SCADA系统在能源管理中的应用研究

戴胜泉

（山东赛托生物科技股份有限公司，山东 菏泽 274000）

1 概述

山东赛托生物科技股份有限公司是一家上市公司，公司下属5个工厂，生产过程中主要消耗蒸汽、纯水、工业水、电、压缩空气、氮气等多种能源介质。系统实施前，采用人工抄表，准确度和时效性都很差，为了实现对以上数据的自动采集及统一管理，在集团公司总部建设了能源管控中心，负责集团公司的能源监控、能源数据上报及异常分析，重点用能数据上传到省平台。

2 工艺简介

集团公司采用集中供能的方式，由公司能源部统一管理和供应。动力供应中心设置有变配电室、空压机站、制冷站、供水站、纯水供应站以及外购蒸汽的减温减压分配站，根据各生产工厂用能所需进行集中供应。按照《能源管理体系》GB/T23331和《用能单位能源计量器具配备和管理通则》GB17167的要求，对能源计量采用分级计量的模式，通过现场安装的智能仪表对各种能源介质的参数及数据进行计量与管理。

3 系统构成

通过以太网将现场能源计量仪表的数据传输到能源管控中心系统，SCADA平台能够实现能源设备监控、能源数据采集、能源监测以及能源在线平衡，能源流程图、趋势图、报警信息等内容可显示在大屏上，并实现异常报警功能。

3.1 数据采集

3.1.1蒸汽采集方式

现场蒸汽计量点数量多、较分散，统一采用的横河涡街流量计进行计量，输出AC 4～20mA模拟量信号进入现场积算仪，采用RS485通讯方式进行组网，经数据采集分站PLC连接到工业骨干网，通过以太网TCP/IP与中央IO服务器通讯。

3.1.2电能采集方式

电能的计量有高压、低压之分，基本原理都是通过采集回路电流及电压进入电能表，电能表进行计算实现电能的实时计量。集团公司有高、低压配电室25座且较为分散，电能表数量有500多块。计量仪表采用多功能表、智能电度表，各电表通过485总线组网，经数据采集分站RTU连接到工业骨干网，通过以太网TCP/IP与中央IO服务器通讯。

3.1.3工业水、纯化水、污水、压缩空气、氮气等能源介质的采集方式

水的计量采用电磁流量计和金属浮子流量计，压缩空气、氮气采用涡街流量计，输出4～20mA模拟量信号进入积算仪或就近PLC系统，通过网络传输到能源管控中心。

3.2 数据存储

数据库采用实时数据库，将现场采集的能源数据进行高速存储并长期保存，为能源数据的分析提供重要的技术保障。该数据库可支持百万以上的数据点，充分满足了项目的需求。

3.3 网络架构

中央网络构成一个分布式网络系统，系统采用C/S和B/S相结合的架构，采用物理层实现隔离的工业以太网和中央标准以太网两层结构，中央以太网连接I/O服务器、操作站、工程师站、服务器、网络打印机等网络节点。工业网连接I/O 服务器、现场智能电度表、蒸汽流量计、水表，实现电度表、蒸汽流量计、水表以及压缩空气与I/O服务器的互联互通（见图1）。

图1 网络架构

3.4 机房

利用一间闲置房间，按照相关规范做了防静电设施，安装了服务器机柜及UPS电源，室内空调具有恒温恒湿功能。

3.5 调度大厅

在集团办公楼一楼建设能源调度大厅，安装大屏幕，对集团公司能源系统进行集中监控与调度（见图2）。

图2 能源调度大厅

4 硬件及软件的配置

4.1 硬件

4.1.1数据采集分配站

根据地理分布的特点，设计现场采集分站位置和数量。采集站主要用于网络连接、数据采集，通过工业网络汇聚至中央I/O服务器。

4.1.2数据采集I/O服务器

I/O服务器完成与电力、蒸汽、水仪表等数据交互、向实时数据库传送数据，并保存信息记录。I/O服务器是实时数据的采集、处理中心，运行高性能的应用软件，通过工业网络，完成与现场所有的电力仪表、蒸汽仪表、水表的通信，进行数据采集。同时系统还提供趋势、报警、数据短时归档、向数据库站传送数据等功能。

4.2 软件

4.2.1软件功能

4.2.1.1操作站

在能源大厅设置操作站，监控蒸汽、电力、压缩空气、工业水等能源介质的实时数据。对集团公司供电系统的有功功率、无功功率、功率因数、电流、电压以及谐波等数据进行集中监控，对动力车间的空压机、制冷机、制氮机等重点用能设备的运行状况进行远程监控和调度。可实现数据查询、报表查询、报表打印等工作。

4.2.1.2工程师站

工程师站安装有能源实时监控软件、管理类开发软件、网络管理软件，可进行监控、画面及程序修改和编译、权限配置管理等。

4.2.1.3实时数据库服务器

实时数据库服务器可以完成数据的长时归档、数据的压缩和备份，通过I/O采集服务器采集到的归档数据送到数据库服务器。该服务器上装有实时数据库软件和前端开发平台软件，实时采集相关信息用于实时分析功能，同时完成报警数据和实时数据的归档。

4.2.1.4应用服务器/历史数据库服务器

采用消音速流管件与螺旋消音管配套可降低排水水流噪声和改善排水水力工况的高层和多层民用建筑的小卫生间。并根据设计要求，结合材料的本身结构构造，可减少专用通气管，从而节省了相应的人材机。

主要存储与业务层有关的数据，相比实时数据库，更注重数据结构的设计与逻辑关系，是能源报表系统的数据中心。

4.2.2软件配置

4.2.2.1I/O服务器

Windows Server 2012简体中文标准版；一体化综合监控平台C/S版 10000点服务端；通信规约驱动/Web发布等授权。

4.2.2.2实时数据库服务器

Windows Server 2012简体中文标准版；IHDB数据库。

4.2.2.3关系数据库服务器

SQL Server。

4.2.2.4应用服务器

能源管理系统应用软件。

4.2.2.5 调度中心客户端

Windows10 简体中文标准版；能源管理系统通用操作站；能源管理系统通用工程师站。

5 系统功能

5.1 实时监控

5.1.1 数据处理系统

数据处理系统是能源管控系统的核心，支持多节点分布式部署，可以满足无限点、任意系统规模的应用。通过数据采集模块将不同设备中不同类型的数据实现统一接口后，提供给过程数据库，过程数据库实现数据采集、指令下发、报警判断等功能，过程数据库中的实时数据通过历史趋势模块压缩并保存。报警事件和实时数据转储到关系数据库的功能是通过历史数据库转储模块来实现的。

5.1.2人机界面系统

一体化人机界面系统可以同时监视相关系统的组态画面。

5.1.3系统监控画面

5.1.3.1总貌画面

按照能源介质种类进行集中显示，需要查询哪种介质的实时参数可以点开介质名称进行查询（见图3）。

图3 总貌图

5.1.3.23D画面

3D画面方便系统使用人员直观感受现场设备布局及信息。可以直观显示溴化锂制冷机组、乙二醇制冷机组、制氮机组、蒸汽减温减压装置等设备的运行参数。

5.1.3.3趋势画面

系统具有显示网络上任何数据点趋势的能力，并在同一坐标上显示8个变量的趋势记录曲线。

5.2 数据基本处理与分析

SCADA系统从现场获取的数据通常仅包含最小的集合，但实际运行时，往往需要更多的数据。此时，需要对数据做更多的处理。数据基本处理与分析包括累计值；计算值；公式值。

5.3 实时数据管理与归档

为了对系统的过程实时数据进行管理，以便有效进行故障分析和能源消耗分析，软件系统具备对模拟信号和报警信号进行归档的功能，归档后的数据存入实时数据库，提供过程曲线显示和报警信息的查询。

5.4 统计数据归档

过程数据的统计归档采用按时间段压缩的数据，时间段包括小时值、天值、月值，采用永久保存的方式。

5.5 权限管理

集中监控软件具有完备的权限管理功能，主要包括登录权限、访问权限、远程操作权限、删除权限等。管理人员具备全部的权限，同时可对不同账号进行权限管理。

5.6 集中配置管理

为了避免人工管理带来的混乱，设置了集中配置系统，无须通过人工来实现节点上的组态画面、驱动及变量的更新。

6 系统改进建议

尽管SCADA系统在能源管理中能够实现数据自动采集、分析、储存、曲线、报警、监控等功能，降低了劳动强度，提高了自动化水平，但是，整个系统还没有实现与ERP系统对接，如果能实现此功能，公司财务部、人力资源部、各生产车间等部门都可以实现数据共享。

7 结语

能源管理是用能单位的基础管理工作，高水平的能源管理可以降低企业能耗、减少二氧化碳排放、降低企业用能成本。SCADA系统将是企业做好能源管理工作的得力工具。