一、企業(yè)能源計量信息集成管理系統實現的功能

    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。針對每一個計量器具進行狀態(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(jiān)控
    通過對儀表數據的實時監(jiān)測，實現對計量儀表的狀態(tài)監(jiān)測，發(fā)現計量儀表問題進行異常報警，從加強計量狀態(tài)管理的角度來提高計量數據的準確性，實現對計量儀表運行狀態(tài)的判斷和監(jiān)測。通過實時的計量監(jiān)控網絡，對計量的全過程進行監(jiān)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量和累計量，同時還記錄溫度、密度。形成的實時曲線清楚地反映正在作業(yè)的情況。
    3.計量數據實時監(jiān)測分析
    通過計量數據的實時采集、實時監(jiān)控分析能源消耗情況。系統形成的歷史曲線可追溯已往的計量過程，為公司管理部門實現生產過程能源消耗統計提供全面的支持。
    系統自動生成的小時、班報、日報和月報為能源消耗分析提供全面支持。通過計量儀表數據狀態(tài)監(jiān)測以及計量網絡圖，實現管網能源供用的及時平衡，通過比較分析，及時發(fā)現設備耗能的變化，從而合理指導用能。
    4.信息發(fā)布
    系統的網絡發(fā)布功能不僅可以定期發(fā)布能源數據報表，還可以隨時發(fā)布計量信息。網頁設計的窗口功能為企業(yè)內部各單位提供技術交流的平臺，所有的計量問題通過網絡發(fā)布，管理部門及時進行協調落實解決。
    

二、企業(yè)能源計量信息集成管理系統設計的范圍

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

    系統采用全分布開放式系統結構。整個系統分為兩層:儀表計量層(包括人工錄入)與信息管理層。所有現場儀表信號進入采集卡通過企業(yè)內部光纖網絡上傳至系統主服務器。所有監(jiān)控界面和數據通過Web實時發(fā)布。整個系統以調度室為核心，調度控制中心用于集中數據、遙測遙信各種介質的計量、管網數據的平衡和各遠程站點(以下簡稱“場站”)的運行。調度控制中心通過適當的通信系統，利用安裝在各場站的遠程終端單元(Remote Terminal Unit，RTU)采集各類不同的能源計量數據，及時分析、處理，并對管網進行遠程監(jiān)視，保證各類介質安全、穩(wěn)定、連續(xù)地輸送。同時向管網與運行相關的管理部門傳遞和交換信息。
    系統主要由三部分組成，實現管網的實時中央監(jiān)控和管理操作的功能:
    第一部分:調度控制中心，集中對實時采集的計量數據進行監(jiān)控和管理。
    第二部分:通信系統，采用光纖或五類線有線通信方式。
    第三部分:采集場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絡拓撲結構

    1.網絡設計原則
    (1)實用性
    網絡設計不僅能夠滿足集團目前使用的要求，還能適應未來若干年以后的網絡發(fā)展需要。網絡平臺具備多網絡協議的支持能力，以避免原有網絡設備投資的浪費。
    (2)安全性
    網絡系統是一個安全系統，并具備各種安全保衛(wèi)手段和措施，如通過VLAN的劃分和交換機過濾技術來保證網絡安全性。
    (3)先進性
    為保證網絡能夠適應未來若干年的發(fā)展，網絡中的硬件與網絡協議都采用與國際標準兼容的開放協議。
    (4)適用性
    由于計算機技術的迅速發(fā)展、新技術不斷產生，同時為保證對新技術的支持，設備的投資和資源在不斷地增加。為避免設備投資的膨脹，方案要求網絡硬件具有較高的性價比及最佳的適用性。
    (5)可靠性
    網絡要求具有較高的容錯性能，網絡設備要求具有高性能的容錯技術，以確保網絡系統不間斷運行。
    2.網絡拓撲結構圖(見圖1)
    

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

五、企業(yè)能源計量信息集成管理系統的實施

    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、計算機技術、通信技術于一體的綜合性的集成控制系統工程，并且是融合了先進的RTU技術、現場總線技術、網絡通信技術、數據庫技術、SCADA/HMI技術及客戶/服務器(Client/Server，C/S)技術等的一體化工程，其主要目標是對企業(yè)能源計量系統的供出、使用、輸配、損耗的全過程進行監(jiān)控和管理調度，實現生產信息、管網狀況的自動化收集、分類、傳送、整理、分析、存儲以及企業(yè)內部能源管理、財務結算、生產節(jié)能、市場信息、對外協調交流信息的自動傳遞和共享。數據服務器通過網絡實現數據采集，再將數據存入數據庫中。數據服務器同時提供Web服務。數據服務器與企業(yè)MIS之間進行有效的病毒隔離，增強數據的安全性。局域網中的其他瀏覽終端通過訪問服務器的Web服務就可以對數據進行統計和管理。
    1.現場能源計量表計的信號采集
    將現場能源計量表計，全部用智能控制器與采集卡組成網絡或全部用帶RS485通信的智能積算儀進行積算部分功能的改造，其作用如下:
    (1)解決了現場表計自動清零問題。
    (2)解決了原始數據設定問題和人為修改問題。
    (3)解決了DCS累計可以人為修改造成的問題。
    (4)解決了表計需要補償的問題，同時還可將計算好的數據傳給DCS。
    2.虛擬網絡技術的應用
    所謂虛擬專用網(VPN:Virtual Private Network，)就是在一個公共網絡的基礎平臺上，構建一個專門給用戶使用的虛擬網絡，這個虛擬的用戶專用的網絡負責將地理上分布的用戶的各個網絡結點連接起來。從網絡空間看，虛擬專用網絡在中間，用戶的網絡結點在邊緣。通過虛擬專用網絡的連接，用戶可以根據自己的意愿分配各個結點上的地址空間，可以自己安排各個結點之間的路由關系。公司信息中心為計量網絡系統設立了VPN的專用IP地址:10.98.62.1～10.98.62.255。本方案使用了17個地址:10.98.61.4～10.98.61.17(串口服務器)、10.98.61.1～10.98.61.3(操作員工作站)。
    站控層利用企業(yè)內部網絡將各中心在地理位置上不在一起的采集站連接成為一個總體網絡。這對于企業(yè)來說是以最低的成本來獲得最高的收益的一個很好的途徑，可以實現企業(yè)內部的資源共享、文件傳遞等，可節(jié)省在采集站之間架設專線所帶來的高額費用。
    利用采集控制器設備轉換成以太網數據格式通過公司內部網進行發(fā)送，在調度中心設置計量服務器、計量網絡操作站和Web發(fā)布站，這樣在調度中心可看到整個能源數據情況以及實時平衡狀況，同時服務器可時刻形成所需的各種生產報表和財務結算所需的報表，可隨時通過網絡和權限發(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器直接交換數據。
    (2)天然氣總門站的數據采集采用與西門子PLC通信的方式解決。
    (3)動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方式從水務中心監(jiān)控系統獲取。
    4.系統軟件
    (1)操作系統軟件
    操作系統包括SCADA服務器、數據庫服務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，服務器選用Windows Server 2003操作系統。
    (2)SCADA監(jiān)控軟件
    SCADA系統上位監(jiān)控軟件建議選用較流行的工業(yè)組態(tài)軟件，通過優(yōu)化現場的操作降低了用戶的成本。基于真正客戶-服務器的結構體系，提供了最大的靈活性，業(yè)界已證明的穩(wěn)定可靠性，以及方便快捷的安裝和管理功能，提供實時數據庫的Web服務。
    (3)服務器軟件
    系統由Web服務器、數據服務器組成信息管理服務器。系統以數據校正與數據發(fā)布服務為主，該系統具有最新數據平衡顯示、數據查詢、數據統計分析、報表生成、報警查詢、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IIS發(fā)布數據服務)，數據服務系統軟件由微軟可視化開發(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.通過電能消耗，及時進行電力調度和負荷調整
    系統對現場500多個電能表的信息進行RS485傳輸采集，各用電單位隨時監(jiān)控裝置和主要用能設備的電能消耗情況。對每個生產裝置的高配、低配和主要用能設備用電情況進行監(jiān)控。生產單位根據每天分時用電情況和每月分天用電情況，每月進行耗能分析。系統為優(yōu)化裝置運行、節(jié)能降耗提供有效的支撐。
    2.通過蒸汽管線溫度、壓力、流量實時監(jiān)測，及時進行蒸汽管線損耗分析，為蒸汽管線優(yōu)化運行提供保證
    公司現有9.0MPa、3.5MPa、1.3MPa三個等級蒸汽管網系統，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，管線長度約為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/開發(fā)裝置，流量約為45t/h，管線長度約為600m、900m、1500m。低壓蒸汽管網相對比較龐大、復雜，蒸汽用戶較多，分布于公司生產、行政及生活區(qū)，共有10條主管線，管線長度約為20km，流量隨季節(jié)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內部蒸汽溫度、壓力、流速及凝結水等情況，及時改變蒸汽運行方式，減少蒸汽溫降和管線散熱損失。
    系統能評估保溫狀況，通過改善保溫，減少管線散熱損失。
    通過測算，可節(jié)省蒸汽3t/h，蒸汽價格按100元/t計算，年直接效益為237萬元。
    3.通過原油消耗監(jiān)測，及時分析熱煤爐效率，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12萬噸，熱煤爐的節(jié)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量流量計，并將質量流量計信號采集進計量系統。生產中心每天監(jiān)控燃油計量情況，每班統計燃油消耗數據，每月進行爐效分析，以便及時組織安排熱煤爐保溫檢查或爐膛清灰工作。必要時，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(guī)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，及時安排清灰作業(yè)。通過優(yōu)化管理，公司熱煤爐平均熱效率由不到86%提高至89%。