào)表自動(dòng)生成。

(2) 實(shí)現(xiàn)能源管理由事后管理向事前管理轉(zhuǎn)變：編制能源供需計(jì)劃，按計(jì)劃組織能源生產(chǎn)。根據(jù)計(jì)劃安排能源設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、檢修計(jì)劃。預(yù)測(cè)能源消耗指標(biāo)，制定能源管理措施，實(shí)現(xiàn)能源計(jì)劃精細(xì)管理。

(3) 實(shí)現(xiàn)能源管理由單體節(jié)能管理向系統(tǒng)節(jié)能管理轉(zhuǎn)變：通過(guò)調(diào)度中心優(yōu)化能源供需平衡，通過(guò)煤氣、蒸汽、電力相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)能源的最優(yōu)化使用，通過(guò)系統(tǒng)功能將能源管理體系的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)。制定能源計(jì)劃包括能源平衡、能源預(yù)測(cè)、計(jì)劃與實(shí)績(jī)跟蹤，能源指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、用能管理等業(yè)務(wù)功能，并加強(qiáng)信息的準(zhǔn)確性和信息共享的實(shí)時(shí)性。

(4) 實(shí)現(xiàn)能源管理的流程控制，提高能源管理的規(guī)范性，能源管理人員勞動(dòng)生產(chǎn)率的大幅度提高。通過(guò)統(tǒng)一的能源管控系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享，加快了能源管理與技術(shù)人員溝通的效率和準(zhǔn)確性，強(qiáng)化了流程規(guī)范性，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集避免了人為抄表的誤差和時(shí)間延遲，部分廠站可實(shí)現(xiàn)能源管控中心統(tǒng)一調(diào)度下的無(wú)人值守，使能源管理人員的勞動(dòng)效率得以大幅度提高和改善。

(5) 建成后的能源管理中心與公司現(xiàn)有的ERP系統(tǒng)和生產(chǎn)監(jiān)控DCS控制系統(tǒng)整合在一起，在系統(tǒng)中設(shè)定能耗目標(biāo)值，并根據(jù)產(chǎn)量和各種能源消耗量，可以計(jì)算出每天每班的能耗情況和節(jié)能量，同時(shí)通過(guò)管控系統(tǒng)、ERP和DCS共同作用，通過(guò)優(yōu)化工藝，使產(chǎn)量、消耗做到同步優(yōu)化。

(6) 能源設(shè)備管理整體受控管理，對(duì)設(shè)備的點(diǎn)檢、維護(hù)、檢修體現(xiàn)計(jì)劃性并真正落到實(shí)處，可減少故障和隱患的發(fā)生，對(duì)備件管理規(guī)范化，降低設(shè)備運(yùn)行成本的同時(shí)保證備件供應(yīng)，從而更好地發(fā)揮設(shè)備的整體效能。