图1：能源管理系统软件可以提供一个如摘录所示的信息总览界面，此界面是由Tom Rybarczyk 基于ABB Power Rich system 开发。
由于电力服务在质量、可靠性和诊断方法等方面迫切需要改进，因此Merck公司在位于新泽西洲Rahway的研发生产工厂内投资建设了一套电力管理系统。作为美国国家环保局年度能源合作伙伴，Merck公司计划到2008年底减少25%的能源消耗。而Merck公司已经感受到采用电力管理系统带来的诸多好处。
■ 通过消除预定的闲置监控节省技术员的时间。
■ 数据自动采集系统不但节约了时间，而且还能防止数据输入的错误。
■ 大型设备试车时间从以前的4或5天缩减到2天。
■ 小型设备更容易安装。
■ 由于信息实时性提高，发现并检修故障的效率大大提高，因此设备的维护及停机时间也得以缩短。
这些才刚刚开始。
“我们目前并没有利用系统全部的信息使其满负荷运作。”Merck制造业计算机系统高级自动控制工程师Dan Fabiani说：“我们已经开始对预期负载和消耗进行预算，将节省下的来的能源存储起来，以便再
次利用。”
良好的连接性能
这个计划早在六年前就由一家制药公司启动，该公司成立于1891年。
随着世界各国对于能源问题越来越关注，能源监管的好处现在愈加体现出来了，越来越多的设备采用3000型电力管理系统，操作现场的管理控制与数据采集功能更新换代以配合电力管理系统的使用。Merck公司选择的数据采集和监视控制系统工具是ABB公司的Power Rich System，并且结合了OSIsoft的PI系统。Fabiani是整个系统的负责人，管理着能源监管系统和设备电源集散控制系统。
Fabiani称这种能量监管系统能可以同时监测100个以上的综合建筑群的电力系统。大约550台设备可以连接到两台冗余服务器上，通常大约可以安装200,000个I/O点，。如果有需要的话还可以扩展更多的点，可以连接制造生产设备，研究设备，办公楼设备，仓库设备，电站设备等。站点当前的能源需求来自（生产）现场的研究、制造和管理办公（设备），而这些需求由现场蒸汽机组、公用电力设备和Merck自己的发电设备予以满足。在所有生产过程中，Merck公司尽力满足常规需求，同时确保遵循现行良好生产规范（cGMPs）。
供与求
很多电力公司建议他们的客户在用电高峰期节约用电。比起去现货市场购买电力，公司这种做法要合算的多。类似Merck公司的设备能够对能源使用进行精确监管，使（工厂）与电力公司签订最合理的能源（使用）合同，Fabiani说。这种技术同时也能让（生产）现场通报主管处是否需要或何时需要在用电高峰期进行让电。如道渣更换、动景拍摄照明、高效发动机及其它省电措施同样被首先运用于最需要的地方。
随着引入的双重26.4kV环路总线让负载电压提高至480V，电力管理系统会不断地与连接设备进行通讯，搜集能量信息，如有功功率、视在功率、无功功率，功率因数，电压、电流，波形等。所有的设备保护和监测信息都能在服务器和操作人员的控制台上显示，而一旦出现紧急情况或者有故障发生，系统会自动向管理人员报警。
图2：ABB公司的Power Rich system 系统能直观地看到系统设备连接的概况。
图3：点击一个设备后会显示由Power Rich系统监控的附加信息，比如电流，电压，功率和这台GE Multilin 功率品质表的相关需求。
功率源除了26.4kV的线馈电压以外，还包括2个5MW的发电机，1个10MW的发电机和4个250kW的微型涡轮。这些发电机不足以供给整个现场所需的能量，但足够在电力中断时继续保持蒸气生产在线工作。
2005年底，Merck公司在Rahway现场建筑的屋顶上安装了新的发电设备（包括Fabiani办公室所在的28号楼），装置包括了一个500kW的屋顶太阳能发电机。此外，在过去的4年中，Fabiani所在的楼使用了一个200kW的氢燃料电源，基本上电力方面已经可以自给自足，同时并不产生任何污染气体。
技术总结：能源管理
最终用户的较早介入可以在以后的项目过程当中节省时间，对于任何项目都是如此。
“Merck是为数很少的、愿意在设计阶段就介入项目的用户之一，这种作法使得项目调试更加容易，”ABB公司的Geoffrey Patton说道，他是Merck公司项目Power Rich系统的设计者以及通讯和项目工程师。
Merck项目用到了下列特点：
■ 采用一张安装CD来提供系统升级，通过电话来提供升级帮助。
■ 可以使用各种第三方软件工具通过网络传送本地更新。
■ 安全取决于使用标准微软程序安装的系统。
■ 画面显示
带有标准的置顶功能栏，里边包含有诸如返回上一页的按钮、帮助按钮、回家按钮、登录/退出按钮、报警按钮、时间按钮、日期按钮和其它功能。
■ Merck项目采用了Modbus或者以太网通讯，而且系统连接了超过250个通讯协议。其中包括ActiveX集成、OPC设备以及PLCs。
■ 系统具备多重设备目标库来简化安装。
■ 规模可变架构具备冗余能力，可以很方便的进行扩展。
■ 根据组态和网络组态的不同，操作员画面可以在不到2秒钟的时间内刷新。
■ Lake Mary，FL.的ABB Power T&D Co. Inc.公司为系统提供支持。
Power Rich系统持续不断地在多道程序的操作中进行监控和管理。其中有些已经用于集散控制系统（DCS）的监控，不过由于价格更低，更多的还是用在能量管理系统中。最近还首次应用在无线I/O点连接的分站中，Fabiani说。Merck的IT技术人员还补充说明，使用Cisco公司的无线网桥连接分站，组建网络，可以避免因为铺设光纤而提高成本。其它增加的设备还有用于公司制造和研究用的5kV的冷却器，以及2座冷却塔，这些设备皆可用于生产制造、产品
研发中。
Fabiani评价说：“我们过去五年多的现场实际应用中，Power Rich系统一直非常可靠”。
Merck公司Rahway分部负责仪器使用和自动控制方面的高级电子工程师Stephanie Chapman认为系统的通过系统监控功能指派技术人员去排除故障，而不仅仅只去检查系统工作状态，然后再搜集信息，她说：“我们觉得我们可以通过避免使用人工检查来提高系统的可靠性。系统可以消除错误，避免因人工抄写数字带来的失误，并可以最大限度地利用员工的时间。监控系统使我们能够精确地搜集数据。能量品质也随着系统可靠性和自诊断性能的提高而提高。”
作为系统的终端用户，Stephanie Chapman监控着很多设备，这些设备有着不同的制造商设备使用寿命长短不一，其中有GE Multilin F60，745和489继电器以及功率品质表，ABB发电保护单元（GPU）继电器，还有Sixnet模块等。
装置多样性
服务器主显示屏显示了所有被监控的电力分站和其负载的信息，计算系统每台设备和每个部门的功率消耗及其它能量参数。地位级图显示屏在最高层面显示各个受到监控的设备，点击其中某一个，就能得到更详尽的信息。所有资源在活动状态下报警将显示黄色（通过观察地位级图显示屏进行监控）。
在最开始的两年中，系统采用两线供电将多数的中低压分站及其设备按照环路总线的结构进行连接，并且在现场进行测试。一些继电器因为寿命问题已经被替换。那些在设计上有细微差别的分站是在不同时间组建的，但是除了馈电线的数目外安装全相同。
该系统的目的是对电力的进一步监控，不但可用于内部的一些点，还可以明晰一个部门某个过程的能耗情况。这些数据的测量能够缩减以后的能源使用。
在控制室和监管办公室中，主服务器和备份服务器从各个位置搜集信息，并通过4个额外的客户端PC进行补充。通过这样的监控，可以帮助生产线排除故障，检查哪个设备离线或者掉电，并且确定输电线路是否有故障。Chapman还暗示，这样还有一个好处，可以通过研究试验避免像以往一样增加从生产线到质量管理停工期，否则无计划的供断和混乱可能导致重新返工。
在任何的研究和开发中都必定会依靠实验，这样因电力、加热、冷却的而带来的供断期会花费几小时、几周、几个月来弥补，延误了产品开发的时间。
更简单的试车
通常，当一个工厂购进新的设备并进行安装前，会在生产厂商那里进行现场验收测试。但据Chapman介绍说，当设备运到Merck公司时还会再测试一次，他们会按照Merck自己的接线标准重新连接，并做另外的试验。她补充说：“我们把设备实际工作时Power Rich系统的显示情况与说明书的描述作比较，这将会使得试车变得更容易，我们最近安装的冷却塔和低压分站正是这样做的。”
安装之后，最后的测试工作将会从以前的4到5天缩减到2天，因为设备的信息和其诊断结果已经存入了能量监控系统。Fabiani补充说：“由于整个体系的路线已经铺设好了，我们只需要将新设备与网络连接起来。那正体现了系统强大远程I/O能力的魅力。”
发展
Chapman说，随着在这两年中大部分设备逐步连接到系统中，重点已经从电力监控转移到全面能耗状况上。就在最近，Merck公司将冷却系统和冷却器的附加信息也集合到了一起，比如水的流量和温度，这样可以确保整个系统的可靠（运行）。
管理能源的好办法
由于能源的价格据高不下，现在看起来是写一本关于能源管理系统的书的好机会，工业顾问Bill Lydon说道。他计划以每个月一章的速度写作，读者可以通过ISA Books
www.isa.org/books）了解这本书的内容。他预计会在2007年秋天完成这本书。虽然直到那时大家才能够了解这本书的全貌，不过他现在已经提出了一些建议。
■ 控制人员需要在不影响生产的情况下从能源花费的角度对过程进行监视。Lydon说：在许多案例当中，这个要求甚至可以通过现有的控制系统得到满足，如果这个控制系统正好处在需要监视的区域。
■ 如果已经存在一套自动化系统，能源管理所需要的数据有可能已经存在于系统当中了。剩下来的事就是看你怎样使用这些收集到的数据了。
■ 研究能源被花费到了哪些方面，并且使输入的能源满足生产的需要。
■ 将能源费用计算到单位生产成本。
■ 寻找方法来优化能源结构。“例如：如果一个过程需要热的油，你能不能以一种替代模式预先把温度降低到刚好符合要求的程度？”Lydon作为一个例子问道。
“目前在能源系统优化方面没有作多少工作，”Lydon补充道。“我认为很快我们就可以看到许多这类优化项目出现。”
大多数设
备会自动地运行并且接受远程监控，控制屏上的黄色代表警报。点击设备会显示关于报警的具体细节以及与此相关的设备。Chapman举例说，在极热的夏天，某个控制柜过热，出问题的地方他们很快会找到，并能迅速确定到底是具体哪一部分出了问题，如果是冷凝器出了问题就会被立即更换掉。
Fabiani说，当出现报警时，技术人员会去查看并将对应设备转换为手动模式进行故障排除。为了更好地运用Power Rich system系统，Merck公司需要建立一套完整的相关规程。
燃料电池技术
在Merck公司未来能量管理计划中，有一项是一个200kW的燃料电池。据说这是第一个有如此举动的美国公司，在2002年10月，Merck UTC燃料电池于Rahway现场正式建成，占地210英亩。燃料电池产生的电能相当于100个普通家庭的用电量。
图4：Merck Rahway 的设备中，类似微型涡轮机这种由公用电力（设
备）与现场发电机共同供电的负载装置都处于监控之中。
这个计划是新泽西清洁能源计划中的第一个燃料电池计划，它有效地降低了安装新的采用交替技术发电设备所带来的高成本。同时，美国防治气候变化计划也为此项目的启动提供了投资。燃料电池目前的成本是每千瓦$1,600到$4,500。而石化燃料发电机每千瓦仅花费$35。
“我们整天一直运转，很多用来试验的材料都需要冷藏，所以一种持续的可靠的电力供应（基本没有储运损耗）对我们的运行非常重要，”前Merck Rahway工厂经理，现任Merck下属工厂高级科学技术副主席Lawrence Naldi如此说。
图5：Merck 公司Rahway 分部高级电子工程师Stephanie Chapman说：“我们觉得通过避免采取手动检查，我们的现场可以变得更加可靠和稳定。系统可以减少错误，避免手工录入数据的过程中出错的可能性。
图6：Merck公司在2002年安装了一台燃料
电池发电机组，据说这是美国第一个安装
这种电池发电机的美国公司。
与电池相似，燃料电池组在电化过程中将氢和氧转化为电能，热能和水。由于没有直接燃烧，所以整个过程并无光和热的耗散。因此氢燃料电池组（典型的是从天然气中获取的氢）的工作效率比内燃机高，从同样数量的燃料中萃取的能量也更多。在这个过程中浪费的热量能够回收并用到其它地方，使（电池使用）效率更高。传统的发电系统每发1000kW的电会产生25磅污染物质，而UTC的燃料电池所产生的污染物质只有1盎司。
其它能源管理系统也可以节省时间、能源
根据MGE UPS Systems公司的观点，能源管理软件可以为工厂管理者提供快速和方便的控制手段对网络化的不间断电源系统、中距离以太网供电系统（PoE）、架装监视系统、电源分配单元（PDUs）和其它网络化的电源组件进行控制。
这种系统可以使用任何具备标准web浏览器的计算机通过internet进行接入，可以显示网络化电源系统的实时监视画面，并且确保以较低的费用实现大范围、高质量的电源保护。该公司声称。
MGE公司的Enterprise Power Manager软件的V2版本能够对任何供应商的设备进行扫描，只要该设备支持标准UPS的管理信息库（MIB）就可以了。
通过其彩色编码的显示画面，管理员可以激活先进的功能，例如自动关闭无人值守的服务器、自动重启以及为系统操作制定时间表。这个软件可以与复杂的三相电源系统一起工作，可以勾画出任何类型的电源架构，能够实现多种等级的冗余，还可以在图形化的用户界面上看到实际的电源流动。
在奶制品处理厂，由于在过去的几年当中天然气的价格上涨了一倍，能源成本已经占了生产成本的40%，Vigillstics公司介绍说。该公司为奶制品行业和食品加工行业服务，为他们提供实时操作和信息软件。
除了降低奶制品损耗和产品生产过程跟踪及追溯功能以外，该公司提供给奶制品工厂的能源使用情况分析软件还可以显示不同生产阶段的单位能源消耗：例如蒸发器、干燥器、锅炉、冷冻设备和巴氏杀菌过程等。
“对于一家奶制品工厂而言，几个月里面节省的能源就可以抵消支付给Vigillstics公司购买Enterprise Power Manager软件的费用，”Vigillstics公司的运行分析总监Ron Huffman说道。
Merck在Rahway的能源经理Vincent Gates认为这种燃料电池是一种充分可靠的技术，具有很大的潜力。Gates说：“我们几乎忘了石化燃料始终是有限的。”更高的效率能使这些有限的资源得到更好的应用。UTC能量，一种联合技术的辅助技术，目前提供PureCell 200，可以产生200kW的电能和每小时925,000Btu以上的热能。
Chapman说，在2007年，Merck公司位于Rahway的分公司将会经历一系列变动，将生产线迁移到其它位置并启动新的进程。事实证明，能量监控和故障诊断对于新设备的试车非常有用，尤其是在这种迁移的情况下。
