公司能源计量数据信息管理系统设计技术方案综合概述

公司能源计量数据信息管理系统设计技术方案综合概述某公司成立于1997年，由上海汽车工业（集团）总公司、通用汽车公司各出资50%组建而成。上海通用汽车位于上海市浦东金桥出口加工区，占地面积80万平方米。目前上海通用汽车拥有金桥、烟台、沈阳3大生产基地，某厂、金桥北厂、烟台东岳汽车、沈阳北盛汽车4个整车生产厂，以及金桥动力总成、烟台东岳动力总成2个动力总成厂。某公司南厂位于浦东金桥，该厂项目规划时就考虑到先进能源计量系统的建立，为各级部门配备了智能化能源计量设备，并预留了通讯接口，现希望在此基础上建立一套完整的、具有世界先进水平的能源数据信息系统。通过应用先进，成熟可靠的硬件、软件和网络技术，准确、快速地记录能源消耗相关数据，并提供基于WEB的监控、配置、查询、分析等功能，供各相关部门查询分析能源相关信息。目的是通过对全厂区各部门电，天然气，水等能源介质的统一综合管理，使得各部门能对各自的能源使用情况进行查询分析，帮助各能源使用部门发现潜在的节能机会，最大限度地提高企业的能源利用效率，科学有效地管理企业的能源使用，从而降低能源使用费用，为建立节约型社会发挥作用。该项目可分为以下两部分内容：能源数据信息系统变压器状态监控系统我公司将基于对用户需求的深入分析与理解，利用多年的流程工业信息系统开发、工程实施经验，从系统的安全性、稳定性、高性能、扩展性以及良好的性能价格比等角度综合分析，为上海通用提供能源计量管理信息系统解决方案。以帮助上海通用提高生产效率，加强企业管理，以及为将来全公司生产信息系统设计实施奠定基础。该方案包括如下三个主要部分：现场计量数据采集系统PIMS实时数据库系统能源计量管理分析系统1.1用户现状分析计量仪表情况现场计量仪表数量如下表所示：区域介质类别合计电气公用动力高压综合继保低压电表自来水/中水天然气压缩空气空调水工艺水热水公用动力3190101222138油漆车间214812238废水站132116总装车间191712140车身车间2615122248信息楼415厂区314化学品仓库22合计521526137727291各表具通讯协议如下表：高压综合继保低压电表自来水/中水天然气压缩空气空调水工艺水热水设备厂家GE威胜唐山汇中天然气公司同欣自动化仪表设备型号750三相四线DTSD341SCL-61D修正仪FC6000设备协议modbusDL-T645RS-485Modbus备注485485485485485变压器监视项目设备汇总：区域低压开关变压器温度控制仪合计GE施耐德公用动力103720油漆车间9918废水站112总装车间549车身车间111021合计3633170变压器设备通讯协议：低压开关变压器温度控制仪设备厂家GE施耐德江西华达设备型号mproMT系列DWD-3K130设备协议Modbus备注485485485通用集团园区网络集团园区网络已投入使用运行。完成了厂区内集团办公大楼，各二级单位，生产车间等点的光纤连接及宽带布线。上海通用园区网网络光纤拓扑范围广泛，光纤信息点分布广、点多，且各点基本延伸到了各生产车间。网络运行具有高效性、稳定性和可扩展性。所以上海通用园区网完全满足建立能源计量网所需的网络结构和网络连接。上海通用能源计量网在物理上可以利用园区网现有的规模和设备，在上海通用园区网下建立一个独立的子网系统，主要用于各二级单位间能源数据的网络化管理，实现二级单位一级能源数据的自动采集、传输、运算、存储，并自动生成月报、日报、年报、网上查询等功能。由于能源计量网安装范围广、数量较多，可以考虑以生产车间为单位建立数据采集工作站（每个二级单位应有自己区域内各个介质的流量测量工艺流程图），由工作站与流量计采用合理的拓扑结构联网成为实时网络系统，且具有可扩展性，具备抗干扰及抗噪声技术，符合工业规范。工作站采集单位范围内的数据要做到实时性、连续性和可靠性。工作站针对不同的通信协议对数据进行正确的编译、处理，生成实时数据库。工作站与就近的上海通用园区网的信息点接口，将生成的实时数据库上传。工作站与信息点的接口应能保证数据的正确解释和传输。为便于今后生产调度管理、实时信息管理以及考核到班组，工作站应有开放性，预留将全厂PLC，DCS就近接入网中的接口及软件。需要解决的问题经过现场调研，根据信息系统的需求，目前上海通用能源计量系统存在下列问题：地域分布比较广，上海通用能源计量点多、能源介质种类多、计量点分散在各个车间内部的仪表需要连接的工作量大长期以来依靠人工取纸、人工抄表统计，获取的能源计量信息少、传输速度慢、处理周期长、能源浪费大不利于问题隐患的发现，同时会造成生产的波动生产工艺流程复杂，能源品种众多，能源消耗数量巨大，节能降耗和提高经济效益的矛盾日趋严重1.2工程范围根据本项目技术规范书提供南厂能源计量系统所需的设备、备品备件、通信电缆、软件平台以及满足系统运行、维护所需要的全部技术文件，并负责系统的安装，调试及相应的服务。负责将系统数据的采集，传送，存储，发布，应负责整个数据系统的完整性根据目前现场表具的情况，确定表具接入方式，并保证该接入方式能保证信号稳定，可靠保证系统采集的数据与表具本身的数据一致表具本身的精度校验由第三方完成，费用不属于此次项目内参考使用厂区公司内部网络，但必须提供对于网络的具体要求，和对网络系统资源的占用情况进行说明，供技术评标过程中，与IT部门进行协调工作（遵循SGMIT部门关于公司内部网的规章制度）注：报价中包括对原有计量设备监控所需的通讯软件、规约协议、信息列表及地址、专用通讯接口的相关费用，以及新增监控设备的费用。1.3系统技术声明该技术要求适用于整个能源数据信息系统，包括能源数据信息系统和变压器状态监控系统。整个系统应首先考虑可靠性，其次是可扩展性。1.3.1系统数据流系统基本数据流：1.3.2系统结构南厂能源计量系统分为3层：数据采集终端、数据监控系统、数据管理与发布。数据采集终端：负责直接从计量仪表采集数据。数据监控系统：负责从各数据采集终端中读取数据，集中显示所有表具状态信息和整个系统状态，提供整个系统的维护相关信息（如报警，警告等）。数据管理与发布：定时从数据监控系统读取数据，并保存；根据用户的配置将数据进行统计、分类、整理后，通过Web发布到通用公司的内部网上。网络南厂能源计量系统系统使用公司内部的以太网，现场网络情况必须满足以下要求：对于数据采集终端，数据采集采用专用485屏蔽通信电缆。对于实时监控与数据采集之间的网络，通过公司内部的以太网，必须保证整体带宽10M以上，平均占用率不超过30%，可以设置专用通讯网段，并保证网络安全和稳定。对于实时监控和能源信息管理发布的网络，通过公司内部的以太网，必须保证整体带宽10M以上，平局占用率不超过30%，保证网络安全和稳定。如果需要发布到广域网，需要企业提供专用IP宽带上网和申请域名服务。访问客户端必须安装IE6.0或以上版本浏览器，无需其它软硬件设置。发布平台对电子邮件发布无特殊网络要求。1.3.3系统配置以下为配置简单说明，详细配置请参考第六章：数据采集终端：根据项目技术要求，采用我公司能源计量专用数据采集终端系统。数据监控系统：配备监控工作站一台，其位置在联合站房中控室数据管理与发布：配备能源数据信息管理工作站一台，其位置在联合站房中控室变压器监控：配备变压器监控工作站一台，位置在电气巡检办公室内另配备笔记本电脑2台，用以调试，编程，远程访问等（型号：IBMT60参数：英特尔酷睿2双核处理器T5600内存：512MB硬盘：120GBSATA显示器：14.1"XGA液晶，独立显存为64MB,中文正版WindowsXP专业版）1.3.4系统硬件技术参数数据采集终端：数据采集终端保证各表具以其最大数据通讯速度进行通讯数据采集终端平均无故障时间（MTBF）15,0000小时数据采集终端通过工业现场标准抗电磁干扰和安全性认证如：UL、CSA、CE等。当网络通讯出错，或者控制器出错时。数据采集终端上有故障报警灯显示，以方便巡检人员判断终端运行状态数据采集终端的程序采用国际通用WINCC编程软件，简单易懂的图形化编程界面（如梯型图等）编程、调试，编程软件稳定、可靠。工程师日后进行维护或扩展工作时，程序可以在线编辑，不影响原系统正常工作。数据采集终端具有本地数据存储功能，网络中断时数据本地存储，保证数据的完整性，保证3天的数据缓存。采用GCS-1最高端的CPU，配备64M内存，平均每CPU连接点数<90点，按照断线情况下每秒保存一次数据，三天的数据量：90*16/8*24*60*60*3/1024/1024=44.5M。网络恢复正常后，系统自动读取断线期间的历史数据。数据采集终端保证个别表具对应网端的故障不应该影响整个系统或数据采集终端的运行。数据采集终端采用专用的通讯模块和相应卡件，通过配置相应卡件即可能满足接入多种通讯信号（如现场总线，包括profibus，modbus等，脉冲输入，模拟量输入等）的要求，为以后增加设备作准备，系统应该这方面的扩展能力（针对重点能耗设备增加）。系统考虑以后的性能的扩展性，只需增加相应的通讯卡件和模拟量、开关量卡件，便能满足系统扩容的要求。每个数据采集终端配备UPS电源，以提供电源保护及连续供电能力，用以在断电的情况下保证至少两小时的电源供应，并防止外部电源波动影响数据采集终端正常工作。UPS放置在系统机柜中。1.3.5系统软件要求根据系统结构，将软件系统分为以下4个类：系统软件，数据库软件，监控组态软件，能源管理及发布组态软件。各项参数如下：1.3.5.1系统软件（指数据库软件，监控组态软件，能源管理及发布软件的运行平台）各计算机采用成熟的、开放的多任务操作系统WIN2000，它包括操作系统、编译系统、诊断系统以及各种软件维护、开发工具等。编译系统易于与系统支撑软件与应用程序接口，支持多种编程语言。1.3.5.2数据库软件数据库软件采用企业级历史实时数据库PIMS3.6DB。数据库软件系统满足下列要求：企业级历史实时数据库基于标准的关系数据库，（如SQLServer2005），能满足及时、大量采集、处理和存储各种数据。系统能够存取5年以上的数据。系统配备120G以上大容量硬盘，在1000点情况下，每日生成历史数据不超过30M，5年数据<30*365*5=55GB。数据存储时间超过五年时，会因为数据量较大而稍微影响数据查询速度。因此，可以每年或者每五年对数据进行导出备份。需要查询几年前的数据时再将数据导入查询，从而保证数据查询速度。系统提供专用历史数据备份工具对历史数据进行备份。系统提供数据备份工具，定期将数据备份到其它分区或者其它计算机。数据丢失后可直接采用工具导入即可。实时性：能对数据库快速访问，在并发操作下也能满足实时功能要求。可维护性：应提供数据库维护工具，以便用户在线监视和修改数据库内的各种数据。可恢复性：数据库的内容在计算机监控系统的的事故消失后，能恢复到事故前的状态。并发操作：应能允许不同程序（任务）对数据库内的同一数据进行并发访问，可保证在并发方式下数据库的完整性。一致性：在任一个工程师站上对数据库中的数据进行修改时，数据库系统可自动对所有的相关数据进行修改，以保证数据的一致性。安全性：设置相应的操作权限，满足权限的用户可对数据库进行修改。开放性：支持ODBC,OLE-DB等通用型数据接口，方便系统数据的互通互连，导出数据（如Excel导出等），允许买方利用数据库进行二次开发。1.3.5.3监视组态软件采用企业级工控软件PIMS3.6DRAW，与能源数据采集终端之间接口稳定可靠，软件和硬件间系统架构无缝连接。系统支持标准国际通用OPC接口，保证系统开放性，方便与各厂家仪表设备的通讯与历史实时数据库统属PIMS3.6软件包，的紧密集成。基于对象的图形界面。集成式报表生成。监视系统配置5个客户端，并具备扩展能力，可以做到客户端的扩展无需调试编辑，扩展过程不影响原有系统的使用。1.3.5.4能源管理及发布组态软件采用成熟软件，在国内应用多个类似实例。内置能源管理模型，无需开发，通过简单配置便能组建全厂能源架构。语言版本：开发语言为国际先进JAVA网络语言。用户权限管理。采用服务器/浏览器架构。提供基于Web的分析工具，供各部门能源管理者查询，分析，跟踪，无需安装插件，无用户数量限制。承诺对以上所有软件在系统正式投入使用后的5年内提供免费升级，以确保各软件为市面上的最新版本。1.3.6系统功能1.3.6.1数据采集系统从各能源计量表具中采集的数据包括但不仅限于：累计电量，流量。瞬时流量，需量，温度，压力，电压，电流，功率。室外温度，湿度历史数据（保存在表具存区中的数据）工作状态及报警（如：电池不足）事件纪录系统应能从每台能源计量设备中读取所有能够被读取的数据，并根据用户需要进行选择。采集内容清单：项目需要读取的参数介质类别电气高压综合继保有功电能有功功率上周期需量低压电表有功电能有功功率公用动力自来水/中水瞬时流量累计流量天然气瞬时流量累计流量压缩空气瞬时质量流量累计质量流量空调水瞬时流量累计流量瞬时冷热量累计冷热量供水温度回水温度工艺水瞬时流量累计流量瞬时冷热量累计冷热量供水温度回水温度热水瞬时流量累计流量瞬时热量累计热量供水温度回水温度根据上表，结合附件<南厂表具情况汇总V2.rar>，估算该系统实施后，共配置CPU11个，系统数据采集周期<3s，单个CPU采集周期250ms，后期扩容，如果不增加CPU将不影响采集周期，每增加一个CPU将增加采集周期250ms。1.3.6.2能源系统的实时监视实时监视系统显示信息为现场仪表回传数据，实时监视系统的运行状态数据；即现场仪表传感器，智能开关，保护仪表通过总线回传数据。能源监视系统的动态显示对能源系统各种能源（水、空气、燃气、电、蒸汽等）进行实时监视，并提供从概貌到具体的动态图形显示。具体内容包括但不仅限于以下项目：能源计量设备状态监视能源计量系统图及系统图中各设备，表具状态及参数，分别按区域，分和按设备分（具体见表）显示全厂能源系统总览（各车间各能耗功率,负荷等）动态显示各表读数（电，自来水，中水，压缩空气，天然气，热水等）各表具辅助参数显示（电压，电流，功率，流量，温度，压力等）辅助计量系统（空调水系统，工艺冷冻水系统等）数据趋势功能，跟踪记录（如：每分钟记录一次）能源系统维护功能系统事件记录，报警管理功能（表具，终端，服务器故障）事件记录功能应带时标系统自诊断功能图，供维护人员排除故障用能源管理系统的事件记录、报警管理系统时间同步功能变压器状态监视功能变压器及相关设备状态实时监视（图形化界面）根据用户的需求对异常状态和数据及时发出报警对回传数据报警信息，越界进行报警保存历史运行数据和曲线保存历史报警事件的发生时间和内容1.3.6.3能源管理分析和能源数据网络化发布能源管理分析系统的管理人员或开发人员可以通过WEB的方式配置能源管理系统架构模型，设置表具与费率相关信息；能源管理分析子系统可以采集归档能耗数据，建立负荷档案；能源用户或者能源分析使用人员可以通过系统提供的工具进行能源使用分析。能源管理系统模型建立功能运用的图形化界面配置企业的能源架构设置归档时间间隔（一般为每隔15分钟），归档各能源表具的内容选择表具配置管理（设置表具的属性，其中包括表具能源类型，表具计量单位，所属设备类型，所属功能系统等）费率配置管理（能设置各种能源费用计算公式，能设置不同介质的不同时段分开计算（例如：电能有峰谷平之分，天然气有冬夏季之分），能源单价，各能源使用部门的分摊原则）区域配置功能（设置不同区域的组合，分类等）多层次客户端权限管理报表分析功能能源管理系统应该采用服务器/浏览器架构，将历史及最新的能源数据（趋势，报表，账单）发布在网上，并提供功能强大的基于Web的分析工具，供各部门能源管理者查询，分析，跟踪。基本报表功能：定期向能源使用部门发送能源使用情况报表，其中包括各介质能耗总量，最大，平均需量等信息基本分析功能：能以时间，表具，区域，系统，设备类型，温度，生产相关参数（生产时间，产量，车型）等为纬度，分析能耗总量，需量等测量信息并以不同单位（公制，英制，国标等）显示，转换。成本分析：设定年度单车成本目标，对于目前状态进行分析成本分摊：根据公共事业账单，来结算各部门的能源费用，以达到所有能源落实到人，防止管理盲区，合理分配基本费的费率等高级分析功能：环境影响分析：用于分析温度，湿度等对能耗的影响；单位消耗分析：分析单车，单班，单线等能耗；目标分析：设定能耗目标，与实际消耗作对比；效率分析：（输出/输入）（压缩空气系统，电制冷机组，溴化锂机组，其它重点能耗设备）；多变量数据回归分析：采用回归算法对多变量数据进行分析；能耗预测功能：利用历史信息能对将来进行预测；数据自动筛选分析：通过不同条件过滤数据，然后对满足特定条件的数据进行分析等；能源表具的查错报警功能：能将总表与分表的数据对比，可定时段（如一周或一天等）自动生成分拆列表，并根据设定的偏差报警，以便最短时间发现计量率低的问题。1.3.6.4北厂系统接入针对北厂能源系统目前状态，可应用我公司同型号的产品，将数据接入，以内部通讯方式，将北厂所有能源数据能传送至南厂，并与南厂能源数据进行统一管理，使得可以通过南厂能源信息系统平台进行数据管理，配置，发布。详细方案请参考后续方案设计,不包含在此项目中。此方案配置5年内价格不变，供日后系统升级参考。1.3.6.5三地厂区接入说明针对烟台，沈阳厂区的能源系统接入的具体方案,本方案设计用我公司同系列产品，通过广域宽带，配置VPN，通过内部程序接口将数据写入总部服务器，接入后将增大项目规模，对于系统负担可以忽略，只是增加了历史数据存储容量。1.3.7系统符合的标准所有设备的设计、制造、检查、试验及特性除本规范中规定的下列标准外，都应遵照适用的最新版IEC标准和中国国家标准（GB）,以及国际单位制（SI）。《工业自动化仪表工程施工及验收规范》（GBJ-93-86）《工业企业通信接地设计规范》（GBJ79-85）《信息技术互连国际标准》（ISO/IEC11801-95）《计算机场地安全要求》（GB9361-1988）《电力系统设计实时计算机系统运行管理规程》《能量管理系统（EMS）应用软件功能及其实施基本条件》《电测量及电能计量装置设计技术规程》DL/T5137—2001GB2421-89 电工电子产品基本环境试验规程总则GB/T13926.1-92 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性GB/T13926.2-92 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性 第2部分:静电放电要求GB/T13926.3-92 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性 第3部分:辐射电磁场要求GB/T13926.4-92 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性 第3部分:电快速瞬变脉冲群要求GB/T15969.1-95 可编程控制器第1部分通用信息GB/T15969.2-95 可编程控制