1、羅克韋爾自動化能源管理系統概述 電力及能源管理解決方案幫助用戶優化其電力及能源的使用，這就是我們的使命！羅克韋爾自動化在推動用戶優化其制造能力、提高生產效率，以及增強可靠性方面，處于全球領先地位。我們提供超值的信息和自動化解決方案，用于監視、分析和控制能源的使用，從而降低能耗成本。這一優化方案的重要組成部分就在于從車間級到整個企業，理解和管理能源的供應與消耗。羅克韋爾自動化為您提供能源計量、電能控制、供暖、通風、空調、制冷以及車間輔助設備的自動化控制解決方案。簡單地說，您可以從羅克韋爾自動化獲取所有能源系統需要的解決方案，包括我們豐富經驗和卓越的性能。解決方案* 能源計量* 電能及控制* 供暖

2、、通風、空調及制冷* 工廠效能今天，制造業的競爭越來越激烈，如何及時地在預算內實現生產目標，同時又能將運作成本降到最低，已經成為具有挑戰性的任務。為了實現這一目標，與您的合作伙伴并肩作戰是至關重要的，它必須具備跨行業的應用項目設計以及系統實施經驗能提供您所需的解決方案、資源和技術，從而為您在業內的競爭贏得時間。全面的產品、豐富的知識和工程經驗非常重要，同時還需能夠高效地工作，有凝聚力的組織架構，以及強大的咨詢能力。當您與羅克韋爾自動化電力和能源管理解決方案建立業務伙伴關系后，您可以獲得專家團隊的支持，他們結合了400余名工程師的經驗，精心為您提供全方位的解決方案。全方位解決方案注重效果的工程歸

3、根結底，用戶自動化項目的成功與否，取決于技術實力和系統集成商團隊的管理技巧。通過與羅克韋爾自動化合作，您可以獲得項目管理和系統集成的專業經驗，這樣有助于您取得商業成功。羅克韋爾自動化團隊包括項目主管、應用工程師以及系統和硬件設計師。簡言之，您將為您的項目和系統獲得統一的專家級建議。為您的系統指定一名經驗豐富的項目主管，由他負責所有羅克韋爾自動化的工作，并授權其進行實施。因此，項目主管是唯一正式的聯系人。同時，他還負責協調項目團隊的一切活動，包括管理采購授權、控制柜裝配和質量控制，從而保證您的項目能夠準時完工。在項目主管的領導下，該團隊能為您提供各種服務以滿足您不斷變化的需求。工程團隊必須懂得控

4、制能源使用所面臨的挑戰。通過使用我們產品知識、經驗以及應用專家的意見，指定的項目工程師將采用適當的技術、產品以及系統架構來幫助您滿足自動化系統的需求。為什么要管理能源的使用？能源成本在不斷地增加。能源成本將影響到公司的財政，要想降低能源費用就必須采取有效的方式管理能源。作為一名經驗豐富的能源消費者，您想知道使用了多少度電，哪些是主要負載，以及哪個負載消耗了多少電能。同時，也可以通過測定車間電力質量，發現減少設備壽命以及降低公司收益的故障。能源計量能源計量解決方案允許用戶監視、分析以及控制能源使用，從而降低能源的整體使用成本。這些解決方案將能源數據升華為有價值的信息，用于掌握和分析用戶的能源使用

5、情況。能源計量解決方案可以幫助您：* 掌握能源的使用和負載分布，從而為采購和價格協商提供支持；* 確定并調整運行方式和投資項目，從而降低能源成本* 評估節省的費用，保證能源管理持續改進計劃的順利實施* 利用信息技術，開始能源管理計劃* 確定優化需量控制的時機* 驗證電能賬單能源計量提供：* 負載分布：用于測定和記錄來自分布式電源監視器和其它能源儀表在每個電力需用時限的能源使用數據，并將這些數據保存在一個集中的數據庫中。因此，用戶可以立即確定負載系數、最高要求負荷周期，以及與之相關的設備的能耗。通過跟蹤能源消費模式，用戶可以使用歷史數據來校驗費用帳單，協商較好的價格以及確定自動需量管理系統的時機

6、。* 成本分攤：所增加的功能允許用戶將能源成本分攤到每個部門、工序或設備。該系統也可為多種應用生成分析和校驗能源清單以及資費所需的報表，這包括水、壓縮空氣、燃氣、電力以及水蒸汽等多種能源介質。電能及控制我們的電能及控制解決方案致力于幫助客戶利用先進的控制方式，降低成本。它有助于縮短停機時間、降低能源成本、幫助電力系統規劃、提高生產效率以及提供系統性的能源整體視圖。電能及控制解決方案有助于您：* 通過降低峰值需求量來避免超出需要的費用；* 減少電力故障帶來的影響；* 減少公司的功率因素損失；* 減輕不良功率因素或高次諧波帶來的負面影響；* 自動控制現場發電機和輔助系統；* 利用最少的人力資源實現

7、集中控制一個工業電氣分布式系統。電能及控制提供：* 電源質量監視用于測定、顯示、記錄、跟蹤以及報警相關的電源質量參數，例如諧波、電壓偏移以及配電系統的事件、此外，它還用于鑒別電力系統的異常情況。* 電力配電系統監視用于檢測、顯示、記錄、跟蹤以及報警相關信息。例如能流、系統拓撲結構以及設備狀態。配電系統監視為操作員和工程師提供所有設備的電力配電系統的一個集中視圖。* 需量管理以及負荷控制系統用于自動預測下一個時刻需量，從而確保不超過峰值限制。通過卸載負載或將其在花費較少的時間周期使用來控制系統需量。用戶通過組態負載的優先級順序來確定負載的卸載和恢復。* 緊急負載卸載系統用于在電源意外斷開時確保系

8、統的穩定。在設備或發電機損失時它能快速地減少車間負載的總數以保持關鍵過程操作的運行。該系統監視指定的現場負載、電源并建立一個基于穩定狀態條件的“負載卸載表”、瞬間電氣系統拓撲圖、以及用戶定義的優先表。當出現電源損失時，該系統快速地斷開接觸器以維持電氣系統的穩定性。* 功率因素控制通過功率因素校正電容、諧波慮波器以及激勵同步設備（發電機/電容組）來實現配電系統設備的自動控制。該解決方案改進了功率因素并減少了功率因素損失。此外，它也改善了電壓調整并減少電壓凹陷.* 發電機控制系統使用分布式發電、聯供系統、峰值削減、緊急備用發電機，系統支持多種發電機類型，例如蒸汽輪機、燃氣輪機、小型輪機、往復式發動

9、機（柴油機）。該系統通過轉換開關、高壓開關以及保護繼電器來集成發電機的運行，這樣有助于改善發電機操作的啟動和關斷、保證電力供應、電壓和頻率調整以及快速顯示異常狀態。采暖、通風、空調&制冷采暖、通風、空調以及制冷（HVACR）解決方案提供先進的HVACR控制系統，具有更大的靈活性并進一步降低所有者的總成本。該解決方案是HVAC作為關鍵過程控制的工業用戶的理想選擇。參數的準確控制可以滿足嚴格過程處理的要求。控制對象包括空氣調節單元、通風櫥、核心設備以及集中計劃運行控制和監視功能。HVACR解決方案有助于您：* 保持特定的溫度和濕度水平以確保產品的質量；* 控制靜壓以防止污染；* 降低大型空

10、氣處理單元和冷凍機的能源成本；* 保證現有的系統以滿足政府的能源消耗要求* 將專有的控制系統升級成開發的控制系統；* 自動記錄并保存數據。HVACR提供：* 羅克韋爾自動化提供符合規范的樓宇自動化系統（QBAS）解決方案，另外，還可參考符合規范的樓宇管理解決方案（QBMS），該解決方案對空調、通風處理、核心設備以及集中計劃運行控制和監視功能進行了增強。* 環境監測系統（EMS）用于生命科學或氣體調節系統的溫度、壓力、通道狀態、顆粒以及遵從21CFR Part 11條款的監視和報警。* 控制系統的升級與應用項目的專家經驗是羅克韋爾自動化又一特色，可為您提供便利的修改。該解決方案設備系統和工業過程

11、之間的一個接口。這樣可以進一步降低所有者的成本，并為其產品提供更有競爭力的價格。HVAC控制可以由內部員工進行維護，無需為一個簡單的修改而簽訂合同。* 該解決方案可以非常容易進行擴展，并可采用其它先進的控制算法來滿足用戶生產過程過程和設備的具體需要。工廠效能工廠效能解決方案是使能源系統最優化的方法和算法。該解決方案為空氣壓縮機，冷凍機，冷卻塔和鍋爐等多種動力設備提供應用程序，包含安裝服務和第三方設備的交鑰匙解決方案是可以通用的。工廠運行效能解決方案有助于您：* 降低與熱水、冷卻水、蒸汽、壓縮空氣和/或制冷的生產有關的能源成本；* 升級和改進現有的自動或手動控制；* 提高供給制造的動力的連貫性；

12、* 跟蹤工廠核心設備的維護計劃執行情況。工廠運行效能解決方案可提供：* 包含到冷凍機和冷卻塔、泵等相關設備接口的壓縮機和冷凍機控制解決方案。降低能源消耗，減少動力需求和提高整體效率是關鍵利益。此解決方案通過在低水平能源消耗時期確定和減少能源浪費來提高效率。* 燃燒管理&鍋爐控制解決方案負責鍋爐、烘箱、窯爐、熔爐、反應堆、干燥器、處理和加熱器，單一或多個燃燒器，單一或多種燃料等情況下燃燒過程的安全啟動、操作和停止。這些解決方案是燃燒過程相關的安全措施和控制系統。可以提供的服務您只需要致電羅克韋爾自動化電力和能源管理解決方案團隊，就可以獲得我們團隊從能源計量到完整的工廠控制系統成功的項目跟

13、蹤記錄。此外，您可以對您的系統更加放心，它能滿足您的技術要求，使可測量的性能達到最優，并采用面向效果的專家管理方式，負責您的項目準時、并在預算之內完成。1引 言隨著電力工業的飛速發展，電力生產、傳輸、分配和消耗的相互依賴性從來沒有像今天這樣重要。這就為發電廠、供電部門和用電部門提供了重新思考其電力自動化解決方案的機會。羅克韋爾自動化推出的電力/能源管理方案（Power and Energy Management Solutions,以下簡稱PEMS）是采用開放的網絡平臺和大型數據庫的數據采集和監控系統，及信息管理系統和電能計費系統。具有防誤操作互鎖裝置，分布式微機遠方終端裝置，電能采集終端裝置

14、，通信規約轉換器，調制解調器等，能夠完全實現電力負荷管理的自動化。PEMS是一種既適用于電力生產者又適用于電力使用者的優選方案。2基于網絡的拓撲結構及其功能2.1網絡拓撲結構通信是傳送能源管理信息的關鍵，羅克韋爾的PEMS包括現場總線系統的信息層、控制層、設備層三層網絡，實現實時可靠的控制功能，并提供了開放的通信平臺。圖1是典型的PEMS通信結構示意圖。圖中，上層是信息網，硬件主要以連接到以太網上的PLC、PC機或工作站為主，完成能源信息的管理任務；中間是控制網，通過對等通信網絡如ControlNet、DH+網等將PLC、工控機以及各種人機界面連接在一起實現信息交換，用于完成有較高要求的系統控

15、制；底層是設備網或遠程I/O網，用于連接工業現場設備，并通過PLC與上層網絡通信，實現與上層網絡進行信息傳送及對現場設備的控制功能。由圖1可見，PEMS中的所有硬件設備都可以直接連到這個開放的網絡平臺上，實現與網上的計算機、PLC和人機接口等設備的數據通信功能。在PEMS的通信結構中，PLC控制器具有重要作用，它能把幾種不同的工業通信協議集成到一個平臺中，包括主機和遠程SCADA功能。電力監控器也可以通過插入不同的智能通信卡直接連接到這個開放的通信網絡平臺上，其中以太網通信卡還包括一個內置的HTML網頁，供互聯網用戶直接讀取電力監控器采集的數據。圖1 PEMS通信網絡結構示意圖2.2 PEMS

16、功能羅克韋爾自動化提供的PEMS主要功能有：（1）開放網絡平臺PEMS提供的具有開放網絡平臺通信結構的系統，可以充分利用現有的通信網絡，避免增加特殊數據協議及相關聯的成本，而且提供系統擴展和改進的最大靈活性。網絡中各控制器和設備既可以相互通信，又可以完成獨立控制功能。（2）實時電力監測實時監控電力系統參數，通過對電壓、電流、頻率和電力傳輸系統設備（變壓器、發電機、斷路器、轉換開關、冷卻風扇等）狀態的檢測、顯示、記錄、分析趨勢及預警電力系統信息等，為用戶提供快速、精確的電力系統參數和信息，顯示配電系統的功效。（3）負載分析測量和記錄能源的使用情況，以便確定負載系數，識別高峰周期需求與設備運行相關

17、的消耗，并用圖表形式顯示能源消耗方式，將工廠作業與能源使用相結合。（4）成本核算測量和記錄能源使用情況，以便核實各部門、生產過程和整個企業的電費帳單、分析能源費率、從而確定能源花費流向。（5）電能需求管理通過尖峰期或發電機組的控制、負荷聯鎖、負荷卸載、負荷調整等功能，來判斷瞬時需求，在整個需求周期內進行動態需求規劃，實現實時電力使用管理，從而節省電費用量。（6） 供電質量監測通過對影響電能質量的電壓和電流不平衡度、電壓和電流峰值因數、諧波畸變百分比等參數的測量、顯示、記錄趨勢分析和預報警等來識別電力系統的異常現象。（7）緊急卸載此功能可以在突然損失電源的情況下保護系統的穩定性。通過確定系統的拓

18、撲結構，估算損失電源和保留的負載，并在100ms內完成卸載，從而保護重要負載以避免由于意外的電源損失而引起的整個系統的癱瘓。（8）電力系統控制 通過負載調節裝置、發電機、電容器組、過濾機組等來控制系統的電壓、功率因數或諧波等參數，從而保證供電質量。3 系統硬件與軟件羅克韋爾PEMS開放的網絡平臺和強大的監控功能是與其提供的性能卓越的硬件和軟件分不開的。3.1 系統硬件羅克韋爾自動化的PEMS采用標準的硬件和軟件以及嚴格的工程規范，提供一整套專為滿足企業特殊要求而配置的外設系統，可針對用戶的電力和能源管理需求提供不同的解決方案。主要有A-B品牌可編程序控制器（PLC）、電力監控器、變頻器、智能電

19、動機控制器、人機界面產品（HMI）；瑞恩的優質高效感應電動機、變頻電動機；Kate發電機和電力調節裝置等一系列設備。這些設備都已進行了廣泛的自身測試。例如，為了避免由于變頻器和電動機不匹配而產生的斬波，提供了一系列變頻器、電動機和發電機，從而可以準確地按容量選擇，不僅保證了設備的互操作性，也減少了系統的停機時間。在眾多的硬件設備中，PLC和電力監控器是PEMS中控制和檢測的核心部件。A-B品牌的各系列PLC可編程序控制器已廣泛應用于模擬量控制以及傳統的數字量控制中，而且非常容易集成到現有的分布式控制系統中。同樣，基于PLC的SCADA系統能夠對電力傳輸和分配系統提供價格合理的遠程通信及控制。P

20、LC是各個功能層次應用中費用少、效率高和技術上可行的首選設備。羅克韋爾A-B品牌的PowermonitorTM（簡稱PM）和Powermonitor3000TM（簡稱PM3000）電力監控器是一種適合于各種應用場合的電力監測和控制裝置，提供電力管理和電能計費所必需的信息。同時還采用了現場總線和電力監控專用微處理器技術，簡化了輸入裝置，取消了通用儀表，使設備結構緊湊，還可以通過現場總線將電力系統與企業的局域網和以太網互連，以實現電力系統的遠程監控。在監測性能上，PM和PM3000除具有電壓、電流、相序、頻率、功率、功率因數、電能、諧波分析等監測功能外，還有事件記錄、最值記錄、瞬態記錄、故障錄波、

21、事故預報分析、電網質量分析和電能需求管理等功能。四路開關量輸入和兩對繼電器觸點輸出接口，用于檢測和控制電力系統設備的運行狀況。電力監控器還支持20個同步的設定點控制，可以將被測參數與設定點的設定條件進行比較，來判斷數據的狀態，從而實現報警、控制繼電器和觸發其它內部事件的功能。3.2 系統軟件羅克韋爾PEMS的軟件與硬件相互配合有效地解決了電力系統監控和管理的問題。用羅克韋爾的RSPower32、RSEnergy， 或RSView32軟件與RSLinx軟件配合可以在計算機上獲取電力監控系統采集的數據，并對電力系統進行控制。其中RSView是通用上位機組態軟件，RSLinx是通信驅動軟件。RSPo

22、wer和RSEnergy是專為電力監控系統而開發的監控軟件，安裝了該軟件的計算機可以對電力系統中現場的電力設備進行監控，在計算機上就會有電力參數的瀏覽頁、諧波分析頁、故障錄波和事件記錄頁等，可以很方便地用來記錄文件、監測電力系統參數、分析諧波數據、記錄波形參數等。同時監控界面上還提供了對電力監控參數的磁盤保存、打印（包括電壓、電流、功率、諧波、錄波等參數）的功能，這樣就更方便了對一些電力參數的監控和管理。 4 PEMS應用羅克韋爾自動化提供的電力能源管理方案的諸多功能，完全有能力實現企業內部電網的自動平衡、自動監控，運轉負荷的前期預測和控制，是企業節能開源的優選方案，在世界范圍內得到了廣泛的應

23、用。圖2 RTI新的電力管理系統控制結構圖例如:美國一家生產優質鋼材企業Republic Technologies International公司(以下簡稱RTI)在俄亥俄州坎頓市的工廠，原來的電力控制系統可靠性差，而且過分保守的需求控制算法，使每月的電能費用占運營費用相當大的比例，在很大程度上影響了生產力。羅克韋爾自動化為該廠提供的新的基于PLC-5控制結構的解決方案如圖2所示，系統中除PLC-5控制器外，包括PMII電力監控器，通過光纜連接的遠程I/O 網（RIO）和數個分布在工廠各區的操作員站。在該方案中，控制器采用一對帶備用通信模塊的冗余PLC-5處理器，連接到現有的工廠級控制以太網上

24、，安裝在高爐上的遠程I/O（RIO）控制節點通過一個冗余光纖回路與PLC-5/40E處理器通信。安裝在工廠電力網上的PM電力監控器作為PLC-5/40E的遠程I/O節點，通過PLC向工作站提供電能質量數據。系統中還提供了4個專門的操作員站，其中包括一個主站，一個備用工作站和一個位于2號高爐的撥號服務器，還有一個專門的操作員終端安裝在爐工工作室，控制室還添加了一個集成參數匯總界面。在工廠的不同地方都能監控系統的運行狀況。RTI新的高爐供電控制方案每隔5秒鐘預測一次工廠電力網和高爐的能源用量，系統的算法高度精確，將能源消耗控制在設定范圍內，還具有可實時實地對電力購買做出反應的功能。控制系統中的電力

25、監控器與監控軟件配合提供具體的電源質量信息，如電壓、電流、功率因數、諧波畸變等，還能跟蹤并預警圖表記錄器很難確定的瞬時電壓偏移；可自動生成一系列表格式和圖形式的報表，包括日報表、周和月需求提要表和能源使用表等；提供4級報警，其中一些報警與電力公司的計量表和需求時限有關，對特定的嚴重報警可激活自動尋呼功能，其他的報警不會發出尋呼，但是所有的報警都會出現在報警匯總中并被記錄下來。系統配置靈活，可隨時添加節點來滿足用戶更高的要求。RTI新的電力能源管理系統的運行降低了每個高爐運行成本，提高了產量，改善了電壓調整和功率因數。通過更好地使用現有的電容組，減少了電壓降低現象的出現；通過更嚴格的控制，改善了能源的使用情況，從而大大地降低了電力使用成本，并快速收回投資，還能在未來的使用中繼續幫助RTI節省更多的成本。羅克韋爾自動化的PEMS在我國電力生產、傳輸和使用部門也有很多成功的應用案例，如山東黃島發電廠、煙臺電業局配網自動化系統、江西銅業公司供電系統等。其中，江西銅業公司德興銅礦的供電系統具有負載點多、分布面廣、供電網成放射狀分布等特點，而且，礦山大量的電力負荷為感性負荷，現有人工投入電力電容器的無功補償措施，無法對電網功率進行跟蹤補償，有時還出現過補償現象，造成大量的能源