组态王在能源管理系统中的研究与应用（组态王在能源管理系统中的研究与应用）

组态王在能源管理系统中的研究与应用（组态王在能源管理系统中的研究与应用）组态王软件网络结构如图1所示。2.1 软件网络结构组态王软件包由工程管理器（组态王）、工程浏览器、画面运行系统、信息窗口等四部分组成。其中，工程管理器用于新建工程和管理工程；工程浏览器用于对画面制作系统中已设计完成的图形画面、命令语言、设备驱动程序、各种报表等工程资源进行集中管理；画面运行系统是组态王软件的实时运行环境；信息窗口是一个独立的Windows应用程序，用来记录、显示组态王开发和运行系统在运行时的状态信息。2 系统需求能源管理系统首先要采集现场仪表的相关参数，计算机再对现场采集的仪表参数进行分析，并作出相应表格。

0 引言

目前，精细化工行业通过控制能源消耗来大幅度降低产品生产成本，通常采用能源管理系统实时监测水、电、汽等各种能源消耗，即时掌握各种能源的使用情况及终端运行情况，从而方便企业进行能源的系统性分析，挖掘节能空间。另外，通过能源管理系统公示日报表、月报表和年报表的同比、环比、能耗等，可提高各使用部门的节能意识，让企业真正实现节约、低碳的发展模式，提高企业在市场中的竞争力。

1 组态王软件的功能介绍

组态王软件是用于在上位机上实现监控的一种智能化软件，操作简便、直观。其采用PC机开发的系统工程，与以往使用专用机开发的工业控制系统相比，更具通用性，大大减少了工控软件开发者的重复性工作，并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发。

组态王软件包由工程管理器（组态王）、工程浏览器、画面运行系统、信息窗口等四部分组成。其中，工程管理器用于新建工程和管理工程；工程浏览器用于对画面制作系统中已设计完成的图形画面、命令语言、设备驱动程序、各种报表等工程资源进行集中管理；画面运行系统是组态王软件的实时运行环境；信息窗口是一个独立的Windows应用程序，用来记录、显示组态王开发和运行系统在运行时的状态信息。

2 系统需求

能源管理系统首先要采集现场仪表的相关参数，计算机再对现场采集的仪表参数进行分析，并作出相应表格。

2.1 软件网络结构

组态王软件网络结构如图1所示。

2.2 数据采集点

数据采集点所采集的主要参数有：三相电压、三相电流、有功电能、蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽瞬时流量、蒸汽累计流量等。

2.3 系统硬件配置

能源管理系统的硬件配置有：PC机、Win11系统、组态王6.55授权、Web网络发布授权、PC机双网口（用于网络发布与数据交换）、MOXA M3480标准Modbus网关以及Modbus标准电缆。

3 系统设计

3.1 硬件组态

能源管理系统的硬件组态如图2所示。

3.2 通信的实现

组态王软件支持串口通信、数据采集板通信、DDC通信、人机界面通信卡通信、网络模块通信5种通信方式，只需要按照设备安装向导的提示即可完成设备配置工作。

其中，网络模块通信方式的I/O设备，通过RS232（RS485）串行通信电缆连接到网络模块，再经过模块转换成TCP/IP形式连接到“组态王PC机”网口，系统中用于电能采集的智能仪表PD194Z即采用这种方式实现通信。利用设备配置向导，可完成网络模块通信方式的I/O设备安装，主要包括设备选择、设备名称、选择通信方式、设备地址、设备参数。

首先，配置组态王软件中的硬件组态，在工程浏览器中点开

设备→COM端口→新建设备

（如××车间电能仪表）

→PLC→莫迪康→Modbus TCP

→设备地址192.168.0.63××（××为仪表地址）。

然后，对MGate M3480设备硬件进行配置，将电脑网段与MGate M3480的网段设置为同一网段，利用MOXA公司的MGateManager.exe软件对MGate M3480进行组态。最后，打开软件点击

搜索→双击搜索出的设备→配置→

4个COM端口的波特率、地址数量

→电能仪表的地址、波特率→蒸汽仪表的地址、波特率。

3.3 画面制作

画面制作利用组态王提供的丰富的绘图工具以及图库提供的模型，加上程序设计的配合，可以使监控画面很好地模拟现场实际。同时，把需要监控的变量显示在画面上。

系统主要制作的画面有：电力分配图、蒸汽分配图（图3）、负荷曲线图、系统整体结构图以及需要监视的各种监视信号画面。

4 软件主要功能

4.1 报警功能

在数据词典中，需要预先定义在画面上显示的报警参数。对于模拟量，当系统中的某些参数值超过了所规定的界限时，系统会自动产生相应的警告信息，表明该参数值已经超限。目前，我公司的能源管理系统只对配电系统开闸、合闸的开关量进行了配置，根据开关的状态设置报警功能。

4.2 报表功能

4.2.1 实时报表

根据需要，系统将所有电表的有功电能显示于实时报表中，方便查看。利用实时报表功能，可以在监控画面上即时反映各个数据量的变化情况。预先将需要显示的电表数据量按一定方式分类，设置报表的行列数，在每行需要显示的位置做动画链接即可实现实时报表功能。

4.2.2 日报表

日报表（图4）是记录系统每个小时的数据，系统的编辑函数将每小时生成的数据填入相应的表格中，报表上的每一个字段都对应相应的内存变量。在日报表画面上建立输入按钮和查询按钮，通过应用程序连接，只要输入日期，点击查询按钮，就可从相应的画面中查看对应时间的日报表，并且将数据以EXCEL文件形式进行保存。

4.2.3 月报表

月报表（图5）是记录系统一个月每天的能源使用量。因此，可以利用编辑函数对日报表数据进行增减，算出一天能源的使用量，将算出的数据填入月报表中。同样，在画面上设置输入日期和查询按钮，通过应用程序连接，只要输入日期，点击查询按钮，就可从相应的画面中查看对应时间的月报表，并且将数据以EXCEL文件形式进行保存。

4.2.4 年报表

年报表（图6）是记录系统一年中每月的能源使用量，可以利用编辑函数对月报表数据进行增减，算出一个月能源的使用量，将算出的数据填入年报表中。

4.3 曲线功能

4.3.1 实时曲线

实时曲线（图7）用于反映信号变化的情况，在画面运行时，实时曲线对象由系统自动更新，数据将从右边进入，同时变化趋势从右向左移动显示。

在组态王开发的系统制作画面中，点击工具箱中的“画实时曲线”按钮，即可完成实时曲线记录任务。

4.3.2 历史曲线

历史曲线（图8）可用于查询以前系统的工作状态，以便于能源分析。组态王图库中有完整的历史趋势曲线图片，对其进行移动、缩放，并通过定义属性、填充属性、调整跨度、转动百分比，来界定曲线具体形式，必须在程序中定义曲线的数据变量，此功能实现了历史状态的曲线再现。

5 安全设置

通过组态王软件中的用户配置，可以将工作人员分为几种级别，例如，系统管理员、普通操作人员和一般人员。每个级别对应不同的用户名和用户口令，不同级别所赋予的操作权限和安全区不同，小于此权限或不在安全区范围内的人员不得随意操作系统。

6 网络发布

通过组态王Web发布IE浏览客户端，可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE客户端与Web服务器保持高效的数据同步，通过网络可以在任何地方查看Web服务器上相应的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，方便各车间对能源计量进行分析，减轻了车间能源计量员的工作量，提高了工作效率。

7 结语

我公司将这套监控系统应用于扬子江公用工程各动力中心，可以对公司整体和局部的能源使用情况进行监视，实现对能源的集中监控，能源计量员可通过登录IE网站对公司能源进行分析，提高工作效率。同时，发生异常情况时，操作人员只需要通过画面切换就可以监视到电力与能源异常的时间段。

[参考文献]

[1] 王立，熊秋云，李娜，等.基于组态王的监控系统应用研究[J].微计算机信息，2008，24（4）：117-118.

[2] 北京亚控科技发展有限公司.组态王Version6.5用户手册[Z].

能源管理系统已经发展了很多年了，很多相关的配套产品已经由定制化趋于标准化，那么能源管理系统是否有价格便宜些的，通用性比较强的产品呢？这类产品由该具备什么样的功能特性呢？

市场的成熟度增高，需求的激增，都使原有的市场产品趋于成熟和稳定。目前国内一些主要的系统产品厂家的能源管理系统基本可以满足市场80%的用户需求，剩下的20%的需求根据行业或用户类型的不同会提出一些个性化的监测分析方案和管理规则。这就驱动了能源管理系统产品的标准化进程，产品的标准化需要从多个方面去考虑：

1、硬件产品的广泛应用性：

对于电能的采集设备而言，类型非常多。安装方式有：导轨式、面板式；应用领域区分有：计量专用的国网电表、配电柜监测的电力仪表；通讯方式有：RS485通讯电表、4G电表、WiFi电表、LoRo电表等等多种；产品功能上区分有：只监测电压或电流的电表、主要用于电费计量的电表、用途宽泛的全电量监测的电表、新能源专用的双电源电表、电能质量分析仪表等等。

从能源管理角度而言，需要考虑已安装、功能全面、通讯方便等几个方面，那么4G型的全电量监测导轨表就成为了比较可行的标准化产品方案。4G电表与服务器直连，跳过网关类设备，可以大大的降低硬件产品的复杂度和硬件成本造价。

2、联网方式的简单化

常见的物联网通讯方式为485总线通过屏蔽双绞线（有线）或者LoRo（无线）的方式接入通讯管理机或网关，然后在通过RJ45（有线，以太网接口）或4G（无线）的方式接入云端或本地端的服务器，实现采集设备到应用服务器之间的数据连接。

由于关键联网通讯设备：网关或者说通讯管理机的调试复杂性，需要专业的人员通过专用的客户端程序进行联网配置和调试。且操作较为复杂。而且不同的通讯管理机是很难实现信息的直接通讯的，通讯管理机的内置上传协议往往存在无法避免的壁垒存在，这就更限制了此类产品的通用性。以上种种说明传统的通讯联网方式是不利于产品标准化的。

4G的通讯方式，采用MQTT标准协议，可以跳过网关类设备（如：通信管理机或智能网关），实现采集设备与服务器的直连，设备可以完全实现用户免调试（出厂前完成调试）接入能源管理系统服务器。甚至可以采集设备到服务器的上电即联网的效果。

3、系统平台功能的实用性

数据采集频次，传统的网关类产品的通讯方式可以做到5s以内（由于总线的通讯方式，采集设备的数据上传是以轮巡的方式实现的，过高的采集频次会限制单个总线的接入设备数量）的采集频次。如果对于数据实施性要求比较高，对数据的稳定向要求非常高的用户，建议仍采用传统的通过网关的有线联网方式。

但对于大多数用户而言，对这方面的要求并没那么高，主要是以能源数据统计和能耗数据分析为主，分钟级的采集频次已经足以满足需求，那么4G的联网通讯方式是完全可以满足的。

平台的功能上，用户可能用到的基本功能为：电流、电压的日变化曲线，负荷变化曲线，用电量统计报表。稍复杂些的功能：电能质量监测，用能排名，设备报警，用能数据分时段对比分析，单机能耗、设备运行分析等。高级功能：API接口服务、工业电费分析及建议，用能评估，趋势预测，用能分析报告等。

4、系统方案的经济性

能源管理系统的建设目的是为了降本增效、节能管理，那么建设能源管理系统是否也应该去考虑降低建设成本的因素呢？能源管理系统的成本构成在这几个方面：硬件成本（采集设备、网关、服务器、辅材）、施工成本（布线、联调、软件配置实施）、软件成本（研发成本）、维护成本（服务器维护、数据库维护、安全维护），基本上每一方面都是非常必要且重要的。