能源管理系統(Energy management systems，簡稱EMS)實施能源的扁平化管理。EMS建成集過程監控、能源調度、能源管理為一體的企業級管控一體化計算機系統。該系統對能源的發生、儲配、轉換、消耗進行系統管理；具備完備的信息、科學的分析能力、安全高效的調度技術。
1 能源管理系統總體設計
1.1 設計原則
系統設計充分考慮到企業對各種能源介質進行集中監控、統一調度和平衡優化的要求，以及對無人值守站所設備進行遠程操作和控制的要求。并充分滿足過程控制、信息管理和數據庫的一體化系統集成需求。
在系統設計過程中還考慮EMS對海量信息的處理、無人職守的技術安全、快速的響應能力等特別需求，選用先進并且成熟的解決方案。同時，除了能滿足當前需要外，還充分考慮了時間、空間上的可擴充性，采用開放的體系結構，增強與第三方的可連接性，并且易于擴充。以延長系統的生命周期，增強發展后勁，適應市場激烈競爭的需要。
1.2 系統架構
能源管理系統從功能層次上設計為三層結構。底層為信息采集層，中層為實時數據處理層，上層為應用管理層。信號采集層由RTU、PLC、遠程I/O等采集設備組成，主要實現數據采集和實時控制；中層主要設備是I/O服務器，主要完成實時數據處理和短時歸檔；上層主設備有應用服務器、數據庫服務器、工程師站、操作員工作站、大屏幕控制系統等。上述設在各種軟件支持下組成功能齊全的系統，實現過程控制、平衡調度能源信息管理管理。
2 應用功能概要說明
EMS應用功能主要由過程監控和能源信息管理兩部分組成。
2.1 過程監控
EMS過程監控主要是通過現場采集站把現場實時狀態采集到EMS中，通過EMS畫面展現給用戶，并為調度提供操控手段。
過程監控把所有信息做歸納整理，分區分時間存儲在實時數據庫中，提供趨勢、報警、報表等功能。按介質或對象不同分為五個子系統：
1)供配電系統：包括總降變電站、區域變電站、發電站等，不包括各車間變電站、電氣室、開關站；但特別重要，負荷特別大的車間變電站，可做監視。便于調度了解大負荷的投退。需要監控的變電站，主要實現四遙功能。遙控無人值守變電站的開關、刀閘、變壓器有載調壓裝置分接頭：遙信包括開關刀閘、故障報警、保護動作、火災報警、門禁等；遙測包括每個間隔的電流、有功功率、無功功率、功率因數、電壓、頻率、檔位等，根據實際情況。每個間隔只取部分遙測；管轄范圍內所有電度量信號。車間變電站等有人值守站所，不做遙控，根據需要可以監視。
2)煤氣系統：管理動力廠所管轄的煤氣柜、煤氣放散塔、煤氣加壓站、煤氣混合裝置對這些區域的設備實現監視；無人值守的站所實現遙控。
3)其他氣體：包括蒸汽系統、高爐鼓風系統、壓縮空氣系統、氧氮氙系統。蒸汽系統、高爐鼓風系統的生產單元都與現場其他主工藝密切相關，所以控制都在現場進行，EMS只監視；氧氮氬系統工藝復雜，必須在現場控制，EMS只采集信息。壓縮空氣系統只對區域性的空壓站做監控。
4)水系統：現場水站分為取水站、管網送水站、各車間循環水站、污水站等。循環水站是配合各主工藝單元，操作都在工藝單元側控制。EMS只管理管網的送水泵站，對送水泵控制，穩定水壓。
5)環境監測：EMS對全廠除塵器進行管理，了解現場除塵器的運轉狀態。對全廠其他環保數據實現監測，有排水水質、粉塵、NO2等。
2.2 能源信息管理
能源信息管理主要利用實時數據庫提供的生產實績信息，ERP、MES系統提供的生產、計劃信息，以及系統存入的一些技術參數，對能源進行精細管理。挖掘節能潛力。通過系統提供的總結數據作為基準對各用戶進行考核，強化節能意識。主要功能有：能源實績平衡分析、能源計劃管理、能源預測優化調度、能源成本管理、能源質量管理、能源設備運行管理、能源報表管理、基于WEB運行管理支持、用電系統優化、能源GIS、循環經濟管理等。如圖1所示。
圖1 能源信息管理模塊關系圖
3 能源信息數據采集說明
能源信息采集數據主要包括：外購能源的購入量、使用量，損失量及質量；自產能源的生產量、分配量、消耗量、損失量及質量；能源管網參數，重點能源設備運行參數，重點工藝設備和能源設備的安全與報警信息；能源計算有關的產量、質量和成品率等數據。
能源管理系統采集的數據主要有三大來源：
EMS從現場采集站以在線方式采集處理的能源數據；
通過離線輸入EMS系統的數據，如定額、價格、資源量等；
從其它信息系統(EMP，MES)獲得的信息，如生產計劃、產量實績等。
在線采集數據主要包括：
電力系統的電量、電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等；
動力系統的流量、壓力、柜位、溫度等：
給排水系統的流量、壓力、水位等；
重點能源設備的運行參數；
4 能源管理數據處理、歸檔
該部分使用成熟的數據平臺，主要提供標簽配置、標簽中心、標簽寫入器、標簽讀取器、標簽緩存器、標簽初始化器、消息中心等后臺服務。
4.1 標簽
定義：
存儲在標簽中心中的過程量，以名稱作為唯一標記，如“BF6.CO2”。為詳細說明，標簽還應該具有類型、來源、單位、說明等屬性。
分類：
4.1.1 直接過程量
直接從一級接收的量，如溫度、壓力、流量、閥門開度。周期采集量，模擬信號，等時間周期采集，如溫度、壓力、流量。開關量，數字(binary)信號，僅當值發生改變時讀取，如閥門狀態。
間接過程量，過程系統間接計算的量，提供無法直接測量的值。
1)事件標簽。可以看成組合幾個單一事件成為高級過程事件；
2)計算標簽。過程量的組合計算得到一個更復雜的過程量。
4.2 標簽獲取
基于靈活的C/S模式，標簽中心作為服務器接收和發送全部過程量。它接收各種過程量并在內存中保存。當被請求數據時，標簽中心發送數據到其他進程進一步處理；
當獲取數據時，幾個進程負責向標簽中心發送數據。
系統啟動時，各進程從數據庫配置表中檢查其要處理的標簽，包括標簽掃描周期、一級位置、條件、公式。運行期間，數據從一級和其他進程發送到標簽中心做進一步處理的分發，具體分工如表1所示。
表1
一級通訊處理器：從數據庫配置(LIOPC-TAG表)中讀標簽名、掃描率，然后通過OPC Server從PLC上讀數后發送給標簽中心；標簽計算器、事件標簽生成器：首先標簽中心發送必要的計算輸入量(所需數據的配置在數據庫中)。計算結果發送回標簽中心。
4.3 數據處理和存儲
數據發送到標簽中心之后其他進程可以使用它們，包括：
1)一級通訊處理器。二級的計算量或模型標簽能夠發送到一級；
2)數據庫寫入器(DB Writer)。存儲到數據庫，可以寫統計量如最大、最小、均值；
3)標簽緩存器(Tag Memory)。緩存一定時間的標簽歷史數據，提高如趨勢顯示的效率。
圖2 能源數據處理流程圖
處理過程仍然是啟動時進程從數據庫配置表中獲取要處理的標簽。標簽中心為每個過程量維護一個訂閱者集合。當過程量有變時通知訂閱者，訂閱者進行計算。
5 結束語
該系統為生產管理提供了一個對各種能源介質進行集中監控、統一調度和平衡優化的網絡化的能源信息管理平臺，系統設計過程中充分考慮到了可靠性、實時性、擴展性、安全性、易維護性的原則，提供了先進與友好的圖形人機界面功能，讓使用者方便快捷共享各種能源數據信息。
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