电能管理组态软件在智能化能源计量管理系统中的应用
江苏安科瑞电器制造有限公司
摘要： 纵观全球，能源危机四伏，节能的呼声愈来越高。目前全国单位建筑面积能耗是发达国家的2～3倍以上，面对如此严峻的事实，节能减排迫在眉睫。目前在我国大部分用能单位特别是民营用能单位缺乏熟悉计量工作的专业人员（管理、技术），用能单位计量管理水平不高，没有建立比较完善计量检测体系，特别是能源计量体系的建立。
Abstract：
Key words :
1 行业背景
1.1 现状
1.1 现状
纵观全球，能源危机四伏，节能的呼声愈来越高。目前全国单位建筑面积能耗是发达国家的2～3倍以上，面对如此严峻的事实，节能减排迫在眉睫。目前在我国大部分用能单位特别是民营用能单位缺乏熟悉计量工作的专业人员（管理、技术），用能单位计量管理水平不高，没有建立比较完善计量检测体系，特别是能源计量体系的建立。部分小区的高层管理者对能源计量工作重视不够，认为能源计量是只投入不产出，没有认识到能源计量工作的基础保证作用。
1.2 需求分析
1.2 需求分析
能源计量是节能减排量化数据的体现，起着举足轻重的作用。同时作为一种管理工具和手段，利用能源计量数据的采集，诊断，分析，实施有效管理，科学准确的计量数据能够指导建筑能源的利用，由此达到节能降耗的目的。此外能源计量还是一种工艺手段，一种测量技术，帮助建筑节能建立科学合理的节能流程，为今后的建筑节能提供科学准确的基础条件。EMS智能能源管理系统是为了满足用户在生产过程中对能源的规划、计量、分析、调度等进行实时监控的需要而设计开发的能源综合管理系统。
2 能耗计量系统的设计
2.1 方案设计简介
EMS智能化能源计量管理系统在中央空调计费系统基础上完善和发展起来的，以数据传输为基础，数据库为核心的物业服务系统，可实现水、电、气、暖（中央空调）的远程抄表、集中监控、防盗报警、欠费禁用、数据处理、日报月报、数据备份、查询打印等计量管理功能。
EMS智能化能源计量管理系统集计算机技术、通讯技术、网络技术和自控技术于一体，采用集散式结构、模块化设计、智能终端等灵活的组网方式，将用户的水、电、气、暖（中央空调）等能源计量集成为一个完整的管理系统，其开放式工作平台可兼容各种小区物业管理系统，同时管理多个小区。
2.2 小区能源系统建设目标
能源介质数据采集、能源设备状态监控、基本能源管理。
1）数据采集功能
将全小区的能源数据采集进入系统，供数据监视、报警、数据分析、数据计算、数据统计等用。
2）监控功能
监视功能:以大屏幕或者常规操作员站方式，对全小区能源系统的实时运行工况进行监视。
报警功能:对全小区能源系统的设备异常，能源质量异常等给出分类声光警报；
历史趋势功能：通过数据历史曲线和实施趋势，进行运行状态分析。
运行报表功能：自动生成能源生产运行报表。实现水、电、气、暖（中央空调）的远程抄表、集中监控、防盗报警、欠费禁用、数据处理、日报月报、数据备份、查询打印等计量管理功能。
3）基本能源管理功能
将采集的数据进行归纳、分析和整理，结合生产计划的数据，进行能源管理工作，包括能源实绩分析管理、能源质量管理、能源平衡管理、能源预测分析、运行管理支持等。
2.1 方案设计简介
EMS智能化能源计量管理系统在中央空调计费系统基础上完善和发展起来的，以数据传输为基础，数据库为核心的物业服务系统，可实现水、电、气、暖（中央空调）的远程抄表、集中监控、防盗报警、欠费禁用、数据处理、日报月报、数据备份、查询打印等计量管理功能。
EMS智能化能源计量管理系统集计算机技术、通讯技术、网络技术和自控技术于一体，采用集散式结构、模块化设计、智能终端等灵活的组网方式，将用户的水、电、气、暖（中央空调）等能源计量集成为一个完整的管理系统，其开放式工作平台可兼容各种小区物业管理系统，同时管理多个小区。
2.2 小区能源系统建设目标
能源介质数据采集、能源设备状态监控、基本能源管理。
1）数据采集功能
将全小区的能源数据采集进入系统，供数据监视、报警、数据分析、数据计算、数据统计等用。
2）监控功能
监视功能:以大屏幕或者常规操作员站方式，对全小区能源系统的实时运行工况进行监视。
报警功能:对全小区能源系统的设备异常，能源质量异常等给出分类声光警报；
历史趋势功能：通过数据历史曲线和实施趋势，进行运行状态分析。
运行报表功能：自动生成能源生产运行报表。实现水、电、气、暖（中央空调）的远程抄表、集中监控、防盗报警、欠费禁用、数据处理、日报月报、数据备份、查询打印等计量管理功能。
3）基本能源管理功能
将采集的数据进行归纳、分析和整理，结合生产计划的数据，进行能源管理工作，包括能源实绩分析管理、能源质量管理、能源平衡管理、能源预测分析、运行管理支持等。
3 系统软件
方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、大大降低了组态开发的工作量；高性能实时、历史数据库，快速访问接口在数据库4万点数据负荷时，访问吞吐量可达到20000次/秒；强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能；支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏；强大的ACTIVEX控件对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性；全新的、灵活的报表设计工具：提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板。
对于安科瑞电力组态软件，每一个实际的应用的工程包含数据库、I/O设备、人机界面、网络应用等组态和运行数据。安科瑞电能管理组态软件现场采集到数据经过处理后依照实时数据和历史数据进行存储和显示。在安科瑞电能管理组态软件中，除了在窗口画面和报表中显示数据外，还提供了功能强大的各种曲线组件对数据进行分析显示。这些曲线包含：趋势曲线、X-Y曲线、温控曲线、直方图、ADO关系数据库曲线等。通过这些工具，可以对当前的实时数据和已经存储了的历史数据进行分析比较，可以捕获一瞬间发生的工艺状态；并可以放大曲线，可以细致的对工艺情况进行分析，也可比较两个过程量之间的函数关系。
安科瑞电能管理组态软件分析曲线支持分布式数据记录系统，允许在任意一个网络节点下分析显示其他网络节点的各种实时和历史数据。分析曲线提供了丰富的属性方法，以及便捷的用户操作界面，一般性用户可以使用曲线提供的各种配置界面来操作曲线，高级用户可以利用分析曲线提供的属性方法灵活的控制分析曲线，已满足更加复杂、更加灵活的用户应用。
专家报表是安科瑞电气有限公司在长期开发实践的基础上推出的功能强大、技术成熟的报表组态工具。主要适用于工业自动化领域，是解决实际开发过程中的图表、报表显示，输入，打印输出等问题的最理想的解决方案。采用专家报表可以极大的减少报表开发工作量，改善报表的人机界面，提高组态效率。非专业人员采用专家报表组件可以开发出专业的报表；而专业的开发人员采用专家报表组件，则可以更快地进行报表编辑。
安科瑞电能管理组态软件的报警机制可分为“过程报警”和“系统报警”。过程报警是过程情况的警告，比如数据超过规定的报警限值或低于规定的报警限值时，系统会自动提示和记录。用户根据需要还可以设置是否产生声音报警、是否发送短信以及是否发送E-mail等。系统报警是当系统运行错误、I/O设备通讯错误或出现设备故障时而产生的报警。
安科瑞电能管理组态软件的运行系统由多个组件组成，包括：VIEW、DB、I/O等组件，所有运行系统的组件统一由安科瑞电能管理组态软件进程管理器管理，进行启动、停止、监视等操作。
运行系统是用来运行由开发系统创建的画面工程，主要完成HMI部分的画面监控；区域实时数据库DB是数据处理的核心，是网络节点的数据服务器，运行时完成数据处理、历史数据存储及报警的产生等功能；IO程序是负责和控制设备通信的服务程序，支持多种通信方式的网络，包括串口、以太网、无线通信等。
安科瑞电能管理组态软件提供了一系列的安全保护功能以保证生产过程的安全可靠性，在运行系统中，通过设置安全管理功能，可以防止意外地、非法地进入开发系统修改参数及关闭系统等操作，同时避免对未授权数据的误操作。
安科瑞Acrel-3000电能管理组态软件基于网络浏览器的Web架构方式，作为www网络应用的软件，其分布式的结构保证了发挥系统最大的效率。安科瑞Acrel-3000型电能管理组态系列软件以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，为配电系统的实时数据采集、开关状态监测及远程控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统，在变配电监控中发挥了核心作用，可以帮助企业消除信息孤岛，降低运作成本，提高生产效率，加快变配电过程中异常的反应速度。
经过多年的实践与开发，安科瑞电气为企业在变配电监控、数据联网，电力调度等多个方面提供了系列软件产品，安科瑞电能管理组态系列软件可以为企业提供“监控一体化”的整体解决方案，为企业MES系统提供核心历史数据“引擎”，安科瑞电能管理组态系列软件包括企业级实时历史数据库AcrSpace、工业自动化组态软件AcrControl、电力自动化软件AcrNetPower、“软”控制策略软件AcrStrategy、通信网关服务器AcrFieldComm、OPC产品、Web门户工具等，同时具有英文版、繁体、简体版等版本，安科瑞这些产品不是孤立的，它是一个应用规模可以自由伸缩的体系结构，整个软件系统都是按照软件标准而严格设计的，其中实时历史数据库是全部产品数据的核心，分布式的网络应用是安科瑞电能管理组态软件的最大特点，该系列产品可以广泛的应用于企业信息化、DCS系统、PLC系统、SCADA系统、楼宇IBMS等监控系统中。
安科瑞电能管理组态软件产品家族包含以下产品：
安科瑞AcrControl—HMI/SCADA工业监控组态软件，提供了组件技术解决方案；
安科瑞AcrSpace—企业级实时历史数据库，实现企业信息集成的基础平台；
安科瑞AcrStrategy—自动化控制软件，实现基于PC控制的过程控制与仿真；
安科瑞AcrNetPower—电能管理组态软件，企业变配电自动化的SCADA平台；
安科瑞AcrFieldComm—网关通讯软件，提供通讯协议转换的一体化解决方案；
安科瑞AcrMopc—OPC通讯解决方案，提供OPC Server定制开发服务。
Acrel-3000电能管理组态软件具有良好的人机交互界面，通过数据传输协议读取前置机采集的现场各类数据信息，自动经过计算处理，以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况，并可接受管理人员的操作命令，实时发送并检测操作的执行状况，以保证供用电单位的正常工作；电能计量管理功能设计各种符合用户的报表格式，报表内数据严格按照各种标准进行计量，用户只需查找打印即可，极大的方便了操作，提高了工作效率。
安科瑞电能管理组态软件基本的程序及组件包括：工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件，其中实时数据库是系统的核心。
主要的各种组件说明见下：
l 工程管理器（Project Manager）
工程管理器用于工程管理包括用于创建、删除、备份、恢复、选择工程等。
l 开发系统（Draw）
开发系统是一个集成环境，可以完成创建工程画面、配置各种系统参数、脚本、动画、启动安科瑞电能管理组态软件其它程序组件等功能。
l 界面运行系统（View）
界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面，脚本、动画连接等工程，操作人员通过它来实现实时监控。
l 实时数据库（DB）
实时数据库是安科瑞电能管理组态软件系统的数据处理核心，构建分布式应用系统的基础，它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。
l I/O驱动程序（I/O Server）
I/O驱动程序负责安科瑞电能管理组态软件与控制设备的通信，它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到安科瑞的实时数据库，最后界面运行系统会在画面上动态显示。
l 网络通信程序（NetClient/NetServer）
网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络节点之间的数据通信，可以实现安科瑞电能管理组态软件的高效率通信。
l 远程通讯服务程序（PortServer）
该通信程序支持串口、电台、拨号、移动网络等多种通信方式，通过软件在两台计算机之间实现通信，使用RS232C接口，可实现一对一（1：1方式）的通信；如果使用RS485总线，还可实现一对多台计算机（1：N方式）的通信，同时也可以通过电台、MODEM、移动网络的方式进行通信。
l Web服务器程序（Web Server）
Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。
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软逻辑自动化控制软件，采用符合IEC61131-3标准的图形化编程方式，提供包括：变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。
控制策略生成器与安科瑞电能管理组态软件的其它程序组件可以无缝连接。
安科瑞电能管理组态软件是真正的分布式网络系统，内部的程序组件是可以任意组合的，在工程项目中用户可以根据实际需要，灵活的应用组件来构建符合要求的网络结构，真正实现了实时与历史数据的分布处理，界面的集中监控与管理。
系统网络中的各个节点除可以构建标准的B/S和C/S等结构外，安科瑞电能管理组态软件还支持多种冗余结构，包括：控制设备冗余、控制网络冗余、双机服务器冗余、管理网络冗余、客户端冗余等多种冗余模式。
4 系统软件的功能
电能管理计算机通过现场设备和通信系统提供的传输通道，完成对各回路电力参数的数据采集，信息经分析、处理，以报表等多种形式供值班员参考，使值班员能够便捷的掌握供电系统的运行状况，包括相关设备的运行状况。
a、运行信息与保护信息采集
系统采集来自智能测控单元装置送来的参数，所有回路的遥测信号，包括每个回路的实时电能值和各种告警信息等。
b、人机操作界面
系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。可按照配电所显示配电系统设备状态及相应实时运行参数。系统软件提供功能齐全的图形编辑软件，用户可以根据实际情况和以往习惯自行定各种图元图形及设备在各种状态下的显示方式。包括如下功能特征：
全图形方式编辑的图形画面具有多种显示特性，用户可以非常直观、方便地编辑、定位、查看有关信息和内容。
提供画面管理工具，可联想相关调用、重要画面快速调用、画面文件索引选择、事故自动调用画面。
提供多种数值显示手段，数值可用棒图显示、曲线显示，并可根据数值状态和系统状态由用户根据需要和习惯自行定义闪烁、变色及置上特殊符号以便区分包括遥测在内的各种数据的正常、越上限、越下限等情况。
屏幕显示：中文液晶显示，可选择图形颜色、闪烁、动画等手段充分表示工况图及操作画面、配电系统实用参数表格、各类操作票及报表、事故及故障报警显示、测控及保护单元运行工况显示等电力运行状况；画面显示响应时间1s。
c、统计分析、报表、打印
时、日、月、年用电量统计；用户自定义报表格式和计算方法；所有报表的定时打印、召唤打印、和事件记录打印；数据库实时和历史记录保留2年以上；对各电气设备和系统运行参数进行汇总统计，并根据用户要求生成各类报表，包括：
² 分时、日、月、季度和年度报表；
² 各设备参数和最值统计报表；
² 全系统运行统计报表等
² 对于事件记录、报警和数据报表，可设置为定时和根据需要的召唤打印。
d、历史记录与趋势分析
系统收集各监测控制与管理装置的实时数据并存储在一个开放式数据库中予以保存，系统可保存长时段（多年）的历史记录。系统可以标准和设定文件格式随时调用和打印上述历史数据。根据历史数据记录可进行各参数的年度、月度和日变化和实时数据趋势分析，进行分类和综合比较分析，为业务流程优化和设备设施使用优化提供依据。
e、系统安全
本系统软件有多达几百种密码分区和密级设置，为系统管理员、工程师、值长、一般值班操作人员等提供分级密码，并对所有操作自动进行带时标事件记录，可建立良好的反事故措施。
f、故障分析与设备维护管理
系统依据带时标的事件记录和波形记录可进行故障和事件的成因分析；另外，系统统计开关等设备的状态参数和累积寿命参数，可据此提出设备维护预告；
g、保护信息管理
管理保护定值和保护动作信息，提供有关查询。
h、WEB发布功能
通过局域网将中控室中控主机信息进行WEB发布，可实现多个管理者同时看到监控主机上的界面，同时根据用户的权限可进行数据的监控、采集、输入等功能。生产部门可以远程输入机器产量，从而在系统中自动计算出单位能耗。
i、系统自诊断功能
本系统软件能在线诊断各软件和硬件的运行工况，当发现异常及故障时能及时显示和打印报警信息，并在运行工况图上用不同颜色区分显示。由于本系统设备有冗余配置，当系统发生软、硬件故障时，能自动切换到备用系统设备上运行。
j、其他功能
其它日常管理，如运行记录及交接班记录管理，设备运行状态、缺陷、维修记录管理、规章制度等。管理功能满足用户要求，适用、方便、资源共享。各种文档能存储、检索、编辑、显示、打印。
5 Acrel-3000电能管理组态软件解决方案
系统拓扑结构图
Acrel-3000电能管理组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用（例如趋势曲线、报警等）对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以缩短自动化工程师的系统集成的时间，提高集成效率。
该系统实施后，实现了各类用电设备的电能报表，各用电回路的实时电参量遥测，重要回路的电能质量（含谐波）分析，以及重要回路的负荷用电趋势等功能，图表分别见图1、图2、图3、图4。
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