1、行業背景
1.1、現狀
某鋼鐵企業鐵鋼材配套生產能力108萬噸，主要產品為熱軋帶鋼，冷軋帶鋼，中高檔焊管。該企業公司 原 有 能源網，僅對廠際間約150個能源數據點進行了采集，且存在數據不準確的現象，因此能源計量主要還是依據計量處的人為手工抄表。調度辦公室位于原制氧廠的辦公樓內，調度通過電話詢問了解現場的能源情況，并實施調度指揮。總體 來 說 ，目前的該公司能源管理仍屬于粗放型管理模式，其主要工作目標是最大限度地滿足各分廠的用能需要.因此，存在多種能源介質沒有被充分優化利用的現象，例如:煤氣、壓縮空氣均有放散，且煤氣放散量偏高，并由此造成能源浪費和環境污染。粗放型的管理模式嚴重影響了企業的發展，削弱了企業的競爭力。
1.2、需求分析
為了節能降耗降低成本，提高企業在行業的競爭力，該鋼廠結合企業實際情況，在原有能源管理系統的基礎上進行升級改造。采用先進科學技術建立企業級數據庫，通過企業內部的網絡，將分布在現場的能源數據采集站、檢測站、現場控制站、操作管理控制中心的操作站以及管理控制站等聯系起來，共同完成能源的分散控制和集中管理的綜合管理與控制系統。利用系統的觀點，站在全局的角度，更加合理的調配能源，從整體上有效地節能降耗。
2、某鋼廠能源管理系統網絡圖
典型能源系統架構包括能源調度管理中心、通訊網絡、遠程數據采集單元等三級物理結構（如圖示）。
1） 以力控forcecontrol 6.1 scada軟件為監控中心，以力控實時歷史數據庫pspace為核心，建立i/o server實時數據服務器，實現在線的數據監視、工藝操作和實時的能源管理功能；基于數據庫技術開發具有模型背景的能源管理功能并對外提供接口。
2） 采用工業級以太網交換機，建立分區域的冗余環網，環與環之間采用耦合拓撲結構進行連接，從而建立高可靠專有的能源數據采集通訊網絡。
3） 以力控通信網管服務器pfieldcomm產品為核心，通過數據采集、通訊、協議轉換等技術手段，將能源介質參數的采集與生產控制系統隔離，提供連續、真實、可靠的數據依據。
3、能源管理系統的設計及開發
3.1、方案設計簡介
該鋼廠能源管理對象包括了公司內部所有涉及廠際間結算的各種能源介質，主要是煤氣、氧氣、氮氣、氬氣、蒸汽、壓縮空氣、深井水、凈化水、工業水和深度處理的廢水等11套計量系統。根據現場實際情況，實現能源系統分散的數據采集和控制、集中的管理、調度和能源供需平衡，以及生產管理過程中的能源預測，為在生產全過程中實現節能、降耗和環保目標創造條件。
3.2、 設計內容
采用先進的自動化、信息化技術建立能源管理調度中心，對供配電系統、水系統、燃氣系統及壓空系統等的數據實行集中監控和管理。通過對能源系統實行集中監測和控制，實現從能源數據采集—過程監控—能源介質消耗分析—能耗管理等全過程自動化、高效化、科學化管理，使能源管理與能源生產、使用的全過程有機結合起來，使之能夠運用先進的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，包括能源生產管理統計報表、平衡分析、實績管理、預測分析等。實現全廠能源系統的統一調度、優化能源介質平衡、最大限度地高效利用能源，提高環保質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
3.2.1能源管理調度中心的主體系統架構
能源管控中心的系統構架采用客戶機/服務器（c/s）架構與瀏覽器/服務器（b/s）架構結合形式，分為工業控制系統網絡（內網）和管理系統網絡（外網），由采集節點交換機、調度中心核心交換機、能源控制環網（利用現有網絡）、數據采集/實時數據庫服務器、歷史數據庫服務器、web服務器和HMI終端等組成。能源管理調度系統采用三層網絡架構，即現場數據采集網絡，中間傳輸與數據交換層網絡，能源調度管理中心。配置1臺核心交換機實現能源調度中心各服務器的網絡連接，并與中間級網絡連接，完成實時數據服務器與現場各節點上的所有采集站點的通訊，處理所采集的數據，并將處理后的數據送到各服務器和HMI終端。
3.2.2主要作用和基本功能
能源管理調度中心系統不僅對能源的統一調度、優化平衡、減少能源損耗、提高勞動生產率有重要作用，而且對于事故預案的制定和執行、事故原因的快速分析和及時判斷處理、能源供需的合理調整和平衡以及在客觀信息基礎上的能源實績分析、能源計劃編制、能源質量管理、能源系統的預測等都是十分有效的。
能源管理調度中心系統設置有電力系統操作站、水系統操作站、動力系統操作站和web管理站等。能源管理調度借助操作站進行能源系統潮流監視及主要能源設備狀態監視和操作，并設置數字大屏顯示屏系統，對能源系統及相關生產單元進行全局監視；另外，在能源管理主體系統出現異常的情況下，通過其視頻監控系統可以對重要的能源設施進行直接的監控，確保其安全運行。
能源生產技術人員借助能源管理的HMI終端，完成主要潮流監視、技術分析、統計報表輸出等功能，以實現為完成生產指導制定運行方案等功能。
4、數據現場采集
現場數據采集采用rs485網絡、1000m光纖工業網絡以及核心以太網絡等幾部分組成。現場rs485網絡通過串口服務器或rtu接入1000m光纖網絡。現場各采集系統分別連接到工業網絡的各點，形成星型網絡結構。
現場的數據采集系統包括：modicon quatumm plc、siemens s7-200、siemens s7-300、siemenss7-400、ge versamax、ge 90-30負責現場溫度、流量、壓力、電參數等數據的采集，采集的數據通過北京三維力控科技的通訊網關服務器pfieldcomm將諸多的協議轉換成統一標準傳送到數據中心—力控企業級實時歷史數據庫pspace服務器中。
實時數據庫主要用于管理企業生產過程的數據，記錄設備運行過程每時每刻的信息，供生產管理人員對生產過程進行監控和過程分析。它要把現場設備發生的變化實時傳給用戶，還要把各個設備傳送過來的數據進行實時處理和保存，同時要對客戶端用戶查詢歷史數據的要求作出響應，實時數據庫處理的數據是連續性的，因此數據的吞吐量巨大，實時性很高。
5、監控調度中心-力控forcecontrol6.1
力控forcecontrol6.1工業監控組態軟件是北京三維力控科技有限公司根據當前的自動化技術的發展趨勢，總結多年的開發、實踐經驗和大量的用戶需求而設計開發的高端自動化軟件產品，是力控科技全體研發工程師集體智慧的結晶，該產品主要定位于國內高端hmi/scada自動化市場及應用，是企業信息化的有力數據處理平臺。
力控forcecontrol6.1工業監控組態軟件負責調度中心對采集到的各種數據，在顯示屏上以畫面、報表、圖像的形式動態顯示系統的工藝過程、參數、設備工況。顯示屏幕上可以顯示當前監測的數據，亦可顯示歷史數據（趨勢曲線），顯示時，可以通過顏色變化、百分比、色標填充等手段增強畫面的可視性。根據顯示的工藝過程、參數、設備工況對現場運行設備進行控制。
6、能源管理系統的核心－－力控實時數據庫pspace
實時數據庫服務器采取冗余配置，在功能采用負荷均衡技術，完成與現場所有采集站的數據采集，并向操作站、web服務器和歷史數據庫提供數據。為提高系統性能，本設計通過實時數據庫服務器與現場采集站進行通訊，并將所有的采集站的通訊協議統一到同一通訊協議上，提高系統的通訊效率和服務器處理性能，實時數據庫服務器將完成中間量計算、累積量計算、趨勢、報警、數據短時歸檔、向數據庫站傳送數據等功能，并保存有信息記錄、操作記錄等功能。同時實時數據庫服務器兼任應用服務器功能，實現基礎能源管理，數據查詢、報表查詢和打印、能源平衡、能源分析預測等應用功能。
6.1實時數據庫的設計目標
生產系統實時監控：[/b]實時數據庫系統為各級管理部門提供的遠程實時生產過程信息，有效地幫助調度人員及時調整物流方向，減少非計劃停車，保持生產的平穩運行。通過實時數據庫系統記錄的裝置運行狀態參數的分析和中間產品的質量分析，然后通過實時數據庫系統快速返回相關的結果，來及時調整操作參數，確保裝置操作的平穩性，從而有效地提高產品的質量。
報警實時監視：通過比較當前的數據和歷史趨勢數據，特別是結合裝置安全運行的經驗，通過趨勢圖和數據的分析可以及早報告事故隱患，并且通過對事故
