圖1：能源管理系統軟件可以提供一個如摘錄所示的信息總覽界面，此界面是由Tom Rybarczyk 基于ABB Power Rich system 開發。
由于電力服務在質量、可靠性和診斷方法等方面迫切需要改進，因此Merck公司在位于新澤西洲Rahway的研發生產工廠內投資建設了一套電力管理系統。作為美國國家環保局年度能源合作伙伴，Merck公司計劃到2008年底減少25%的能源消耗。而Merck公司已經感受到采用電力管理系統帶來的諸多好處。
■ 通過消除預定的閑置監控節省技術員的時間。
■ 數據自動采集系統不但節約了時間，而且還能防止數據輸入的錯誤。
■ 大型設備試車時間從以前的4或5天縮減到2天。
■ 小型設備更容易安裝。
■ 由于信息實時性提高，發現并檢修故障的效率大大提高，因此設備的維護及停機時間也得以縮短。
這些才剛剛開始。
“我們目前并沒有利用系統全部的信息使其滿負荷運作。”Merck制造業計算機系統高級自動控制工程師Dan Fabiani說：“我們已經開始對預期負載和消耗進行預算，將節省下的來的能源存儲起來，以便再
次利用。”
良好的連接性能
這個計劃早在六年前就由一家制藥公司啟動，該公司成立于1891年。
隨著世界各國對于能源問題越來越關注，能源監管的好處現在愈加體現出來了，越來越多的設備采用3000型電力管理系統，操作現場的管理控制與數據采集功能更新換代以配合電力管理系統的使用。Merck公司選擇的數據采集和監視控制系統工具是ABB公司的Power Rich System，并且結合了OSIsoft的PI系統。Fabiani是整個系統的負責人，管理著能源監管系統和設備電源集散控制系統。
Fabiani稱這種能量監管系統能可以同時監測100個以上的綜合建筑群的電力系統。大約550臺設備可以連接到兩臺冗余服務器上，通常大約可以安裝200,000個I/O點，。如果有需要的話還可以擴展更多的點，可以連接制造生產設備，研究設備，辦公樓設備，倉庫設備，電站設備等。站點當前的能源需求來自（生產）現場的研究、制造和管理辦公（設備），而這些需求由現場蒸汽機組、公用電力設備和Merck自己的發電設備予以滿足。在所有生產過程中，Merck公司盡力滿足常規需求，同時確保遵循現行良好生產規范（cGMPs）。
供與求
很多電力公司建議他們的客戶在用電高峰期節約用電。比起去現貨市場購買電力，公司這種做法要合算的多。類似Merck公司的設備能夠對能源使用進行精確監管，使（工廠）與電力公司簽訂最合理的能源（使用）合同，Fabiani說。這種技術同時也能讓（生產）現場通報主管處是否需要或何時需要在用電高峰期進行讓電。如道渣更換、動景拍攝照明、高效發動機及其它省電措施同樣被首先運用于最需要的地方。
隨著引入的雙重26.4kV環路總線讓負載電壓提高至480V，電力管理系統會不斷地與連接設備進行通訊，搜集能量信息，如有功功率、視在功率、無功功率，功率因數，電壓、電流，波形等。所有的設備保護和監測信息都能在服務器和操作人員的控制臺上顯示，而一旦出現緊急情況或者有故障發生，系統會自動向管理人員報警。
圖2：ABB公司的Power Rich system 系統能直觀地看到系統設備連接的概況。
圖3：點擊一個設備后會顯示由Power Rich系統監控的附加信息，比如電流，電壓，功率和這臺GE Multilin 功率品質表的相關需求。 功率源除了26.4kV的線饋電壓以外，還包括2個5MW的發電機，1個10MW的發電機和4個250kW的微型渦輪。這些發電機不足以供給整個現場所需的能量，但足夠在電力中斷時繼續保持蒸氣生產在線工作。
2005年底，Merck公司在Rahway現場建筑的屋頂上安裝了新的發電設備（包括Fabiani辦公室所在的28號樓），裝置包括了一個500kW的屋頂太陽能發電機。此外，在過去的4年中，Fabiani所在的樓使用了一個200kW的氫燃料電源，基本上電力方面已經可以自給自足，同時并不產生任何污染氣體。 技術總結：能源管理
最終用戶的較早介入可以在以后的項目過程當中節省時間，對于任何項目都是如此。
“Merck是為數很少的、愿意在設計階段就介入項目的用戶之一，這種作法使得項目調試更加容易，”ABB公司的Geoffrey Patton說道，他是Merck公司項目Power Rich系統的設計者以及通訊和項目工程師。
Merck項目用到了下列特點：
■ 采用一張安裝CD來提供系統升級，通過電話來提供升級幫助。
■ 可以使用各種第三方軟件工具通過網絡傳送本地更新。
■ 安全取決于使用標準微軟程序安裝的系統。
■ 畫面顯示
帶有標準的置頂功能欄，里邊包含有諸如返回上一頁的按鈕、幫助按鈕、回家按鈕、登錄/退出按鈕、報警按鈕、時間按鈕、日期按鈕和其它功能。
■ Merck項目采用了Modbus或者以太網通訊，而且系統連接了超過250個通訊協議。其中包括ActiveX集成、OPC設備以及PLCs。
■ 系統具備多重設備目標庫來簡化安裝。
■ 規模可變架構具備冗余能力，可以很方便的進行擴展。
■ 根據組態和網絡組態的不同，操作員畫面可以在不到2秒鐘的時間內刷新。
■ Lake Mary，FL.的ABB Power T&D Co. Inc.公司為系統提供支持。 Power Rich系統持續不斷地在多道程序的操作中進行監控和管理。其中有些已經用于集散控制系統（DCS）的監控，不過由于價格更低，更多的還是用在能量管理系統中。最近還首次應用在無線I/O點連接的分站中，Fabiani說。Merck的IT技術人員還補充說明，使用Cisco公司的無線網橋連接分站，組建網絡，可以避免因為鋪設光纖而提高成本。其它增加的設備還有用于公司制造和研究用的5kV的冷卻器，以及2座冷卻塔，這些設備皆可用于生產制造、產品
研發中。
Fabiani評價說：“我們過去五年多的現場實際應用中，Power Rich系統一直非常可靠”。
Merck公司Rahway分部負責儀器使用和自動控制方面的高級電子工程師Stephanie Chapman認為系統的通過系統監控功能指派技術人員去排除故障，而不僅僅只去檢查系統工作狀態，然后再搜集信息，她說：“我們覺得我們可以通過避免使用人工檢查來提高系統的可靠性。系統可以消除錯誤，避免因人工抄寫數字帶來的失誤，并可以最大限度地利用員工的時間。監控系統使我們能夠精確地搜集數據。能量品質也隨著系統可靠性和自診斷性能的提高而提高。”
作為系統的終端用戶，Stephanie Chapman監控著很多設備，這些設備有著不同的制造商設備使用壽命長短不一，其中有GE Multilin F60，745和489繼電器以及功率品質表，ABB發電保護單元（GPU）繼電器，還有Sixnet模塊等。
裝置多樣性
服務器主顯示屏顯示了所有被監控的電力分站和其負載的信息，計算系統每臺設備和每個部門的功率消耗及其它能量參數。地位級圖顯示屏在最高層面顯示各個受到監控的設備，點擊其中某一個，就能得到更詳盡的信息。所有資源在活動狀態下報警將顯示黃色（通過觀察地位級圖顯示屏進行監控）。
在最開始的兩年中，系統采用兩線供電將多數的中低壓分站及其設備按照環路總線的結構進行連接，并且在現場進行測試。一些繼電器因為壽命問題已經被替換。那些在設計上有細微差別的分站是在不同時間組建的，但是除了饋電線的數目外安裝全相同。
該系統的目的是對電力的進一步監控，不但可用于內部的一些點，還可以明晰一個部門某個過程的能耗情況。這些數據的測量能夠縮減以后的能源使用。
在控制室和監管辦公室中，主服務器和備份服務器從各個位置搜集信息，并通過4個額外的客戶端PC進行補充。通過這樣的監控，可以幫助生產線排除故障，檢查哪個設備離線或者掉電，并且確定輸電線路是否有故障。Chapman還暗示，這樣還有一個好處，可以通過研究試驗避免像以往一樣增加從生產線到質量管理停工期，否則無計劃的供斷和混亂可能導致重新返工。
在任何的研究和開發中都必定會依靠實驗，這樣因電力、加熱、冷卻的而帶來的供斷期會花費幾小時、幾周、幾個月來彌補，延誤了產品開發的時間。
更簡單的試車
通常，當一個工廠購進新的設備并進行安裝前，會在生產廠商那里進行現場驗收測試。但據Chapman介紹說，當設備運到Merck公司時還會再測試一次，他們會按照Merck自己的接線標準重新連接，并做另外的試驗。她補充說：“我們把設備實際工作時Power Rich系統的顯示情況與說明書的描述作比較，這將會使得試車變得更容易，我們最近安裝的冷卻塔和低壓分站正是這樣做的。”
安裝之后，最后的測試工作將會從以前的4到5天縮減到2天，因為設備的信息和其診斷結果已經存入了能量監控系統。Fabiani補充說：“由于整個體系的路線已經鋪設好了，我們只需要將新設備與網絡連接起來。那正體現了系統強大遠程I/O能力的魅力。”
發展
Chapman說，隨著在這兩年中大部分設備逐步連接到系統中，重點已經從電力監控轉移到全面能耗狀況上。就在最近，Merck公司將冷卻系統和冷卻器的附加信息也集合到了一起，比如水的流量和溫度，這樣可以確保整個系統的可靠（運行）。 管理能源的好辦法
由于能源的價格據高不下，現在看起來是寫一本關于能源管理系統的書的好機會，工業顧問Bill Lydon說道。他計劃以每個月一章的速度寫作，讀者可以通過ISA Books www.isa.org/books）了解這本書的內容。他預計會在2007年秋天完成這本書。雖然直到那時大家才能夠了解這本書的全貌，不過他現在已經提出了一些建議。
■ 控制人員需要在不影響生產的情況下從能源花費的角度對過程進行監視。Lydon說：在許多案例當中，這個要求甚至可以通過現有的控制系統得到滿足，如果這個控制系統正好處在需要監視的區域。
■ 如果已經存在一套自動化系統，能源管理所需要的數據有可能已經存在于系統當中了。剩下來的事就是看你怎樣使用這些收集到的數據了。
■ 研究能源被花費到了哪些方面，并且使輸入的能源滿足生產的需要。
■ 將能源費用計算到單位生產成本。
■ 尋找方法來優化能源結構。“例如：如果一個過程需要熱的油，你能不能以一種替代模式預先把溫度降低到剛好符合要求的程度？”Lydon作為一個例子問道。
“目前在能源系統優化方面沒有作多少工作，”Lydon補充道。“我認為很快我們就可以看到許多這類優化項目出現。” 大多數設
備會自動地運行并且接受遠程監控，控制屏上的黃色代表警報。點擊設備會顯示關于報警的具體細節以及與此相關的設備。Chapman舉例說，在極熱的夏天，某個控制柜過熱，出問題的地方他們很快會找到，并能迅速確定到底是具體哪一部分出了問題，如果是冷凝器出了問題就會被立即更換掉。
Fabiani說，當出現報警時，技術人員會去查看并將對應設備轉換為手動模式進行故障排除。為了更好地運用Power Rich system系統，Merck公司需要建立一套完整的相關規程。
燃料電池技術
在Merck公司未來能量管理計劃中，有一項是一個200kW的燃料電池。據說這是第一個有如此舉動的美國公司，在2002年10月，Merck UTC燃料電池于Rahway現場正式建成，占地210英畝。燃料電池產生的電能相當于100個普通家庭的用電量。
圖4：Merck Rahway 的設備中，類似微型渦輪機這種由公用電力（設
備）與現場發電機共同供電的負載裝置都處于監控之中。
這個計劃是新澤西清潔能源計劃中的第一個燃料電池計劃，它有效地降低了安裝新的采用交替技術發電設備所帶來的高成本。同時，美國防治氣候變化計劃也為此項目的啟動提供了投資。燃料電池目前的成本是每千瓦$1,600到$4,500。而石化燃料發電機每千瓦僅花費$35。
“我們整天一直運轉，很多用來試驗的材料都需要冷藏，所以一種持續的可靠的電力供應（基本沒有儲運損耗）對我們的運行非常重要，”前Merck Rahway工廠經理，現任Merck下屬工廠高級科學技術副主席Lawrence Naldi如此說。
圖5：Merck 公司Rahway 分部高級電子工程師Stephanie Chapman說：“我們覺得通過避免采取手動檢查，我們的現場可以變得更加可靠和穩定。系統可以減少錯誤，避免手工錄入數據的過程中出錯的可能性。
圖6：Merck公司在2002年安裝了一臺燃料
電池發電機組，據說這是美國第一個安裝
這種電池發電機的美國公司。 與電池相似，燃料電池組在電化過程中將氫和氧轉化為電能，熱能和水。由于沒有直接燃燒，所以整個過程并無光和熱的耗散。因此氫燃料電池組（典型的是從天然氣中獲取的氫）的工作效率比內燃機高，從同樣數量的燃料中萃取的能量也更多。在這個過程中浪費的熱量能夠回收并用到其它地方，使（電池使用）效率更高。傳統的發電系統每發1000kW的電會產生25磅污染物質，而UTC的燃料電池所產生的污染物質只有1盎司。 其它能源管理系統也可以節省時間、能源
根據MGE UPS Systems公司的觀點，能源管理軟件可以為工廠管理者提供快速和方便的控制手段對網絡化的不間斷電源系統、中距離以太網供電系統（PoE）、架裝監視系統、電源分配單元（PDUs）和其它網絡化的電源組件進行控制。
這種系統可以使用任何具備標準web瀏覽器的計算機通過internet進行接入，可以顯示網絡化電源系統的實時監視畫面，并且確保以較低的費用實現大范圍、高質量的電源保護。該公司聲稱。
MGE公司的Enterprise Power Manager軟件的V2版本能夠對任何供應商的設備進行掃描，只要該設備支持標準UPS的管理信息庫（MIB）就可以了。
通過其彩色編碼的顯示畫面，管理員可以激活先進的功能，例如自動關閉無人值守的服務器、自動重啟以及為系統操作制定時間表。這個軟件可以與復雜的三相電源系統一起工作，可以勾畫出任何類型的電源架構，能夠實現多種等級的冗余，還可以在圖形化的用戶界面上看到實際的電源流動。
在奶制品處理廠，由于在過去的幾年當中天然氣的價格上漲了一倍，能源成本已經占了生產成本的40%，Vigillstics公司介紹說。該公司為奶制品行業和食品加工行業服務，為他們提供實時操作和信息軟件。
除了降低奶制品損耗和產品生產過程跟蹤及追溯功能以外，該公司提供給奶制品工廠的能源使用情況分析軟件還可以顯示不同生產階段的單位能源消耗：例如蒸發器、干燥器、鍋爐、冷凍設備和巴氏殺菌過程等。
“對于一家奶制品工廠而言，幾個月里面節省的能源就可以抵消支付給Vigillstics公司購買Enterprise Power Manager軟件的費用，”Vigillstics公司的運行分析總監Ron Huffman說道。 Merck在Rahway的能源經理Vincent Gates認為這種燃料電池是一種充分可靠的技術，具有很大的潛力。Gates說：“我們幾乎忘了石化燃料始終是有限的。”更高的效率能使這些有限的資源得到更好的應用。UTC能量，一種聯合技術的輔助技術，目前提供PureCell 200，可以產生200kW的電能和每小時925,000Btu以上的熱能。
Chapman說，在2007年，Merck公司位于Rahway的分公司將會經歷一系列變動，將生產線遷移到其它位置并啟動新的進程。事實證明，能量監控和故障診斷對于新設備的試車非常有用，尤其是在這種遷移的情況下。 |
