力控实时数据库pSpace在钢铁行业EMS中应用

1、行业背景 1.1、现状        某钢铁企业铁钢材配套生产能力108万吨，主要产品为热轧带钢，冷轧带钢，中高档焊管。该企业公司 原 有 能源网，仅对厂际间约150个能源数据点进行了采集，且存在数据不准确的现象，因此能源计量主要还是依据计量处的人为手工抄表。调度办公室位于原制氧厂的办公楼内，调度通过电话询问了解现场的能源情况，并实施调度指挥。总体 来 说 ，目前的该公司能源管理仍属于粗放型管理模式，其主要工作目标是最大限度地满足各分厂的用能需要.因此，存在多种能源介质没有被充分优化利用的现象，例如:煤气、压缩空气均有放散，且煤气放散量偏高，并由此造成能源浪费和环境污染。粗放型的管理模式严重影响了企业的发展，削弱了企业的竞争力。 1.2、需求分析        为了节能降耗降低成本，提高企业在行业的竞争力，该钢厂结合企业实际情况，在原有能源管理系统的基础上进行升级改造。采用先进科学技术建立企业级数据库，通过企业内部的网络，将分布在现场的能源数据采集站、检测站、现场控制站、操作管理控制中心的操作站以及管理控制站等联系起来，共同完成能源的分散控制和集中管理的综合管理与控制系统。利用系统的观点，站在全局的角度，更加合理的调配能源，从整体上有效地节能降耗。   2、某钢厂能源管理系统网络图     典型能源系统架构包括能源调度管理中心、通讯网络、远程数据采集单元等三级物理结构（如图示）。 1）    以力控forcecontrol 6.1 scada软件为监控中心，以力控实时历史数据库pspace为核心，建立i/o server实时数据服务器，实现在线的数据监视、工艺操作和实时的能源管理功能；基于数据库技术开发具有模型背景的能源管理功能并对外提供接口。 2）    采用工业级以太网交换机，建立分区域的冗余环网，环与环之间采用耦合拓扑结构进行连接，从而建立高可靠专有的能源数据采集通讯网络。 3）    以力控通信网管服务器pfieldcomm产品为核心，通过数据采集、通讯、协议转换等技术手段，将能源介质参数的采集与生产控制系统隔离，提供连续、真实、可靠的数据依据。     3、能源管理系统的设计及开发   3.1、方案设计简介           该钢厂能源管理对象包括了公司内部所有涉及厂际间结算的各种能源介质，主要是煤气、氧气、氮气、氩气、蒸汽、压缩空气、深井水、净化水、工业水和深度处理的废水等11套计量系统。根据现场实际情况，实现能源系统分散的数据采集和控制、集中的管理、调度和能源供需平衡，以及生产管理过程中的能源预测，为在生产全过程中实现节能、降耗和环保目标创造条件。 3.2、 设计内容       采用先进的自动化、信息化技术建立能源管理调度中心，对供配电系统、水系统、燃气系统及压空系统等的数据实行集中监控和管理。通过对能源系统实行集中监测和控制，实现从能源数据采集—过程监控—能源介质消耗分析—能耗管理等全过程自动化、高效化、科学化管理，使能源管理与能源生产、使用的全过程有机结合起来，使之能够运用先进的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，包括能源生产管理统计报表、平衡分析、实绩管理、预测分析等。实现全厂能源系统的统一调度、优化能源介质平衡、最大限度地高效利用能源，提高环保质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。 3.2.1能源管理调度中心的主体系统架构          能源管控中心的系统构架采用客户机/服务器（c/s）架构与浏览器/服务器（b/s）架构结合形式，分为工业控制系统网络（内网）和管理系统网络（外网），由采集节点交换机、调度中心核心交换机、能源控制环网（利用现有网络）、数据采集/实时数据库服务器、历史数据库服务器、web服务器和HMI终端等组成。能源管理调度系统采用三层网络架构，即现场数据采集网络，中间传输与数据交换层网络，能源调度管理中心。配置1台核心交换机实现能源调度中心各服务器的网络连接，并与中间级网络连接，完成实时数据服务器与现场各节点上的所有采集站点的通讯，处理所采集的数据，并将处理后的数据送到各服务器和HMI终端。 3.2.2主要作用和基本功能        能源管理调度中心系统不仅对能源的统一调度、优化平衡、减少能源损耗、提高劳动生产率有重要作用，而且对于事故预案的制定和执行、事故原因的快速分析和及时判断处理、能源供需的合理调整和平衡以及在客观信息基础上的能源实绩分析、能源计划编制、能源质量管理、能源系统的预测等都是十分有效的。        能源管理调度中心系统设置有电力系统操作站、水系统操作站、动力系统操作站和web管理站等。能源管理调度借助操作站进行能源系统潮流监视及主要能源设备状态监视和操作，并设置数字大屏显示屏系统，对能源系统及相关生产单元进行全局监视；另外，在能源管理主体系统出现异常的情况下，通过其视频监控系统可以对重要的能源设施进行直接的监控，确保其安全运行。 能源生产技术人员借助能源管理的HMI终端，完成主要潮流监视、技术分析、统计报表输出等功能，以实现为完成生产指导制定运行方案等功能。

4、数据现场采集       现场数据采集采用rs485网络、1000m光纤工业网络以及核心以太网络等几部分组成。现场rs485网络通过串口服务器或rtu接入1000m光纤网络。现场各采集系统分别连接到工业网络的各点，形成星型网络结构。       现场的数据采集系统包括：modicon quatumm plc、siemens s7-200、siemens s7-300、siemenss7-400、ge versamax、ge 90-30负责现场温度、流量、压力、电参数等数据的采集，采集的数据通过北京三维力控科技的通讯网关服务器pfieldcomm将诸多的协议转换成统一标准传送到数据中心—力控企业级实时历史数据库pspace服务器中。       实时数据库主要用于管理企业生产过程的数据，记录设备运行过程每时每刻的信息，供生产管理人员对生产过程进行监控和过程分析。它要把现场设备发生的变化实时传给用户，还要把各个设备传送过来的数据进行实时处理和保存，同时要对客户端用户查询历史数据的要求作出响应，实时数据库处理的数据是连续性的，因此数据的吞吐量巨大，实时性很高。   5、监控调度中心-力控forcecontrol6.1        力控forcecontrol6.1工业监控组态软件是北京三维力控科技有限公司根据当前的自动化技术的发展趋势，总结多年的开发、实践经验和大量的用户需求而设计开发的高端自动化软件产品，是力控科技全体研发工程师集体智慧的结晶，该产品主要定位于国内高端hmi/scada自动化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台。        力控forcecontrol6.1工业监控组态软件负责调度中心对采集到的各种数据，在显示屏上以画面、报表、图像的形式动态显示系统的工艺过程、参数、设备工况。显示屏幕上可以显示当前监测的数据，亦可显示历史数据（趋势曲线），显示时，可以通过颜色变化、百分比、色标填充等手段增强画面的可视性。根据显示的工艺过程、参数、设备工况对现场运行设备进行控制。

6、能源管理系统的核心－－力控实时数据库pspace         实时数据库服务器采取冗余配置，在功能采用负荷均衡技术，完成与现场所有采集站的数据采集，并向操作站、web服务器和历史数据库提供数据。为提高系统性能，本设计通过实时数据库服务器与现场采集站进行通讯，并将所有的采集站的通讯协议统一到同一通讯协议上，提高系统的通讯效率和服务器处理性能，实时数据库服务器将完成中间量计算、累积量计算、趋势、报警、数据短时归档、向数据库站传送数据等功能，并保存有信息记录、操作记录等功能。同时实时数据库服务器兼任应用服务器功能，实现基础能源管理，数据查询、报表查询和打印、能源平衡、能源分析预测等应用功能。 6.1实时数据库的设计目标 　 生产系统实时监控：[/b]实时数据库系统为各级管理部门提供的远程实时生产过程信息，有效地帮助调度人员及时调整物流方向，减少非计划停车，保持生产的平稳运行。通过实时数据库系统记录的装置运行状态参数的分析和中间产品的质量分析，然后通过实时数据库系统快速返回相关的结果，来及时调整操作参数，确保装置操作的平稳性，从而有效地提高产品的质量。 报警实时监视：通过比较当前的数据和历史趋势数据，特别是结合装置安全运行的经验，通过趋势图和数据的分析可以及早报告事故隐患，并且通过对事故