企业能源管理系统(EMS)解决方案系统架构.pdf

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1、企业能源管理系统（EMS）解决方案系统架构一能源管理系统（Energy management system，简称 EMS）是以帮助工业生产企业在扩大生产的同时，通过能源计划、监控、统计、消费分析、重点能耗设备管理和能源计量设备管理等多种手段，合理计划和利用能源，降低单位产品能源消耗，提高经济效益为目的信息化管控系统。罗克韦尔自动化公司的电力及能源管理系统（罗克韦尔自动化公司的电力及能源管理系统（PEMS）;电力管理和控制系统（电力管理和控制系统（PMCS）;(PMCS)电力监控系统电力监控系统;在淘汰落后产能的过程中，先进节能的工业自动化技术和设备成为了企业的首选。节能减排的自动化技术除了高能

2、效电机、变频器、过程自动化系统和能源管理系统之外，还有面向冶金、有色、电力、化工、建材、造纸六大“三高”行业治理的成套专用优化系统和专用控制装置，比如特种执行器和特种检测技术，除尘、脱硫优化控制技术，固体废物焚烧的最优控制技术，废液的检测、分离和控制技术，节能、降耗的卡边控制技术，最优燃烧控制技术，最优调速控制技术，热能转换和传递优化技术等等，这些技术也是推进我国高端工业自动化产业化的重要方面。节能减排在我国的推进离不开先进的自动化技术、产业结构调整、企业管理水平的提升。节约能源已经作为我国建立节约型社会的基本国策，对于“十一五”规划中单位 GDP 能耗节能减排 20%的任务，企业不应该把它仅

3、仅作为约束性指标，而是应该把节能减排融入到长远发展的战略中去，这对企业的发展无疑具有巨大的促进作用。这也是产业结构优化调整到一定程度，企业管理水平也提升到一定水平，共同作用的结果。当三者有机结合，节能减排也就会大行其道了。随着我国计算机信息技术的高速发展、计算机软件应用技术的不断普及、企业信息化建设经验的不断积累和计算机信息管理系统应用水平的提高，众多企业已从多年来内部信息化建设的实践中，深刻地领悟到由此而产生的企业内部采购信息、生产信息、销售信息、库存信息、财务信息等存在各为一体、互不相通的问题。这使企业难以对生产经营活动进行有效的监控和管理，形成制约企业加速发展的瓶颈，因而使企业深刻地认识

4、到走信息集成化道路的重要性。为此，掘弃信息孤岛，实施信息集成化技术，实现 PCS/MES/ERP 三层架构，已成为企业信息化建设发展的一种必然选择。能源管理系统能源管理系统（Energy management system，简称 EMS）是企业信息化系统企业信息化系统的一个重要组成部分，在能源数据进行采集、加工、分析，处理以实现对能源设备、能源实绩、能源计划、能源平衡、能源预测等方面发挥着重要的作用。在企业信息化系统的架构中，把能源管理作为 MES 的一个基本应用构件基本应用构件，作为大型企业自动化和信息化的重要组成部分，如图示：制造执行系统制造执行系统(MES):是一套位于上层的计划管理系统

5、与底层的工业控制系统之间的面向车间层的管理信息系统，它为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态和历史状况。MES 系统能通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂中有实时事件发生时，MES 系统能及时对这些事件作出反应、报告，并用当前准确的数据对它们进行约束和处理，这种对状态变化的迅速响应使 MES 系统能够减少企业内部那些没有附加值（NVA-Non Value Added）的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，同时提高了工厂及时交货的能力，改善了物料的流通性能，提高了生产回报率。MES 系统还能通过双向直接通

6、讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关生产行为的关键任务信息。MES 系统能够帮助企业解决生产中遇到的一些瓶颈问题，从而改进生产线运行性能，达到降低在制品(WIP-Work In Process)库存、缩短产品制造周期、提高生产效率并控制生产成本的目标。仓库管理系统(WMS):WMS 是一套面向材料、备件、成品等仓库的信息管理系统，它能够辅助仓库管理人员对货物的入库、出库、移库、盘点等业务进行全面的控制和管理，杜绝货物积压与短缺现象，达到降低库存、减少资金占用的目的。WMS 可以实现按照 ABC 分类的原则来对仓库内的物品进行管理，并借助条码识别技术来实现数据采集，从而保证信息的准确性。WMS

7、 严格保证物品的先进先出，该系统已成功应用于材料仓库、备件仓库和成品仓库，为企业物流链提供了帮助。MES，Manufacturing Execution System，生产管理系统，生产管理系统/制造执行管理系统制造执行管理系统。生产管理软件系统(MES)是企业系统信息化集成的纽带，是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产管理里敏捷化的基本技术手段，生产管理软件系统（MES）是近 10 年来在国际上迅速发展、面向车间层的管理系统技术与实时信息系统。生产管理系统软件解决方案：软件方案控制生产系统，实现生产管理的最佳化分为两种情况：一方面是现场级生产系统管理自动化 MES；另一方面是 ERP级监督性装

8、置管理 MES 系统。在这两种情况之间存在着一个间隙-MES 系统就是用于灵活计划和安排制造装置资源的信息链中的决定性因素。生产管理软件系统（MES 系统）可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的生产制造环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。适用于不同行业（家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药），能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。目前国外知名企业应用 MES 生产管理软件系统已经成为普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采用 MES 生产管理系统来增强自身的核心竞争力。生产管理软件系统（MES）是企业信息化

9、建设中的关键环节，正越来越被重视。流程型生产企业行业按照 MES 实用模型，从基础功能着手，然后在此基础上根据企业的实际情况进行功能扩充，逐步完善企业生产管理系统，实现从 DCS到 ERP 的信息畅通。能源介质种类能源介质种类主要包括：高炉煤气（BFG）、焦炉煤气（COG）、转炉煤气（LDG）、天然气（NG）、氧气（O2）、氮气（N2）、氩气（Ar）、压缩空气（Air）、蒸汽、氢气（H2）、采暖热网、生活水、工业净环水、工业浊环水、浓盐水、除盐水、酚氰水、软化水、电力等。能源介质信息能源介质信息包括：压力、流量、温度、煤气热值、供水品质（水质）、阀门开闭、调节阀开度、开关信号、动力设备运行状态

10、、主生产线设备的运行状态等。环保信息环保信息包括：环保设备的运行情况、外排水中主要污染物的浓度、流量、主要废气排放点的外排放废气中烟（粉）尘、SO2、NOx、CO2 等污染因子的浓度和流量、污染物排放总量、大气质量指标、厂区视频检测、厂界噪音。-能源中心：以 SCADA 软件为核心，建立 I/O Server 实时数据服务器，实现在线的数据监视、工艺操作和实时的能源管理功能；基于数据库技术开发具有模型背景的能源管理功能并对外提供接口。-通讯网络：采用工业级以太网交换机，建立分区域的冗余环网，环与环之间采用耦合拓扑结构进行连接，从而建立高可靠专有的能源数据采集通讯网络。-数据采集：RTU 产品为

11、核心，通过信号采集、通讯、协议转换等技术手段，将能源介质参数的采集与生产控制系统隔离，提供连续、真实、可靠的数据依据。2、系统数据流图能源中由心 I/O 数据服务器、Oracle 关系数据库服务器、Web 服务器和工作站组成。I/O 数据服务器负责原始计量数据的实时采集、历史压缩存储、二次计算和为监控画面提供实时数据；Oracle 数据库服务器负责计量统计数据的收集和存储，作为能源（物资）计量统计管理数据库；工作站上运行计量数据监控与管理系统软件，对计量数据进行分析处理、设备管理、权限分配、报表打印以及调阅等；Web 服务器负责将指定的实时数据监测画面和动态曲线以网页的形式在公司网上发布，供其

12、他部门网上在线查阅，并提供系统与用户的各种人机界面。根据能源管理系统功能需求及实际各部门业务流程规定，EMS 数据流图可用下图表示：3、系统功能EMS 的监控系统分为 4 个子系统，即供配电系统、动力系统、给排水系统和环保系统。其中动力系统包括燃气系统、蒸汽系统、氧氮氩系统，给排水系统包括化学水、工业水和生活水。、数据的实时采集与监控通过建立可靠的数据采集系统（SCADA 系统）对能源潮流数据（如电流、电压、压力、温度、流量、环境数据等）、设备状态（如开、停、阀门开度、报警信号等）等进行采集；提供过程监视、操作控制、实时调整等画面,过程曲线及信息显示等辅助界面、大屏幕等完成能源中心管辖范围的能

13、源设备状态及潮流的监视功能；提供过程控制和实时调整,参数设定窗口等实现控制功能；并对信息进行归档。、基础数据管理包括介质参数管理、维护单位管理、计量设备管理、测点耗量关系、用户权限设置、以及其他需人工录入的参数管理界面。、能源管理功能将采集的数据进行归纳、分析和整理，结合生产计划和检修计划的数据，实现基础能源管理功能，包括能源实绩分析管理、能源计划管理、运行支持管理、能源质量管理、能源平衡管理、在线预测分析等。、环境监测与保护对环保设备运行状态的监测，对水、烟气等排放进行监测、分析和管理。4、基本配置能源管理系统基于以太网的数据通信技术，采用C/S 和B/S 混合系统架构方式。典型的配置和设备

14、组成如下：三、主要产品技术描述三、主要产品技术描述1、SCADA 软件采用国际主流的 SCADA 软件建立 I/O Server 实时数据服务器功能，通过在线的数据采集实现动态流程图、参数表、趋势曲线等监控功能，并与关系数据库建立通讯。技术特点如下：软件体系采用真正的客户/服务器（C/S）体系结构；能够完全做到实时数据服务器以及趋势、报警、报表和文件等功能模块的冗余；I/O 通讯冗余，主通讯中断时自动切换到旁路；支持在线组态，即在不影响操作的情况下，允许全部或部分应用程序进行修改；支持 ODBC、OPC、API、DDE 等标准数据交换方式；网络通讯采用标准的 NetBIOS，支持 IPX/SP

15、X、TCP/IP 等协议；支持多种关系型数据，包括 Oracle、SQL Server、dBASE 等。系统通过设置不同级别的用户操作权限而防止越权操作保护系统的安全。2、远程数据采集单元MIPM RTU远程数据采集单元采用美国 SIXNET 公司 MIPM 系列 RTU 产品。SIXNET 高端 RTU 产品（IPM 级）具有 32 位处理器、大容量存储空间，不但提供标准串口（RS232/RS485）通讯和 IEC61131-3 标准编程功能。还提供以太网通讯端口，并具有嵌入式功能，可支持高级编程和网络通讯应用程序，例如Web Server、Internet 访问、高级 C/C+编程及专有通

16、讯协议的定制等，是最新一代控制器产品。同时具有多种国际工控产品质量认证，提供高可靠品质应用。其产品主要技术特点为：、同时提供多种通讯端口：以适应分散应用和本地的不同通讯要求。、提供大容量程序和数据存储空间：适合就地运算和大量数据安全存储。、更高的适应恶劣环境应用：工作环境温度为-40 70C、国际品质认证等。3、工业以太网交换机网络系统中的工业以太网交换机采用美国 SIXNET 公司产品。SIXNET 近 30 余年的工业自动化产品设计、制造经验，使其充分了解各种工业场合的应用需求。并将其成熟的工业自动化产品设计理念注入工业以太网交换机产品中，能够真正经受各种恶劣工业环境的长期考验。SIXNE

17、T 工业以太网交换机具有卓越的工业品质，低功耗、无风扇电路设计、宽范围工作环境温度（-40-85）、美国军标 MIL-STD-1275 防浪涌保护以及严格的国际质量认证（包括危险场所 2 区防爆认证、DNV 船级社认证）等特性确保在各种恶劣工业环境现场长期稳定、可靠、安全使用。SIXNET 实时环工业以太网交换机专有 Real-time RingTM 技术，实现快速容错环网冗余，并具有端口配置、端口镜像、优先级划分等高级网管功能，可保证信息交换的实时性和确定性，支持 Modbus 方式监测网络运行状态，可以方便地进行故障诊断、报告和定位。尤其适合如 PLC，DCS，SCADA 自动化监控系统构

18、建 100/1000Mbps 工业冗余环网。四、高端产品应用技术四、高端产品应用技术EMS 系统采集的信号分散在工厂的各个角落，许多能源计量参数已纳入原有生产控制系统，能源数据的采集将面临繁杂的通讯协议和接口。采用新一代的自动化产品（RTU/Gateway），构筑分布式的数据采集系统，将能源介质参数的采集与生产控制系统隔离，提供连续、真实、可靠的数据依据。RTU/Gateway 产品是对传统 PLC 系统在远传和分布式应用的产品补充，提供更强的数据处理和通讯能力，从而构建新一代能源管理系统的架构。MIPM RTU 预集成了 PLC、记录仪、流量计算机、通讯网关等多种功能，其高端产品应用技术如下

19、：1、预集成的数据记录功能MIPM RTU 预集成了数据记录（Datalogging）功能。作为系统工具软件（I/O ToolKit）选项之一的 Sixlog 软件，提供了工程向导型配置应用，无需编程。SIXNET 的 Datalogging 功能具有以下优点：可按时间、事件等方式启动数据记录 时间间隔可设置（10 毫秒49 天）大容量、非易失数据存储（16M）同一控制器支持多个 Datalog 配置 服务器/客户机式双向数据恢复方式 工程向导型配置界面，无需编程 多种通用软件浏览的历史数据文件 支持数据记录冗余服务器功能数据记录可用于实现 SOE 功能，用于记录故障报警事件发生的时间顺序；可

20、以实现重要能源计量数据的备份，防止因为通讯网络故障等原因导致这些重要数据的丢失；同时保证贴有时间标签的能源采集数据的完整性。RTU 取代无纸记录仪，提供更灵活、更安全的数据备份功能！2、RTU 的数据补传和调用功能利用数据记录（Datalogging）功能，RTU 把数据加上精确的时间标签存储在非易失的存储器中。然后按照用户定义的时间表或在发生特定事件（例如远程传输故障恢复后）时把记录的历史数据传送到一个或多个中心控制站，从 RTU 传送上来的数据包括控制站地址、时间标签、纪录序列号等识别数据。多个站点传送上来的数据堆入输入数据缓存，等待顺序处理。今天，工业信息化自动化技术得到了空前的关注和发

21、展。从处理器、输入输出设备、现场总线、工业以态网、系统软件、变频器、传感器及执行元器件等各个自动化部件都有了飞速的发展。这也给各种自动化系统的高度集成奠定了基础。而在科技高度发展的今天，未来的制造业将朝着全球化、灵活生产、高效率，高集成方向发展，这就要求自动化不单是关注生产过程的控制本身，而且也要关注整个供应链从订单生成，原料供给，计划排产，物料跟踪，安全生产，质量监测，物流输送等所有应用的整个过程。这个过程关联各种控制应用，把所有应用整合成一个系统，它就要求把可能的多种不同的控制过程无缝连接和互动塑料工业网版权所有，需要信息和控制系统整合和集成。“节能降耗节能降耗”需要从自动化等高新技术中寻

22、求出路需要从自动化等高新技术中寻求出路坚持节约资源和保护环境的基本国策，关系人民群众切身利益和中华民族生存发展。必须把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置，落实到每个单位、每个家庭。加强应对气候变化能力建设，为保护全球气候作出新贡献。”长期以来，中国政府高度重视资源环境问题，坚持实施可持续发展战略，把节约资源、保护环境作为基本国策，努力建设资源节约型、环境友好型社会。中国政府提出坚持以人为本，把发展切实转入全面协调可持续的轨道；加快转变经济增长方式；把资源节约作为基本国策，发展循环经济，保护生态环境，加快建设资源节约型、环境友好型社会；显著提高资源利用效率，到 2

23、010 年使单位国内生产总值能源消耗比 2005 年降低 20%左右。为了落实到人，政府更进一步把“节能降耗指标”数量化！毫无疑问，构建“节约型社会”，是中央高层提出的最为引人注目、影响最为深远的一个重大决策。“节约”、“和谐”、“创新”，无疑是中国 2005 年以来，媒体使用频率最高、影响最为广泛的三个关键词。人们认为：当前国家高层领导强调构建“节约型社会”、“和谐社会”、呼吁“自主创新”，具有针对现实、拨正发展航向的意味。能源资源问题是关系我国经济社会发展全局的一个重大战略问题；要建立资源节约型国民经济体系和资源节约型社会，就必须充分利用高新技术和先进适用技术改造提升传统产业，要在贯彻落实

24、党中央、国务院确定的“信息化带动工业化、工业化促进信息化”的发展战略过程中，增强我国传统产业创新能力和国际竞争力，促进我国社会生产力跨越式发展。当前的节能已不是简单意义的节约和少用能源，而是要靠使用先进科学技术，来提高能源的利用效率。在当今世界性市场经济的激烈竞争中，工业企业必须应用自动化技术科学来保证产品的质量、成本和数量的优势。特别是在用高新技术改造传统产业方面，自动化科学在工业企业的运行与发展中起到非常重要的作用。下面，我们从控制和优化的角度来看“节能降耗”如何从自动化等高新技术中寻求出路？（一）企业“节能降耗”面向“一体化综合过程自动化系统”在工业生产过程中实现节能降耗、资源优化，除了

25、采用先进的工艺和设备之外，必须采用先进的过程自动化系统。当今的过程自动化系统已发展为由过程控制层（PCS）、制造执行层（MES）和经营规划层(BPS)三层结构组成的综合过程自动化系统。企业要达到总体的节能降耗和资源优化，获得最大的经济效益，提高竞争力，除了在各层次上采用先进技术和优化技术外，还必须在系统集成方面采用优化操作、优化调度以及优化企业资源规划和经营管理的一体化综合过程自动化系统。中国自动化学会的孙优贤院士更进一步提出：面向“三高”治理的成套专用控制装置和专用优化系统。冶金、有色、电力、化工、建材、造纸是我国工业生产六大高能耗行业，也是对环境污染最为严重的六大行业。在六大行业的大型工矿

26、企业中，选择重点能耗设备和重点污染源，分别实施以节能、降耗、治污为目标的成套专用控制装置和专用优化系统，是高端工业自动化的产业化内容。包括：节能、降耗、治污的自动化设计技术，特种执行器和特种检测技术，除尘、脱硫优化控制技术，固体废物焚烧的最优控制技术，废液的检测、分离和控制技术，节能、降耗的最优化技术，节能、降耗的卡边控制技术，最优燃烧控制技术，最优调速控制技术，热能转换和传递优化技术。（二）企业“节能降耗”要自动化与信息化相结合国务院 2005 年 12 月 2 日公布的促进产业结构调整暂行规定提出，要重点推进钢铁、有色、电力、石化、建筑、煤炭、建材、造纸等行业节能降耗技术改造。因此，我们应

27、当将精力集中到这些行业中来。工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为 20 世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。在企业“节能降耗”的过程中也不例外。而信息化对企业的贡献则主要体现在，一方面提高了企业设计与生产经营水平、带动企业管理内涵的进步、节约能源消耗、减少生产过程污染排放、促进资源

28、的循环利用；另一方面，还可以提高企业管理水平、提高产品质量、劳动生产率和资源利用率。信息化能够沟通全部工业自动化生产过程，特别是在网络系统异常发达的今天，在工业自动化领域中，有成千上万的感应器，检测器，计算机，PLC，读卡器等设备，需要互相连接形成一个控制网络，而工业控制网络将正在向有线和无线相结合的方向发展。如果说自动化系统是企业主体骨干，那么信息化则是企业神经系统。因此，企业“节能降耗”必须要自动化与信息化相结合，互相渗透才能够取得更好的效果。以电力行业为例，在电力行业中，生产自动化与管理信息化是均衡推进的。长期以来电力企业对生产过程控制的信息技术应用一向比较重视，而对业务及管理的信息化重

29、视却相对不足。我国电厂、电力调度的自动化水平达到国际先进水平。生产自动化与管理信息化的发展处于不平衡状态。一方面，管理信息化滞后于生产自动化，另一方面生产自动化系统与管理信息系统处于相互分离状态，彼此不能有效互通，不能实现管控一体化，数据信息不能集成共享，不利于实现企业的综合管理。这种孤立分散的状况不能发挥整体效益。电力行业新的运营环境要求电力信息化既要提高生产效率，又要提高企业效益。效益导向促使电力信息化由“重建设”向“重管理”转变。这为电力企业信息化建设带来了新的要求：不但要支持电力生产，还要支持企业经营、管理，提高管理水平与企业效益，增强市场竞争力。从而要求电力企业的 IT 系统能够支持

30、综合性应用、网络化管理、智能化决策等。石化和钢铁行业是一个国家的能源和原材料工业，它制造的就是能源和原材料，在这样一个大的领域中原材料消耗大、污染大，且又涉及到相应的安全问题，而为了节能、降耗，提升企业的竞争力，就必须要采取自动化技术。对于流程工业来讲，以信息化带动工业化，本质上就是自动化带动工业化，提升企业的竞争力，只有通过这样的手段，才能使企业的产量有所增长，原材料的产量上去了，那么整个生产也就更加安全可靠了，同样排污也减少了，企业的效率也就真正提高了。补传的数据可存储到 ASCII 文件（.csv）中，可方便地被 SCADA 软件和数据库调用，完成数据回填。每站点的数据分别保存在不同的文

31、件中，用户可以按周期配置进行文件更新。同时，CitectSCADA 软件专为 SIXNET 数据记录功能开发了数据记录服务器驱动，可以直接调用 RTU 内记录的历史数据并恢复到趋势文件中。3、建立先进的系统通讯机制传统控制系统（包括 DCS/PLC）的通讯机制是主、从方式，既轮巡通讯。这是在专有布线结构下工控领域所遵循的通讯原则。而 RTU 产品具有服务器/客户机式的通讯能力。在客户机方式下，RTU 作为主站，可主动向控制中心发起通信，这种模式常常用做“例外报告”。RTU 作为客户机可实时地报告事件的发生，实现快速报警响应。这种“例外报告”机制可减少传统轮询系统中的通信负荷与等待时间。在大型

32、SCADA 系统中，I/O响应时间是决定系统品质的重要因素，你的系统越大，这种分布式客户机结构的好处就越明显。主站轮巡与“例外报告”相结合是先进 SCADA 系统的通讯机制！4、嵌入式技术的应用作为真正的开放式自动化产品，MIPM RTU 提供了嵌入式开发能力，使用 IADK开发工具包可以编译和调试自己专有的应用程序，然后在控制器和 RTU 中运行。IADK 提供访问 I/O 寄存器的库函数，具有读写控制器 I/O 寄存器和通讯端口的最高访问能力。嵌入式技术的应用，有利于快速开发专有的通讯驱动，使用户与我们享有同等的开发能力！5、高端以太网通讯特性IP 安全特性（防火墙保护）：MIPM RTU

33、 可嵌入防火墙保护功能，防止系统受到非授权访问的能力，使用其安全规则向导配置基于 IP 地址、IP 端口、IP 表等限制访问规则；SNMP 网络管理：支持 AT,ICMP,IP,System,TCP,UDP 等 MIB 组功能，可建立信息管理网络软件的通信，MIPM RTU 具有 SNMP 网络管理能力；PPP 通讯协议：通过串口链路透传 IP 数据包，将串行连接转换为以太网通讯连接。PEMS(可预见性能源管理系统)的系统?单一开放网络单一开放网络根据控制要求不同，在一个现代化工厂中总会有多种总线网络并存，网络之间的互连，信息的传输，如何实现无缝连接是关键。罗克韦尔自动化采用的开放标准工业以太

34、网（EtherNet/IP），控制网(ControlNet)及设备网(DeviceNet)都是使用了同一种应用层协议（CIP），使得网络之间的传递数据无需编程，真正实现了无缝连接.。过程自动化系统过程自动化系统当今的过程自动化系统已发展为由过程控制层（PCS）、制造执行层（MES）和经营规划层(BPS)三层结构组成的综合过程自动化系统。企业要达到总体的节能降耗和资源优化，获得最大的经济效益，提高竞争力，除了在各层次上采用先进技术和优化技术外，还必须在系统集成方面采用优化操作、优化调度以及优化企业资源规划和经营管理的一体化综合过程自动化系统。其中，过程控制层（PCS）的 DCS 对资源的优化作用

35、更为明显。现在，第四代 DCS 系统以及充分体现了信息化和集成化。第四代 DCS 系统已经不是一个以控制功能为主的控制系统，而是一个充分发挥信息管理功能的综合平台系统。DCS 提供了从现场到设备，从设备到车间，从车间到工厂，从工厂到企业集团整个信息通道。另外，第四代 DCS 系统中除保留传统 DCS 所实现的过程控制功能之外，还集成了 PLC（可编程逻辑控制器）、RTU（采集发送器）、FCS、各种多回路调节器、各种智能采集或控制单元等。比如，在某垃圾焚烧厂的控制系统中，出现了一个个由各家不同的 PLC 组成的“自动化孤岛”。与此同时，许多厂家的 PLC 往往难以实现复杂的模拟量控制，例如串级控

36、制和前馈控制；特别是难以实现垃圾低热值时的滑参数运行方式下的各种控制要求，而通过 DCS 系统就能实现“全厂一体化”的控制功能。第四代 DCS 系统以 Honeywell 公司最新推出的 Experion PKS（过程知识系统）、Emerson 公司的 PlantWeb(Emerson Process Management)、Foxboro 公司的 A2、横河公司的 R3（PRM-工厂资源管理系统）和 ABB 公司的 Industrial IT 系统为标志，它们在国内也有不少成功应用。现在，以和利时、浙大中控、上海新华为代表的国内 DCS 厂家经过 10 年的努力，各自推出自己的 DCS 系统

37、：和利时推出MACSSmartpro 第四代 DCS 系统、浙大中控推出 Webfield(ECS)系统、新华推出XDPF-400 系统。目前，三家国产 DCS 系统供应商正在逐步获取客户的认可，例如和利时在核电、化工、水泥、热点等领域取得了一定的成绩，浙大中控在化工控制等方面业绩突出，新华公司在火力发电方面取得显著成绩，而这些都是节能减排的重点行业。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它可以优化生产过程，为能源的高效利用做出重要贡献。能源管理系统能源管理系统制造企业的能源质量对产品优劣有着直接的关系，同时能源消耗直接影响高耗产品的成本，进而影响到一个企业的竞争力。另外，制造企业作为污染排放

38、大户，能源的合理使用与平衡调配，对环境保护起着至关重要的作用。这些管理需要通过能源管理系统实现。图 2 模块化的能源管理系统功能能源管理系统（Energy management system，简称 EMS）是以帮助工业生产企业在扩大生产的同时，通过能源计划、监控、统计、消费分析、重点能耗设备管理和能源计量设备管理等多种手段，合理计划和利用能源，降低单位产品能源消耗，提高经济效益为目的信息化管控系统。能源管理系统是耗能企业实现优化资源配置、合理利用能源的系统节能战略措施。能源管理系统在冶金企业应用非常普遍，是企业信息化系统的重要组成部分。冶金是耗能型工业，其耗能量占我国总能耗的 10%左右。在钢

39、铁总成本中，能耗费用成本约占 1835%。通过对冶金企业电力系统、动力系统（燃气、热力、氧氮氩）、水系统实行集中监控和管理，可实现从能源数据采集、过程控制、能源介质消耗分析、能耗管理全过程自动化、高效化、科学化管理，使能源管理与能源生产、使用的全过程有机结合起来，提升能源管理的整体水平。在这方面，罗克韦尔自动化公司的电力及能源管理系统（PEMS）有其一定的优势。PEMS 能够帮助用户在整个企业范围内监视、采集、分析、存储、共享实时的能源数据。罗克韦尔自动化曾经为一家年产钢 320 万吨、铁 270 万吨、材 356.6万吨的大型钢铁企业部署 PEMS，半年为仅在电力能源方面就为该钢厂减少费用支

40、出 200 多万元。同时能源中心的建立也增强了对全厂能源发生-输送-分配-消耗各环节的监测、协调和优化配置能力。每年平均可降低单位产品能耗 1%左右。西门子强调的则是全集成能源管理方案（TIP）。TIP 提高的全集成配电系统的解决方案包括从中压进线、低压配电、终端配电、直至墙壁开头和插座。通过使用 SIMARIS design 设计软件规划与设计一个新的配电网络；通过使用 SIMARISmanager 电能管理软件，监控和管理配电网络的经济运行，实现节能省电。二、新模式助力节能减排二、新模式助力节能减排因为产业结构调整无法一蹴而就，而企业管理也有待规范，企业通过技术实现节能减排就成为当前最为实

41、际的一种方式。但是，从目前全社会节能情况来看，“十一五”前三年仅完成单位 GDP 降耗 20%一半的任务。中国节能减排工作还存在一些难点，一方面，我国节能减排工作主要通过政府主导加以推进，不能适应市场的需要，难以形成长效机制；另一方面，节能的长周期和高投入使很多企业缺乏足够的动力，对短期经济利益的追求也使企业对节能不够重视。针对节能减排工作贯彻实施的难点，一些新的节能模式在中国慢慢推广，合同能源管理和合同自愿协议就是几个途径：合同能源管理合同能源管理合同能源管理（Energy Management Contract，简称 EMC）是上世纪 70 年代在西方发达国家开始发展起来的一种基于市场运作

42、的全新节能新机制。节能公司为企业提供节能潜力分析、节能项目可行性分析、项目设计、项目融资、设备选购、施工、节能量检测、人员培训等项目的全过程服务，并且不需要企业投入节能改造的资金。其实质就是企业按比例以减少的能源费用向节能服务公司支付服务费用。中国节能协会节能服务产业委员会主任沈龙海 6 月 15 日在“2009 中国北京国际节能环保高层论坛”上表示，作为节能新模式的合同能源管理机制在中国虽然起步较晚，但拥有巨大的市场潜力。来自中国节能协会节能服务产业委员会的数据显示，2008 年中国节能服务产业总产值增长到 417.3 亿元，合同能源管理（EPC）项目年节能能力达 569.27 万吨标准煤，

43、减排二氧化碳 367.18 万吨碳。但是，合同能源管理在中国的发展也存在着一些问题，中国节能协会常务副理事长宋忠奎表示，“节能服务公司同时做几个项目时，资金需求也很大，需要通过融资实现，而这个风险是由节能服务公司独自承担的。”宋忠奎还表示，中国企业的诚信有待提高。这也是合同能源管理模式能在中国推行下去的基础。由于服务公司的收益来自于节能减排项目的实施为企业节省的能源的价值，对于实际节省能源的评估也需要企业的配合才能由第三方检测得出。有一个利好的消息是，中国标准化研究院正在研究制定 合同能源管理技术规程。实际上，目前已经有一套节能服务公司商业贷款担保机制已经建立，已经有不少企业从这种节能服务模式

44、中获利。截止到 2008 年年底，中投保公司与北京银行等 10 多家银行合作，在过去 5 年为 41 家节能服务公司担保节能项目 127 个，贷款本金 5.01 亿元人民币，担保金额 4.54 亿元人民币，项目总投资 7.9 亿元人民币。规程的制定完成将对规范节能服务市场，推行合同能源管理起到积极作用。合同自愿协议合同自愿协议除了合同能源管理之外，中国节能协会也在尝试引进在国外已经成熟的节能自愿协议在国内企业中推广。节能自愿协议，是目前许多国家为提高能源利用效率所采取的一种管理模式。它的基本形式是，企业在政府政策的引导和鼓励下，就实现节能和环保目标，自愿与政府部门签订协议，做出承诺并付诸实施。

45、与以强制标准推行环保节能不同，这是我国政府部门以市场手段推动节能事业，促进可持续发展重要举措。山东省是第一个试点省份，济南钢铁集团、莱芜钢铁集团成为最早吃螃蟹的两家企业。早在 2003 年，省经贸委分别与济钢集团、莱钢集团签订协议，就企业的耗能、排污等事项作出强制性约定，参加节能自愿协议的企业则可以享受三项优惠政策：获得中国节能自愿协议试点企业荣誉称号、申请的国债贴息项目优先考虑、企业能源利用状况免予检测。其中，国债贴息项目优先考虑成为最有诱惑力的优惠政策。一年多的运转显示节能效果显著：2003 年，济钢共节能 18.7 万吨标准煤，莱钢共节能 3.7 万吨标准煤；济钢减排二氧化硫 3360

46、吨，减排二氧化碳 11.2 万吨碳，莱钢减排二氧化硫 662 吨，减排二氧化碳 2.2 万吨碳。虽然在试点企业取得了不错的成绩，宋忠奎表示，“十一五”规划将节能降耗作为约束性指标对各省份进行考核，企业节能形势已经很严峻，节能自愿协议在中国企业真正推行也有一定的困难。“但是我国在这方面还有发展空间。”宋忠奎表示。目前，政府为了鼓励企业更多的节能减排，也采取了一些奖励制度，比如对中部地区实现一万吨以上的年节约量的企业，给一吨 200 元的补助，西部给250 的补助。“随着产业结构的调整，企业节能意识的加强，这个空间还会继续加大。”三、节能市场各显神通三、节能市场各显神通在节能减排的契机下，工业节能

47、潜力巨大。中国节能协会节能服务产业委员会沈龙海算了一笔细账：根据国家有关部门提供的一份分析报告表明，到 2020 年，工业企业节能潜力超过三亿吨标准煤。按一吨标准煤价格 1200 元算，工业企业节能潜力总计达 3600 亿元。这一巨大的市场使得国外巨头纷纷拓展中国节能业务，提出各自的节能理念，并使其在中国用户中落地生根。除了提供节能的解决方案之外，施耐德电气也注重在商务合作模式创新的应用，推行能源合同管理的模式。虽然这种模式在全球已经得到了很好的应用，但是在中国却是刚刚起步。施耐德电气为企业提供了多种模式，让企业在不花一分钱的基础上享受节能收益。图 3 施耐德电气同第三方商业资本的节能合作融资

48、工业企业节能减排的任务巨大，这无疑推动了自动化技术在该领域不断的创新。据估算到 2020 年，工业企业节能潜力总计达 3600 亿元。面对这么巨大的蛋糕，除了以上工业自动化的巨头瞄准了并给出了节能整体解决方案之外，很多关注单一节能技术的厂商也希望能在节能市场有所作为。变仅变频器市场就有1200-1800 亿元的市场潜力，因为电机用电量占全国总发电量的 65-70%，而通过变频器实现对电机的控制，是目前工业企业采用的最直接有效的节能方式。这一市场国内外厂商竞争越来越白日化，国产变频器供应商如和利时、利德华福、合康亿盛，经过多年的发展，与国外的诸如三菱、松下、西门子、ABB 的差距也在慢慢缩小。据

49、了解，中国目前发电机装机容量已经超过 7 亿 kW,其中发电总量的 66消耗在电机上，而高压电机约占一半，且近 70拖动负载是风机、泵类、压缩机，有50以上适合变频调速，即约有 7000 万8000 万 kW 的高压电机处在浪费运行状态，因此利用高压变频调速技术对电机进行技术改造可有效节约能源。同时，加快超大容量高压变频器的国产化，对降低高能耗企业设备改造的成本具有非常重大的意义。信息化信息化信息化是当前时代发展的趋势，自动化仪表技术包括了信息采集、信息处理以及信息的应用这样的过程，因此自动化仪表技术实际上时信息技术的一个重要分支。所谓“企业集成”实际上是企业的信息集成和整合，所谓“信息爆炸”

50、实际上时获得信息超过了处理和应用的能力，而为得到的应用的一大障碍是信息表达的统一性不够。如何提高处理和应用信息的能力是当前的主题。信息化需要将现实世界的实体事物(包括原料、设备、产品、控制系统、仪表等)，生产流程(包括制造方法、工艺等)。企业的管理(包括采购、销售、物流等)用计算机能够识别和处理 0 和 1 来描述，然后由计算机进行运算和处理，最后将处理的结果再反作用到现实世界。信息化的前提是将现实世界以及现实世界事物之间的关系转化为 0 和 1，不能做到这一步信息化是不可能实现的。做到这一步就是对现实世界建立信息模型。信息模型是用一组简化的信息。按一定规则对事物所做的抽象描述。信息模型定义包