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【能源管理案例】力控软件在湖北金盛兰能源管理及生产调度中的应用

力控科技 2020-02-25 16:11:28
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力控科技——管控一体化解决之道!


摘要:金盛兰冶金科技能源管理平台将自动化和信息化手段相结合,融合能源管理及生产调度平台,实现金盛兰冶金生产调度信息化、现代化,整合生产调度信息资源,实现厂区生产状况的可视化,提高生产效率。

1 项目概述

        为满足生产工艺、产品营销及内部管理的需要,基于“以信息化带动工业化”的宗旨,拟在厂内建设一套集生产调度、过程监控、能源管理、能源调度为一体的、以计算机网络技术为基础的信息化平台。生产能源调度中心的总目标是建立一个全局性的生产、能源管理系统,构成覆盖基础自动化、过程监控及管理三个功能层次的计算机网络系统,并建立数据通讯网络,完成监测、控制、优化、故障诊断等各类应用软件。要在提高能源系统的运行、管理效率的同时,提供一个成熟的、有效的、使用方便的能源调度系统整体管控一体化解决方案;一套先进的、可靠的、安全的能源调度系统运行、操作和管理平台。并实现安全稳定、经济平衡、节能减排、优质环保的基本目标。

2 建设目标

        本系统主要监控管理的能源介质主要有:电力、高炉煤气、转炉煤气、鼓风系统、压缩空气、氧气、氮气、氩气、蒸汽、给排水、水处理等。

        能源管理及生产调度中心根据生产工艺要求,设置生产、电力、动力、给排水专业调度台,调度可借助操作站进行生产过程监视、能源系统潮流监视及主要设备状态监视。设置大屏幕,对生产系统、能源系统进行全局监视。生产能源调度系统将实现对全公司生产、输配、调度管理、运行操作、信息分析、人力资源利用、异常处理等进行全方位的管理,以最少的人力、最先进的手段、最高效的体制、最完备的信息实现能源系统的安全稳定、经济平衡、优质环保的目标。

        为了适应业务发展的需要,金盛兰冶金不断深入信息化建设,提出了部署生产管控系统、能源管控系统、视频监控系统和能源设备节能优化系统的规划,以此降低生产成本、提高能源利用率、提高生产效率,达到绿色生产、节能减排的目标,创造良好的社会效益,进而实现提高公司利润的最终目标。

3 方案介绍

3.1 系统架构

        金盛兰能源管理及生产调度系统整个系统划分为三层架构,包括:现场采集层、能源中心生产调度监控层、能源统计分析层。现场采集层主要对过程控制层(PLC、DCS、智能仪表等)数据采集,通过力控数采网关(采集网关、隔离网关)采集汇总过程控制层数据并转发给力控实时历史数据库(pSpace),实时历史数据库对生产数据进行保存并提供历史数据查询。能源中心生产调度监控层实现现场生产工艺画面实时展示,提供生产趋势曲线、报警查询、报表查询等功能模块,并整合各分厂生产工艺视频,实现能源中心对各分厂生产工艺统一监控与调度。能源统计分析层通过能源管理平台(Fprotal),实现全场能源的集中控制与调配,能耗统计分析,产品统计分析,生产调度管理等。系统架构如下图所示:

 


3.2 系统网络及通信架构

        传统的光纤网络采用的是主干的方式,中间的任何一条连接线断掉,都至少会影响连接中的一个区域。这就给网络的安全性带来隐患。于是建立环网链路防止一处连接发生故障而影响整体网络,使网络处于冗余模式就显得非常必要。现场工业网络采用千兆光纤环网与星型拓扑结构,环网能够在通信链路发生故障的时候,启用另外一条健全的通信链路,使网络通信的可靠性大大提高,实现网络冗余,提高网络系统容错性,星型拓扑结构能够提高整个通讯网络的灵活性,保证网络的可扩展性。

        现场网络由两个网络拓扑组成,一个是现场生产数据采集网络,另一个是现场视频数据采集网络,两个网络均为千兆工业环网加星型拓扑结构组成,环网节点主要有能源管控中心、原料厂、220KV变电站、炼铁厂、炼钢厂、轧钢厂、煤气柜、烧结厂,其余各节点以星型方式就近接入到环网。生产数据采集网络采用西门子环网交换机,视频数据采集网络使用的海康交换机,并通过海康三层交换机配置路由功能,保证两个网络之间互通。

        应用服务器/Web服务器和生产能源管理系统服务器外网接入前配置防火墙,以防止病毒入侵,保证整个系统正常运行。

具体网络拓扑如下图:

 

        对于生产数据采集,现场各分厂均有独立的控制系统及过程控制层网络,现场数据主要由各控制系统的PLC(主要有西门子S7-200、S7-300、S7-400、ABLOGIX系列)、DCS(主要有和利时、浙大中控、横河)、电力及各称重系统后台软件、智能仪表等提供。对于PLC系统,使用力控华康的采集网关接入到现场过程控制层网络进行数据采集,智能仪表带RS485通讯接口的通过RS485通讯链路直接接入到力控华康采集网关串口。对于DCS及相关的后台软甲,使用力控华康的隔离网关进行数据采集,通过“2+1”物理隔离和工业协议识别技术,彻底阻断恶意TCP/IP连接,有效保护工业网络及控制系统安全,保障能源管控系统的稳定运行。采集网关、隔离网关采集到的生产数据通过力控特有的commserver接口协议转发,并通过现场工业网络传送到能源管控中心与力控实时历史数据库pSpace对接。

        对于视频数据采集,现场各分厂均配置了双网口的硬盘录像机,并将现场各个摄像头汇总到了硬盘录像机,硬盘录像机提供一个网口接入到现场视频数据采集网络交换机,能源管控中心视频服务器平台软件可通过视频数据网络采集到现场的视频数据,并保存到存储池,可实现实时视频监控和历史视频查询。

各分厂具体网络拓扑结构如下:

 

3.3 系统介绍

        数据和应用中心软件和硬件部署:

        实时历史数据库服务器:2台,部署力控实时历史数据库pSpace6.1,双机冗余;

        关系数据库服务器:1台,部署关系数据库,采用SQLServer2008;

        应用服务器/Web服务器:1台,部署力控图形客户端psView2.1和Web服务器软件;

        生产能源管理系统服务器:1台,部署力控Fportal生产能源管理系统平台软件;

        生产数据存储柜:1台,生产数据实时历史数据存储,关系数据库数据存储;

        视频数据采集服务器器:1台,部署海康综合平台管理软件;

        视频数据存储柜:视频数据存储;

        工程师站:部署工程开发平台;

        操作员站:作为生产调度平台使用。

        力控实时历史数据库pSpace用于对生产数据进行采集保存并提供历实时史数据查询;

        关系数据库用于为上层能源管理系统和节能分析系统提供具有关系模型的能源数据和生产数据。实时数据库pSpace和关系数据库之间的数据转储通过力控的ETL转储工具SQLServer来完成。

        psView和Web服务器软件主要用于运行组态图形客户端,实现B/S发布、报警等应用。

        Fportal为实时信息门户平台,主要用于能源管控系统的二次开发,能源管控B/S平台搭建,实现全厂能源管理及生产调度。

        海康综合平台管理软件主要用于现场视频数据的采集与存储、电视墙管理,可在能源管控大厅查看各分厂实时的视频画面及调取历史视频画面。

        工程师站是进行工程开发的平台,可完成如下功能 :

        经过授权的维护人员(维护工程师),通过工程师站可以对整个系统进行维护,包括控制网络的组态设置(网络节点的增减、通讯速率的设置等)、人机界面(HMI)画面的修改、现场过程数据采样点和被控点的增减等;

        具有操作员站的全部功能,需要时可以作为操作员站使用。

        操作员站作为总调度及燃气调度的操作员使用平台,在操作员站实现对各           分厂生产状态进行监视、产生报表和曲线查询,以及个分厂生产状况进行统一调配。

3.4 系统产品设计

        该系统软件由力控ForceCon平台组成,包括企业级实时历史数据库 pSpace 6.1及配套的SCADA平台软件psView2.1、能源管理信息平台Fportal  、Web服务器软件及相关应用软件组成。该平台产品覆盖整个工业信息化领域,通过分布式实时数据库的特点实现系统间的高效集成、级联及扩容,可为企业用户提供一个快速/高效的平台产品,满足各种工业信息化企业需求。

        平台产品以“分布式实时数据库”为核心搭建力控家族“工业控制消息总线”,并支持集成面向服务(SOA)系统架构的“信息服务总线”。消息总线和服务总线提供可靠通用的信息交互机制和广域服务机制,实现整个系统间的安全高效的数据通信和应用集成。贯穿整个企业信息化业务,可以自由构建不同规模的应用,实现从底层工业现场控制(小型场站系统、嵌入式HMI)、到生产调度指挥管理(SCADA)及上层信息化管理(MES、ERP)的融合。

3.4.1 企业级实时历史数据库pSpace6.1

        本系统需要记录大量的具有时间特征的监控数据,针对数据的读取、归档、查询和分析做综合展示,本项目采用不依赖于任何关系数据库的实时历史数据库软件。企业级实时历史数据库软件运行于数据库服务器,数据库服务器可根据要求设定集群冗余(磁盘阵列),实时历史库软件支持集群冗余方式。

实时数据库系统软件实现实时采集生产过程装置数据并连续进行存储并统计,数据在存储时根据每个数据点设定的压缩比参数进行存储。该软件可对(系统项目)实现网络化的生产监视和数据分析,使(系统项目)能够实时掌握下属生产企业的安全生产状况。

        力控企业级实时数据库pSpace是一个高性能、高吞吐能力、可靠性强、跨平台的实时/历史数据库系统,可以用于采集、压缩、存储、加工、分析等任何带有时间特性的生产信息,pSpace提供全系列的工业通讯接口及ERP业务接口,实现生产监控到调度管理的完美整合。能极大地提高企业的智能化及决策的精度和速度。

 

        多平台的支持能力可运行于Windows以及RedHat、Ubuntu、CentOS等多种Linux操作系统。

        企业级实时历史数据库pSpace产品特性与指标

        支持在线连续存储,并达到30万条记录/秒的存储速度。

        企业级实时历史数据库单台服务器应可以支持100万点的数据点。

        数据压缩率可高达40:1(50:1);

        数据库单客户端单点查询速度20万条记录/秒。

        实时历史数据库1000个客户端并发查询,每秒应可达2万条记录。

        实时库应稳定支持256客户端并发查询。

3.4.2 SCADA平台软件psView2.1

        本系统SCADA采用力控SCADA平台软件psView2.1,该平台作为pSpace6.1的图形客户端,以分布式区域企业级实时历史数据库为核心,分布式企业级实时历史数据库技术可以保证生产数据精确输出并完成可视化,企业级实时历史数据库无限的分层结构可使大型企业信息尽收眼底。力控SCADA平台组态软件具有灵活的系统应用架构,可以自由构建不同规模的应用,满足用户对企业信息化的多样性要求,用户在此基础上可以灵活的构建适合企业应用的解决方案。

        psView2.1通过连接pSpace6.1远程数据源的组态方式就能与企业级实时历史数据库进行信息交互,完成生产监控、查询、曲线分析等各项功能。

        SCADA平台功能特性如下说明:

-支持以分布式企业级实时历史数据库为系统核心的一体化软件平台,具备开放、集成、面向对象的开发环境,系统开发人员可方便使用。

-支持客户端/服务器(C/S)和B/S(“瘦”网络客户端)架构。

-具有完整的报警管理能力, 支持ISA18.2的报警标准,可支持多级报警管理、声光等报警输出以及参数在线调整等功能。

-提供部署服务器,可管理、编辑、监控远程节点工程及平台状态。

-可提供编程语言供用户使用,支持用户自定义函数的开发。

-支持用户自定义功能和二次开发组件,可以集成第三方插件及可执行程序。

-支持大分辨率的窗口图形显示,提供基于面向对象的模板化的可视化开发工具。

-支持将C/S客户端完整发布到Web上,Web容器支持第三方插件发布。

-软件开发出的工程应具备项目文件备份功能,并且应支持工程文件口令保护。

-支持使用用户,权限,优先级,安全区的方式为用户提供安全验证。

 

3.4.3 能源管理信息平台Fportal

        力控能源管理信息平台Fportal是一个面向大型能源管控中心的能源管理信息平台,是力控科技管控一体化整体解决方案的组成部分之一。该平台利用互联网+大数据、云平台等结合先进控制算法为建筑、工业园区、高耗能企业提供从能源开采、转化、输送及利用等全过程提供一流的整体自动化+信息化解决方案。

        力控Fportal平台完全是模块化设计,根据能源流向图来提供能源数据工厂建模和各类丰富的能源对标分析组件,该平台可分为采集层、数据层、web服务层、web前端等,该平台可以与力控FORCECON产品家族无缝连接来构建完整的EMS系统,还可以将各种功能不同的第三方信息系统进行集成从而形成完整的工厂智能解决方案。

 

4 系统功能

        金盛兰生产调度及能源管理平台是企业能源管理信息化建设的调度指挥中心,采集各分厂生产数据、能源介质(水、电、气、煤等)数据以及生产产品数据等,并对采集的数据进行分析处理,做为整个生产和能源管网调度依据。对全厂能源介质输配管网进行生产调度,并通过组态界面和现场实时视频监控对现场设备状态进行监控,及时对设备异常状况进行维护调度,对突发事件进行抢修调度,对全厂能源介质输配管网进行科学的调度和维护。

4.1 生产调度平台

        在调度中心设立无尘机房、调度大厅,无尘机房作为整个系统的核心,保证各服务器系统、网络系统、视频系统等7*24h正常运行,调度大厅作为总调度及煤气调度工作区域,配置操作台和电视墙, 保证调度人员能及时针对全厂各分厂生产状态实现统一调度和生产任务分配,保证生产信息的及时行和完整性,减少不必要的能源介质排放,提高工作效率。

4.1.1 无尘机房

        机房建设为无尘机房,保证服务器在一个干净、常温的环境中运行。机房配置4台网络机柜,分别作为网络机柜、生产数据采集及能源管理数据服务器机柜、视频系统机柜、备用柜;一台30KVA的UPS保证服务器、存储、网络设备、空调等不间断运行;两台精密空调对机房温度进行控制。具体见下图:

 

4.1.2 调度大厅

        大屏幕显示设备由3*6共18块55寸液晶拼接屏和两侧3*2共12台55寸液晶电视组成,在液晶拼接屏上方设置LED显示屏。3*6共18块55寸液晶拼接屏主要用于显示能源管理系统的实时监控数据和重要的监控点位的实时图像。12台55寸液晶电视组成监控系统电视墙,用于显示厂区监系统的实时监控图像。通过海康综合平台管理软件可实现大屏任意拼接与分割,资源库中任意资源均可上墙,可配置多个大屏显示预案并按照设定好的时间进行轮询上墙显示。LED显示可通过配置工具投放时间、文字等数据。具体如下图:

 

 

        操作台由实木及大理石组成,主要有7个工位,配置DELL台式机,其中6个工位安装的力控PSVIEW图形客户端,主要是显示现场生产数据及相关能源数据,另外一个工位主要用作视频系统配置、操作等。如下图:

 

4.1.3 生产调度

        生产调度部署的是力控图形客户端软件psView2.1,可实现各厂生产工艺画面无缝切换,对现场各分厂生产工艺状态监控、报警查询、实时历史曲线查询、各能源介质管网监控等。现场各分厂工艺状态如下图所示:

 

        

        能源介质管网图,主要包括生产新水、配电、氧气、氮气、氩气、压缩空气、煤气等介质的管网图,调度人员通过各能耗介质官网实时配送状态,发布生产指令,调整生产计划,以实现节能减排。能耗介质管网如下图所示:

 


4.2 能源管理平台

        能源管理系统主要是对上传的能源数据进行进一步的筛选、统计、分析、对比等,从这些数据上整体了解各生产部门的不同能源介质的消耗情况、节能指标完成情况;再依据系统处理后的数据指标进行考核,并进行各部门之间的能源成本对标、产品能耗对标等工作,通过对比分析,帮助公司领导层进行决策支持,并依据这些数据制定新的节能指标或更加科学合理的考核依据,制定节能的大政方针或节能措施,并向下推行。

4.2.1 实时监控

        实时监控模块将生产调度平台画面嵌入到能源管理平台,通过IE浏览器即可产看各分厂实时的生产状态,以及对生产能源数据进行实时监控包括电力系统运行图、煤气管网运行图、水系统运行图、蒸汽管网图、氧氮氩空气体系统运行图等;提供丰富的可视化手段,对现场生产能源数据进行展示,如:工艺流程图、各种曲线、报表等;提供丰富的日志记录和管理功能,以便全程追踪问题。具体如下图所示:

 

 

4.2.2 设备管理

        设备管理模块主要是对能源计量设备的统一管理模块,包括设备基础信息录入管理,生产业务管理。生产业务管理主要针对设备台帐、设备信息、设备故障保修与查询、设备报废处理与查询、设备检修计划流程提交与审批等。具体如下图所示:

 


4.2.3 司磅管理

        司磅管理模块主要为厂区地磅提供数据录入接口,用户可通过手工录入地磅数据并存档,实现产品产出、物料进出的跟踪。具体如下图所示:

 

4.2.4 调度管理

        调度管理为用户模块提供生产工艺电子台账管理接口,调度人员通过手工录入每天的生产调度日志,方便随时查阅生产工艺指标参数和生产日志。具体如下图所示:

 

4.2.5 视频管理

        视频管理模块嵌入海康视屏控件,授权的用户可通过能源管理平台访问视频服务器中各分厂的实时监控和历史存储视频。如下图所示:

 

4.2.6 能源管理

        能源管理模块主要是对全厂能耗数据的管理分析,包括能源基础数据管理,能源计划管理、能耗指标管理、计量统计分析、能耗预警管理、能耗报表管理等。

4.2.6.1 基础数据管理

        基础数据管理主要包括能源信息管理、能源分类管理、能源价格规则、能源用途分类、能源定额分类。主要是对能源基础数据的录入与管理,如各能耗介质的名称与颜色定义、能源属性分类、折标煤系数、碳排放系数、计费方式和结算时间以及价格规则、能源用途和定额分类等。


4.2.6.2 能源计划管理

        能源计划管理主要是对各能源介质年度用能目标的设定,以及对各分厂生产单位产品所需消耗能源介质定额,并根据各厂生产产品计划,生成能源介质生产以及购入计划。 


4.2.6.3 能耗指标管理

        用户可通过能耗指标管理设定各分厂生产单位产品所需消耗的各种能源介质的用量,可做作为能源绩效考核的标准。

 


4.2.6.4 计量统计分析

        能源管理计量统计与分析模块,主要功能包括:能耗对比分析、产品能耗趋势、能源结转统计、能源购入管理、能源产品统计、能效成本管理、能耗信息统计、能耗折标煤、能耗绩效考核、用能情况分析。

 

 

4.2.6.5 能源预警管理

        能源预警管理提供能耗预警实时和历史查询接口。

4.2.6.6 能耗报表管理

        能耗报表模块主要功能包括:计量表年、季、月、日、时报查询,单质能源月报查询,能源统计日、月报查询,能源统计对比分析,各厂能源报表查询,电能统计报表查询,电耗指标日报查询,能源平衡报表查询等。

 


4.2.7 产品管理

        产品管理模块为用户提供产品录入接口,并根据产品产量对应的消耗的能源计算出单品能耗值并存档,用户可查询单位时间内个分厂生产产品能耗值,并以饼图、柱状图等多种方式展示。用户可根据生产任务制定产品生产年、月、日计划,系统则根据相应的产品生产计划生成能源产品生产和购入计划。 


4.2.8 历史回放

        历史回放模块主要用来查询计量表的历史数据,可以任意设置查询两个时间段的数据并进行比较。

 

4.2.9 用户管理

        用户管理模块主要对使用人员进行权限分配、岗位分配、以及员工信息录入存档,可对用户信息进行增加、删除、修改等操作,可对在线用户进行管理,系统管理员可对在线用户进行下线操作。

 

4.2.10 日志管理

        系统操作日志模块,跟踪系统用户在系统中执行的一些关键性操作,提供查询接口。

        用户根据操作用户、执行的操作分类、时间段进行查询系统日志。 


4.2.11 文档管理

        文档管理模块为企业无纸化办公、电子文档传阅、电子文档共享提供一个统一管理平台接口。采用类似于windows电脑桌面的文件交互方式,获得像使用操作系统一样的使用体验,在线管理文件,在线预览所有的文档、图片、甚至音频视频。


4.2.12 系统配置

        系统配置为系统参数配置模块,用户可根据实际情况和需求,对平台系统菜单和页面进行配置管理,对企业机构分类和管理,对系统参数包括计量单位、时间单位、系统对象参数(生产设备、计量表等)、以及系统对象与产品等进行配置,对各分厂用能单元进行计量表分配,对工作审批流程进行管理,相关应用开发接口管理,以及客户供需清单管理等。


5 方案总结

        “湖北金盛兰冶金科技有限公司生产调度及能源管理中心系统”于2016年9月初搭建完成并上线运行。整套系统包含生产调度和能源管理,操作人员可通过C/S客户端、B/S客户端、大屏投放等方式实时在线监控全厂生产状态、各种能源介质输配送情况,以及进行能耗报表统计分析数据,极大地提高了生产调度和能源介质调度的工作效率。由于能够实时监控能源介质管网数据的状态,调度人员能够及时地下达调度指令,快速平衡水、电、气等各种能源介质管网,减少了能源介质的排放和浪费。能源管理平台报表数据分析、设备管理、产品管理等功能很好地满足厂区生产数据的统计需求,追踪设备物料的流向,提高了管理的效率。

        总体来讲,整套系统可以根据全厂区生产节奏的转换及时做出反应,平衡能源介质管网,避免能源的浪费;同时更为直观地整合分析计量数据,减少人为误差,提升管理效率,实现了能源的最优配送和最大化利用。

控科技——工业IT的先锋!

  始建于90年代初的力控科技,已发展成为以北京力控元通科技有限公司为核心的集团型企业。力控科技立足于以信息化促进自动化,提供管控一体化解决之道,提供成熟的工业自动化与信息化平台工具及解决方案。

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