代曉鵬，段國光

(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)容是針對企業(yè)生產(chǎn)裝置進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、存儲以及數(shù)據(jù)分析，提供與ERP系統(tǒng)的應(yīng)用集成接口(計量數(shù)據(jù))。能源管理中心系統(tǒng)具有能源綜合監(jiān)控(實時數(shù)據(jù)庫)、生產(chǎn)調(diào)度管理、能源規(guī)劃、能源計劃、能源預(yù)測、能源計量、能源質(zhì)量管理、能源實績、設(shè)備管理、報表管理、監(jiān)督檢查、安全管理、環(huán)保管理、能效對標管理、企業(yè)節(jié)能管理以及能源審計等16個功能模塊的應(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(以下簡稱中能化工)委托安徽省能源利用監(jiān)測中心進行了系統(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，實現(xiàn)年節(jié)能48 233.82 t(標煤)，比預(yù)期節(jié)能超過16 233.82 t(標煤)，節(jié)能效益顯著。

1 項目實施

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、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)通過環(huán)網(wǎng)連接廠區(qū)各處的數(shù)據(jù)采集點，由光纖傳輸數(shù)據(jù)至能源管理中心實時庫服務(wù)器，再由WEB服務(wù)器對生產(chǎn)和能耗信息進行發(fā)布，用戶通過客戶端可在任何能夠連接網(wǎng)絡(luò)的地方進行系統(tǒng)訪問，或者通過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，結(jié)合安徽晉煤中能化工股份有限公司(以下簡稱中能化工)的實際情況，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

對于全廠能源統(tǒng)一調(diào)度管理系統(tǒng)來說，由于要收集生產(chǎn)過程的相關(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)定運行是企業(yè)首先要保證的，因此，控制系統(tǒng)的安全問題是整個系統(tǒng)設(shè)計中必須考慮的重點。中能化工能源管理中心項目中，確定采用技術(shù)加管理的模式，對整個信息系統(tǒng)安全進行綜合設(shè)計。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)、實時數(shù)據(jù)庫雙機冗余、關(guān)系數(shù)據(jù)庫雙機熱備、GPS同步時鐘；管理方面包括用戶權(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)過程的控制系統(tǒng)連接，因此必須有嚴格的措施來保證網(wǎng)絡(luò)安全，避免信息系統(tǒng)對控制系統(tǒng)的影響。

本項目中選用的網(wǎng)絡(luò)安全措施包括但不限于設(shè)計安全的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(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)病毒對信息網(wǎng)絡(luò)的危害極大，輕則影響業(yè)務(wù)的正常進行，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、修補操作系統(tǒng)，完善管理規(guī)章制度外，還需要采取一定的技術(shù)手段來提高系統(tǒng)的安全性。本項目中提供防病毒體系來完善和增強系統(tǒng)的安全性。

在管理網(wǎng)設(shè)置1臺專門的防病毒服務(wù)器，該服務(wù)器直接連接后接入交換機，并安裝防病毒服務(wù)器軟件及系統(tǒng)管理中心。網(wǎng)絡(luò)管理員通過管理中心獲得所有的防病毒結(jié)點的防病毒狀況，并為它們進行統(tǒng)一配置和升級。服務(wù)器需要每日或每周定時升級，并同時對客戶端進行升級。EMS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他機器作為防病毒軟件的客戶端。防病毒服務(wù)器可使用本項目配備的1臺WEB服務(wù)器，防病毒服務(wù)器具備外網(wǎng)訪問條件，殺毒軟件服務(wù)器可自動升級，安裝殺毒軟件客戶端PC再進行設(shè)置后可自動升級。

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，該網(wǎng)關(guān)機能完全滿足中能化工對數(shù)據(jù)采集設(shè)備的要求。它具有堅固耐用、小體積、低功耗、無風扇、零噪音、工業(yè)級品質(zhì)和豐富的接口，可作為系統(tǒng)終端和控制主機、網(wǎng)關(guān)機等專用設(shè)備，能夠滿足在環(huán)境和體積要求嚴格的場合做網(wǎng)關(guān)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用。網(wǎng)關(guān)技術(shù)示意見圖1。

圖1 網(wǎng)關(guān)技術(shù)示意

由圖1可見：嵌入式網(wǎng)關(guān)機利用雙網(wǎng)卡，充當網(wǎng)關(guān)；一邊與控制系統(tǒng)相連，另一邊通過防火墻與信息系統(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)不會在同一網(wǎng)段內(nèi)，可保證信息系統(tǒng)內(nèi)的機器與控制系統(tǒng)內(nèi)的機器不會形成直通。

嵌入式網(wǎng)關(guān)機負責從各個DCS、PLC、電力綜保系統(tǒng)通過相應(yīng)的接口采集數(shù)據(jù)，送到實時數(shù)據(jù)庫中，智能電表通過串口服務(wù)器連接后接入，網(wǎng)關(guān)機則通過DLT645- 1997、DLT645- 2007、MODBUS RTU標準的以及非標協(xié)議規(guī)約采集數(shù)據(jù)到實時數(shù)據(jù)庫；同時充當管理網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)。當采集器與實時數(shù)據(jù)庫之間的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時，數(shù)據(jù)會先保存在網(wǎng)關(guān)機上；當故障網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時，保存在網(wǎng)關(guān)機上的數(shù)據(jù)會自動上傳到實時數(shù)據(jù)庫服務(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，形成對信息系統(tǒng)及底層控制系統(tǒng)的保護。通過防火墻日志審計系統(tǒng)加強對網(wǎng)絡(luò)活動的審計和監(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)通過用戶授權(quán)的方式進行權(quán)限管理，所有要訪問信息系統(tǒng)的用戶經(jīng)審核批準后由系統(tǒng)管理建立并進行相應(yīng)的權(quán)限分配。只有授權(quán)的用戶才能訪問相應(yīng)的信息，才可以進行相應(yīng)的操作。此外，企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的各個路由器需進行嚴格的設(shè)置，通過路由器設(shè)置屏蔽無用端口，防止外部黑客攻擊和企業(yè)內(nèi)部員工的錯誤操作。

本方案中采用C/S(工程組態(tài)時和簡單訪問時用到)和B/S(一般客戶訪問時用到)相結(jié)合的架構(gòu)。

1.2.7 實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

負責采集各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行初步處理，負責保存配置數(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)實時數(shù)據(jù)的正常運行，本方案對EMS中的實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用雙機冗余。即2臺服務(wù)器都安裝實時數(shù)據(jù)庫軟件，1主1備同時運行；當主服務(wù)器無法正常工作，則切換到備用服務(wù)器，確保實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)不會丟失，實現(xiàn)無縫連接。

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

負責EMS系統(tǒng)功能模塊的安裝部署、WEB平臺發(fā)布及各功能模塊數(shù)據(jù)交互存儲，客戶端通過瀏覽器的方式使用能源管理中心系統(tǒng)。

1.2.9 客戶端

通過瀏覽器的方式訪問EMS系統(tǒng)?？蛻舳思劝a(chǎn)一線客戶端，也包括公司局域網(wǎng)客戶端，還包括能通過與WEB服務(wù)器連接的其他客戶端，它們都以統(tǒng)一的方式訪問EMS系統(tǒng)，可實時了解生產(chǎn)情況。在EMS系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)條件許可情況下，不限制訪問能源管理中心系統(tǒng)的用戶數(shù)量。

2 項目實施前、后能耗比較

項目實施前(2012年)、后(2014年下半年)主要產(chǎn)品能耗指標見表1。

該項目實施前(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。該項目實施后(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 項目實施前、后主要產(chǎn)品能耗指標

3 實施效果

(1) 實現(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現(xiàn)在線統(tǒng)一監(jiān)控和調(diào)整調(diào)度；工序能源消耗實績、主要能源管理指標每日跟蹤，能源消耗實績結(jié)算報表自動生成。

(2) 實現(xiàn)能源管理由事后管理向事前管理轉(zhuǎn)變：編制能源供需計劃，按計劃組織能源生產(chǎn)。根據(jù)計劃安排能源設(shè)備運轉(zhuǎn)、檢修計劃。預(yù)測能源消耗指標，制定能源管理措施，實現(xiàn)能源計劃精細管理。

(3) 實現(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：通過調(diào)度中心優(yōu)化能源供需平衡，通過煤氣、蒸汽、電力相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)能源的最優(yōu)化使用，通過系統(tǒng)功能將能源管理體系的各個環(huán)節(jié)有機聯(lián)系起來。制定能源計劃包括能源平衡、能源預(yù)測、計劃與實績跟蹤，能源指標統(tǒng)計、用能管理等業(yè)務(wù)功能，并加強信息的準確性和信息共享的實時性。

(4) 實現(xiàn)能源管理的流程控制，提高能源管理的規(guī)范性，能源管理人員勞動生產(chǎn)率的大幅度提高。通過統(tǒng)一的能源管控系統(tǒng)平臺的數(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確性，強化了流程規(guī)范性，實時數(shù)據(jù)采集避免了人為抄表的誤差和時間延遲，部分廠站可實現(xiàn)能源管控中心統(tǒng)一調(diào)度下的無人值守，使能源管理人員的勞動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)定能耗目標值，并根據(jù)產(chǎn)量和各種能源消耗量，可以計算出每天每班的能耗情況和節(jié)能量，同時通過管控系統(tǒng)、ERP和DCS共同作用，通過優(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，對設(shè)備的點檢、維護、檢修體現(xiàn)計劃性并真正落到實處，可減少故障和隱患的發(fā)生，對備件管理規(guī)范化，降低設(shè)備運行成本的同時保證備件供應(yīng)，從而更好地發(fā)揮設(shè)備的整體效能。