電能管理組態軟件在智能化能源計量管理系統中的應用
江蘇安科瑞電器制造有限公司
摘要： 縱觀全球，能源危機四伏，節能的呼聲愈來越高。目前全國單位建筑面積能耗是發達國家的2～3倍以上，面對如此嚴峻的事實，節能減排迫在眉睫。目前在我國大部分用能單位特別是民營用能單位缺乏熟悉計量工作的專業人員（管理、技術），用能單位計量管理水平不高，沒有建立比較完善計量檢測體系，特別是能源計量體系的建立。
Abstract：
Key words :
1 行業背景
1.1 現狀
1.1 現狀
縱觀全球，能源危機四伏，節能的呼聲愈來越高。目前全國單位建筑面積能耗是發達國家的2～3倍以上，面對如此嚴峻的事實，節能減排迫在眉睫。目前在我國大部分用能單位特別是民營用能單位缺乏熟悉計量工作的專業人員（管理、技術），用能單位計量管理水平不高，沒有建立比較完善計量檢測體系，特別是能源計量體系的建立。部分小區的高層管理者對能源計量工作重視不夠，認為能源計量是只投入不產出，沒有認識到能源計量工作的基礎保證作用。
1.2 需求分析
1.2 需求分析
能源計量是節能減排量化數據的體現，起著舉足輕重的作用。同時作為一種管理工具和手段，利用能源計量數據的采集，診斷，分析，實施有效管理，科學準確的計量數據能夠指導建筑能源的利用，由此達到節能降耗的目的。此外能源計量還是一種工藝手段，一種測量技術，幫助建筑節能建立科學合理的節能流程，為今后的建筑節能提供科學準確的基礎條件。EMS智能能源管理系統是為了滿足用戶在生產過程中對能源的規劃、計量、分析、調度等進行實時監控的需要而設計開發的能源綜合管理系統。
2 能耗計量系統的設計
2.1 方案設計簡介
EMS智能化能源計量管理系統在中央空調計費系統基礎上完善和發展起來的，以數據傳輸為基礎，數據庫為核心的物業服務系統，可實現水、電、氣、暖（中央空調）的遠程抄表、集中監控、防盜報警、欠費禁用、數據處理、日報月報、數據備份、查詢打印等計量管理功能。
EMS智能化能源計量管理系統集計算機技術、通訊技術、網絡技術和自控技術于一體，采用集散式結構、模塊化設計、智能終端等靈活的組網方式，將用戶的水、電、氣、暖（中央空調）等能源計量集成為一個完整的管理系統，其開放式工作平臺可兼容各種小區物業管理系統，同時管理多個小區。
2.2 小區能源系統建設目標
能源介質數據采集、能源設備狀態監控、基本能源管理。
1）數據采集功能
將全小區的能源數據采集進入系統，供數據監視、報警、數據分析、數據計算、數據統計等用。
2）監控功能
監視功能:以大屏幕或者常規操作員站方式，對全小區能源系統的實時運行工況進行監視。
報警功能:對全小區能源系統的設備異常，能源質量異常等給出分類聲光警報；
歷史趨勢功能：通過數據歷史曲線和實施趨勢，進行運行狀態分析。
運行報表功能：自動生成能源生產運行報表。實現水、電、氣、暖（中央空調）的遠程抄表、集中監控、防盜報警、欠費禁用、數據處理、日報月報、數據備份、查詢打印等計量管理功能。
3）基本能源管理功能
將采集的數據進行歸納、分析和整理，結合生產計劃的數據，進行能源管理工作，包括能源實績分析管理、能源質量管理、能源平衡管理、能源預測分析、運行管理支持等。
2.1 方案設計簡介
EMS智能化能源計量管理系統在中央空調計費系統基礎上完善和發展起來的，以數據傳輸為基礎，數據庫為核心的物業服務系統，可實現水、電、氣、暖（中央空調）的遠程抄表、集中監控、防盜報警、欠費禁用、數據處理、日報月報、數據備份、查詢打印等計量管理功能。
EMS智能化能源計量管理系統集計算機技術、通訊技術、網絡技術和自控技術于一體，采用集散式結構、模塊化設計、智能終端等靈活的組網方式，將用戶的水、電、氣、暖（中央空調）等能源計量集成為一個完整的管理系統，其開放式工作平臺可兼容各種小區物業管理系統，同時管理多個小區。
2.2 小區能源系統建設目標
能源介質數據采集、能源設備狀態監控、基本能源管理。
1）數據采集功能
將全小區的能源數據采集進入系統，供數據監視、報警、數據分析、數據計算、數據統計等用。
2）監控功能
監視功能:以大屏幕或者常規操作員站方式，對全小區能源系統的實時運行工況進行監視。
報警功能:對全小區能源系統的設備異常，能源質量異常等給出分類聲光警報；
歷史趨勢功能：通過數據歷史曲線和實施趨勢，進行運行狀態分析。
運行報表功能：自動生成能源生產運行報表。實現水、電、氣、暖（中央空調）的遠程抄表、集中監控、防盜報警、欠費禁用、數據處理、日報月報、數據備份、查詢打印等計量管理功能。
3）基本能源管理功能
將采集的數據進行歸納、分析和整理，結合生產計劃的數據，進行能源管理工作，包括能源實績分析管理、能源質量管理、能源平衡管理、能源預測分析、運行管理支持等。
3 系統軟件
方便、靈活的開發環境，提供各種工程、畫面模板、大大降低了組態開發的工作量；高性能實時、歷史數據庫，快速訪問接口在數據庫4萬點數據負荷時，訪問吞吐量可達到20000次/秒；強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網絡數據斷線存儲，恢復功能；支持操作圖元對象的多個圖層，通過腳本可靈活控制各圖層的顯示與隱藏；強大的ACTIVEX控件對象容器，定義了全新的容器接口集，增加了通過腳本對容器對象的直接操作功能，通過腳本可調用對象的方法、屬性；全新的、靈活的報表設計工具：提供豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，可以提供報表設計器，可以設計多套報表模板。
對于安科瑞電力組態軟件，每一個實際的應用的工程包含數據庫、I/O設備、人機界面、網絡應用等組態和運行數據。安科瑞電能管理組態軟件現場采集到數據經過處理后依照實時數據和歷史數據進行存儲和顯示。在安科瑞電能管理組態軟件中，除了在窗口畫面和報表中顯示數據外，還提供了功能強大的各種曲線組件對數據進行分析顯示。這些曲線包含：趨勢曲線、X-Y曲線、溫控曲線、直方圖、ADO關系數據庫曲線等。通過這些工具，可以對當前的實時數據和已經存儲了的歷史數據進行分析比較，可以捕獲一瞬間發生的工藝狀態；并可以放大曲線，可以細致的對工藝情況進行分析，也可比較兩個過程量之間的函數關系。
安科瑞電能管理組態軟件分析曲線支持分布式數據記錄系統，允許在任意一個網絡節點下分析顯示其他網絡節點的各種實時和歷史數據。分析曲線提供了豐富的屬性方法，以及便捷的用戶操作界面，一般性用戶可以使用曲線提供的各種配置界面來操作曲線，高級用戶可以利用分析曲線提供的屬性方法靈活的控制分析曲線，已滿足更加復雜、更加靈活的用戶應用。
專家報表是安科瑞電氣有限公司在長期開發實踐的基礎上推出的功能強大、技術成熟的報表組態工具。主要適用于工業自動化領域，是解決實際開發過程中的圖表、報表顯示，輸入，打印輸出等問題的最理想的解決方案。采用專家報表可以極大的減少報表開發工作量，改善報表的人機界面，提高組態效率。非專業人員采用專家報表組件可以開發出專業的報表；而專業的開發人員采用專家報表組件，則可以更快地進行報表編輯。
安科瑞電能管理組態軟件的報警機制可分為“過程報警”和“系統報警”。過程報警是過程情況的警告，比如數據超過規定的報警限值或低于規定的報警限值時，系統會自動提示和記錄。用戶根據需要還可以設置是否產生聲音報警、是否發送短信以及是否發送E-mail等。系統報警是當系統運行錯誤、I/O設備通訊錯誤或出現設備故障時而產生的報警。
安科瑞電能管理組態軟件的運行系統由多個組件組成，包括：VIEW、DB、I/O等組件，所有運行系統的組件統一由安科瑞電能管理組態軟件進程管理器管理，進行啟動、停止、監視等操作。
運行系統是用來運行由開發系統創建的畫面工程，主要完成HMI部分的畫面監控；區域實時數據庫DB是數據處理的核心，是網絡節點的數據服務器，運行時完成數據處理、歷史數據存儲及報警的產生等功能；IO程序是負責和控制設備通信的服務程序，支持多種通信方式的網絡，包括串口、以太網、無線通信等。
安科瑞電能管理組態軟件提供了一系列的安全保護功能以保證生產過程的安全可靠性，在運行系統中，通過設置安全管理功能，可以防止意外地、非法地進入開發系統修改參數及關閉系統等操作，同時避免對未授權數據的誤操作。
安科瑞Acrel-3000電能管理組態軟件基于網絡瀏覽器的Web架構方式，作為www網絡應用的軟件，其分布式的結構保證了發揮系統最大的效率。安科瑞Acrel-3000型電能管理組態系列軟件以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，為配電系統的實時數據采集、開關狀態監測及遠程控制提供了基礎平臺，它可以和檢測、控制設備構成任意復雜的監控系統，在變配電監控中發揮了核心作用，可以幫助企業消除信息孤島，降低運作成本，提高生產效率，加快變配電過程中異常的反應速度。
經過多年的實踐與開發，安科瑞電氣為企業在變配電監控、數據聯網，電力調度等多個方面提供了系列軟件產品，安科瑞電能管理組態系列軟件可以為企業提供“監控一體化”的整體解決方案，為企業MES系統提供核心歷史數據“引擎”，安科瑞電能管理組態系列軟件包括企業級實時歷史數據庫AcrSpace、工業自動化組態軟件AcrControl、電力自動化軟件AcrNetPower、“軟”控制策略軟件AcrStrategy、通信網關服務器AcrFieldComm、OPC產品、Web門戶工具等，同時具有英文版、繁體、簡體版等版本，安科瑞這些產品不是孤立的，它是一個應用規?？梢宰杂缮炜s的體系結構，整個軟件系統都是按照軟件標準而嚴格設計的，其中實時歷史數據庫是全部產品數據的核心，分布式的網絡應用是安科瑞電能管理組態軟件的最大特點，該系列產品可以廣泛的應用于企業信息化、DCS系統、PLC系統、SCADA系統、樓宇IBMS等監控系統中。
安科瑞電能管理組態軟件產品家族包含以下產品：
安科瑞AcrControl—HMI/SCADA工業監控組態軟件，提供了組件技術解決方案；
安科瑞AcrSpace—企業級實時歷史數據庫，實現企業信息集成的基礎平臺；
安科瑞AcrStrategy—自動化控制軟件，實現基于PC控制的過程控制與仿真；
安科瑞AcrNetPower—電能管理組態軟件，企業變配電自動化的SCADA平臺；
安科瑞AcrFieldComm—網關通訊軟件，提供通訊協議轉換的一體化解決方案；
安科瑞AcrMopc—OPC通訊解決方案，提供OPC Server定制開發服務。
Acrel-3000電能管理組態軟件具有良好的人機交互界面，通過數據傳輸協議讀取前置機采集的現場各類數據信息，自動經過計算處理，以圖形、數顯、聲音等方式反映現場的運行狀況，并可接受管理人員的操作命令，實時發送并檢測操作的執行狀況，以保證供用電單位的正常工作；電能計量管理功能設計各種符合用戶的報表格式，報表內數據嚴格按照各種標準進行計量，用戶只需查找打印即可，極大的方便了操作，提高了工作效率。
安科瑞電能管理組態軟件基本的程序及組件包括：工程管理器、人機界面VIEW、實時數據庫DB、I/O驅動程序、控制策略生成器以及各種數據服務及擴展組件，其中實時數據庫是系統的核心。
主要的各種組件說明見下：
l 工程管理器（Project Manager）
工程管理器用于工程管理包括用于創建、刪除、備份、恢復、選擇工程等。
l 開發系統（Draw）
開發系統是一個集成環境，可以完成創建工程畫面、配置各種系統參數、腳本、動畫、啟動安科瑞電能管理組態軟件其它程序組件等功能。
l 界面運行系統（View）
界面運行系統用來運行由開發系統Draw創建的畫面，腳本、動畫連接等工程，操作人員通過它來實現實時監控。
l 實時數據庫（DB）
實時數據庫是安科瑞電能管理組態軟件系統的數據處理核心，構建分布式應用系統的基礎，它負責實時數據處理、歷史數據存儲、統計數據處理、報警處理、數據服務請求處理等。
l I/O驅動程序（I/O Server）
I/O驅動程序負責安科瑞電能管理組態軟件與控制設備的通信，它將I/O設備寄存器中的數據讀出后，傳送到安科瑞的實時數據庫，最后界面運行系統會在畫面上動態顯示。
l 網絡通信程序（NetClient/NetServer）
網絡通信程序采用TCP/IP通信協議，可利用Intranet/Internet實現不同網絡節點之間的數據通信，可以實現安科瑞電能管理組態軟件的高效率通信。
l 遠程通訊服務程序（PortServer）
該通信程序支持串口、電臺、撥號、移動網絡等多種通信方式，通過軟件在兩臺計算機之間實現通信，使用RS232C接口，可實現一對一（1：1方式）的通信；如果使用RS485總線，還可實現一對多臺計算機（1：N方式）的通信，同時也可以通過電臺、MODEM、移動網絡的方式進行通信。
l Web服務器程序（Web Server）
Web服務器程序可為處在世界各地的遠程用戶實現在臺式機或便攜機上用標準瀏覽器實時監控現場生產過程。
l 控制策略生成器（StrategyBuilder）
控制策略生成器是面向控制的新一代軟邏輯自動化控制軟件，采用符合IEC61131-3標準的圖形化編程方式，提供包括：變量、數學運算、邏輯功能、程序控制、常規功能、控制回路、數字點處理等在內的十幾類基本運算塊，內置常規PID、比值控制、開關控制、斜坡控制等豐富的控制算法。同時提供開放的算法接口，可以嵌入用戶自己的控制程序。
控制策略生成器與安科瑞電能管理組態軟件的其它程序組件可以無縫連接。
安科瑞電能管理組態軟件是真正的分布式網絡系統，內部的程序組件是可以任意組合的，在工程項目中用戶可以根據實際需要，靈活的應用組件來構建符合要求的網絡結構，真正實現了實時與歷史數據的分布處理，界面的集中監控與管理。
系統網絡中的各個節點除可以構建標準的B/S和C/S等結構外，安科瑞電能管理組態軟件還支持多種冗余結構，包括：控制設備冗余、控制網絡冗余、雙機服務器冗余、管理網絡冗余、客戶端冗余等多種冗余模式。
4 系統軟件的功能
電能管理計算機通過現場設備和通信系統提供的傳輸通道，完成對各回路電力參數的數據采集，信息經分析、處理，以報表等多種形式供值班員參考，使值班員能夠便捷的掌握供電系統的運行狀況，包括相關設備的運行狀況。
a、運行信息與保護信息采集
系統采集來自智能測控單元裝置送來的參數，所有回路的遙測信號，包括每個回路的實時電能值和各種告警信息等。
b、人機操作界面
系統提供簡單、易用、良好的用戶使用界面?？砂凑张潆娝@示配電系統設備狀態及相應實時運行參數。系統軟件提供功能齊全的圖形編輯軟件，用戶可以根據實際情況和以往習慣自行定各種圖元圖形及設備在各種狀態下的顯示方式。包括如下功能特征：
全圖形方式編輯的圖形畫面具有多種顯示特性，用戶可以非常直觀、方便地編輯、定位、查看有關信息和內容。
提供畫面管理工具，可聯想相關調用、重要畫面快速調用、畫面文件索引選擇、事故自動調用畫面。
提供多種數值顯示手段，數值可用棒圖顯示、曲線顯示，并可根據數值狀態和系統狀態由用戶根據需要和習慣自行定義閃爍、變色及置上特殊符號以便區分包括遙測在內的各種數據的正常、越上限、越下限等情況。
屏幕顯示：中文液晶顯示，可選擇圖形顏色、閃爍、動畫等手段充分表示工況圖及操作畫面、配電系統實用參數表格、各類操作票及報表、事故及故障報警顯示、測控及保護單元運行工況顯示等電力運行狀況；畫面顯示響應時間1s。
c、統計分析、報表、打印
時、日、月、年用電量統計；用戶自定義報表格式和計算方法；所有報表的定時打印、召喚打印、和事件記錄打?。粩祿鞂崟r和歷史記錄保留2年以上；對各電氣設備和系統運行參數進行匯總統計，并根據用戶要求生成各類報表，包括：
² 分時、日、月、季度和年度報表；
² 各設備參數和最值統計報表；
² 全系統運行統計報表等
² 對于事件記錄、報警和數據報表，可設置為定時和根據需要的召喚打印。
d、歷史記錄與趨勢分析
系統收集各監測控制與管理裝置的實時數據并存儲在一個開放式數據庫中予以保存，系統可保存長時段（多年）的歷史記錄。系統可以標準和設定文件格式隨時調用和打印上述歷史數據。根據歷史數據記錄可進行各參數的年度、月度和日變化和實時數據趨勢分析，進行分類和綜合比較分析，為業務流程優化和設備設施使用優化提供依據。
e、系統安全
本系統軟件有多達幾百種密碼分區和密級設置，為系統管理員、工程師、值長、一般值班操作人員等提供分級密碼，并對所有操作自動進行帶時標事件記錄，可建立良好的反事故措施。
f、故障分析與設備維護管理
系統依據帶時標的事件記錄和波形記錄可進行故障和事件的成因分析；另外，系統統計開關等設備的狀態參數和累積壽命參數，可據此提出設備維護預告；
g、保護信息管理
管理保護定值和保護動作信息，提供有關查詢。
h、WEB發布功能
通過局域網將中控室中控主機信息進行WEB發布，可實現多個管理者同時看到監控主機上的界面，同時根據用戶的權限可進行數據的監控、采集、輸入等功能。生產部門可以遠程輸入機器產量，從而在系統中自動計算出單位能耗。
i、系統自診斷功能
本系統軟件能在線診斷各軟件和硬件的運行工況，當發現異常及故障時能及時顯示和打印報警信息，并在運行工況圖上用不同顏色區分顯示。由于本系統設備有冗余配置，當系統發生軟、硬件故障時，能自動切換到備用系統設備上運行。
j、其他功能
其它日常管理，如運行記錄及交接班記錄管理，設備運行狀態、缺陷、維修記錄管理、規章制度等。管理功能滿足用戶要求，適用、方便、資源共享。各種文檔能存儲、檢索、編輯、顯示、打印。
5 Acrel-3000電能管理組態軟件解決方案
系統拓撲結構圖
Acrel-3000電能管理組態軟件是對現場生產數據進行采集與過程控制的專用軟件，最大的特點是能以靈活多樣的“組態方式”而不是編程方式來進行系統集成，它提供了良好的用戶開發界面和簡捷的工程實現方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態”，便可以非常容易地實現和完成監控層的各項功能，比如在分布式網絡應用中，所有應用（例如趨勢曲線、報警等）對遠程數據的引用方法與引用本地數據完全相同，通過“組態”的方式可以縮短自動化工程師的系統集成的時間，提高集成效率。
該系統實施后，實現了各類用電設備的電能報表，各用電回路的實時電參量遙測，重要回路的電能質量（含諧波）分析，以及重要回路的負荷用電趨勢等功能，圖表分別見圖1、圖2、圖3、圖4。
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