一種企業(yè)園區(qū)能源管控系統(tǒng)

山西華仁通電力科技有限公司 周 鋒

山西德潤翔電力科技有限公司 戴媛媛

本文提出了一種在企業(yè)級小型園區(qū)各個(gè)車間控制的基礎(chǔ)上，應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)搭建管理平臺，對園區(qū)內(nèi)各個(gè)車間的相關(guān)能源數(shù)據(jù)及工藝過程進(jìn)行統(tǒng)一管理的方法，闡述了該方法的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對重要的硬件和數(shù)據(jù)接入的方法做了介紹，同時(shí)介紹了能源管理及工藝過程數(shù)據(jù)的分析方法，也對該管控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)作了分析。

隨著智慧產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，智慧園區(qū)、智慧工廠等項(xiàng)目也紛紛開始建設(shè)，一些小型企業(yè)為了更方便，更經(jīng)濟(jì)，更協(xié)同的對園區(qū)的生產(chǎn)系統(tǒng)，生活系統(tǒng)，辦公系統(tǒng)進(jìn)行管理，同時(shí)也需要對園區(qū)節(jié)能方面的的電耗、氣耗、水耗等能耗指標(biāo)統(tǒng)一管理，由此產(chǎn)生了建設(shè)智慧園區(qū)的需求，智慧園區(qū)的建設(shè)需要一套能夠?qū)@區(qū)內(nèi)大量的信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理的能源管控系統(tǒng)。

通常企業(yè)采用以中心服務(wù)器為硬件載體，以專業(yè)信息化軟件為數(shù)據(jù)管理平臺，來形成一套能源管控系統(tǒng)，但是對于大多數(shù)小型園區(qū)來說，由于園區(qū)規(guī)模較小，需要統(tǒng)計(jì)和處理的數(shù)據(jù)量有限，如果采用通常的方式，就需要針對園區(qū)內(nèi)已經(jīng)存在的PLC控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)以及大量的電表、水表、氣表作專門的數(shù)據(jù)接入的處理，不僅不利于工程的順利進(jìn)行，而且也給日后系統(tǒng)故障下的系統(tǒng)維護(hù)埋下隱患，與此同時(shí)，工程建設(shè)的資金投入也相對較大。

本文以我公司的能源管理平臺建設(shè)為例，介紹一種采用DCS控制系統(tǒng)搭建的能源管控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，主要是通過一種DCS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對園區(qū)內(nèi)各種PLC控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)，還有大量的對水、電、氣的計(jì)量設(shè)備群的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，以此來實(shí)現(xiàn)能源管控系統(tǒng)的建設(shè)。

1 管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

基于DCS的能源管控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括監(jiān)控主站、DPU控制器、各種類型的IO通訊卡件，是由他們組成的冗余的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對企業(yè)園區(qū)內(nèi)的PLC控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)、還有大量的水、氣、電的計(jì)量儀器儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，這些系統(tǒng)包括冷熱聯(lián)供系統(tǒng)、環(huán)保技術(shù)試驗(yàn)系統(tǒng)、太陽能發(fā)電系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、車輛管理系統(tǒng)、辦公會議系統(tǒng)、能源計(jì)量管理系統(tǒng)等。

圖1 能源管控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.2 設(shè)計(jì)原則

本文中以南京科遠(yuǎn)公司的NT6000 DCS控制系統(tǒng)為例介紹。1.2.1 硬件設(shè)備

（1）主站服務(wù)器。主站服務(wù)器是承載DCS控制系統(tǒng)開發(fā)及運(yùn)行軟件的硬件載體，進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，并將數(shù)據(jù)共享給展示、戶外大屏及其他客戶端電腦。本例選擇DELL PowerEdge R540機(jī)架式服務(wù)器作為管控系統(tǒng)的主站服務(wù)器。

（2）中心交換機(jī)。本例中采用EDS-516 16口數(shù)據(jù)交換機(jī)作為系統(tǒng)的中心交換機(jī)，主站服務(wù)器與DCS冗余DPU之間的信息交互將通過該中心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)。

（3）冗余DPU。本例中采用科遠(yuǎn)公司的NT6000 DCS系統(tǒng)的KM950A冗余控制器，系統(tǒng)將通過控制器對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)執(zhí)行工程師組態(tài)控制策略，能實(shí)現(xiàn)園區(qū)各控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、標(biāo)度變換、報(bào)警限制檢查、歷史數(shù)據(jù)的歸檔等。

（4）通訊接口卡件。本例中數(shù)據(jù)接入采用通訊的方式，主要用到支持TCP/IP通訊協(xié)議的雙通道ModbusTCP通訊模件KM631B，和支持RS485通訊協(xié)議的單通道ModbusRTU通訊模件KM631A，其中園區(qū)的PLC控制系統(tǒng)接入時(shí)采用KM631B通訊卡件，而單片機(jī)及計(jì)量的儀器儀表的數(shù)據(jù)采集則通過KM631A通訊卡件來實(shí)現(xiàn)。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集方法

能源管控系統(tǒng)搭建完成后，園區(qū)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集通過通訊卡件來實(shí)現(xiàn)：

（1）PLC控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集步驟

a.用網(wǎng)線與DCS系統(tǒng)的KM631B卡件物理連接，并將擬采集的數(shù)據(jù)通過PLC組態(tài)廣播。

b.對KM631B卡進(jìn)行配置，選擇對應(yīng)通道，對Slave ID、SlaveIP、輸入數(shù)據(jù)長度、輸出數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)塊數(shù)目、從站CRC碼進(jìn)行相應(yīng)配置建立與從站的通訊，從從站采集數(shù)據(jù)時(shí)，還需在KM631B中增加數(shù)據(jù)塊，要對增加的數(shù)據(jù)塊名稱，功能碼，起始地址、數(shù)據(jù)長度、刷新級別進(jìn)行相應(yīng)配置。

c.將KM631A卡件采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行組態(tài)。

（2）單片機(jī)及計(jì)量儀表數(shù)據(jù)采集步驟

a.用通訊電纜與DCS系統(tǒng)的KM631A卡件物理連接，并將擬采集的數(shù)據(jù)通過組態(tài)廣播。

b.對KM631A卡進(jìn)行配置，選擇對應(yīng)通道，對Slave ID、輸入數(shù)據(jù)長度、輸出數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)塊數(shù)目、從站CRC碼進(jìn)行相應(yīng)配置建立與從站的通訊，從從站采集數(shù)據(jù)時(shí)，還需在KM631A中增加數(shù)據(jù)塊，要對增加的數(shù)據(jù)塊名稱，功能碼，起始地址、數(shù)據(jù)長度、刷新級別進(jìn)行相應(yīng)配置。

c.將KM631A卡件采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行組態(tài)。

2 數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)

2.1 能源數(shù)據(jù)分析（見圖2）

圖2 能源數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目圖

2.2 工藝數(shù)據(jù)分析（見圖3）

圖3 工藝過程分析項(xiàng)目圖

基于DCS控制系統(tǒng)的園區(qū)能源管控系統(tǒng)，較傳統(tǒng)的建設(shè)方式而言，工程造價(jià)低，工程組態(tài)和實(shí)施更加簡單，系統(tǒng)后期的維護(hù)和擴(kuò)展也比較便捷，特別適用于小型園區(qū)的能量管控系統(tǒng)建設(shè)，但是對于大型園區(qū)的能源管控平臺的建設(shè)，由于DCS本身通訊的數(shù)據(jù)信息量有限和DCS上位軟件開發(fā)環(huán)境的局限性，造成了這種能源管控系統(tǒng)不太能適應(yīng)大型的園區(qū)的管控平臺的建設(shè)。