安科瑞 陳聰

摘要：某造紙企業(yè)進(jìn)行工業(yè)智能化升級改造，籌建能源管理中心，既能達到政府部門(mén)要求能源在線(xiàn)監測所需的功能和目的，又能滿(mǎn)足自身工藝管理需求和自備電廠(chǎng)實(shí)際運作需求。實(shí)現能源數據在線(xiàn)監測與政府平臺穩定傳輸，同時(shí)利用整合后的數據發(fā)現有用的價(jià)值數據，實(shí)現區域內節能增效。

關(guān)鍵詞：能源管理中心；問(wèn)題與數據價(jià)值挖扳；案例與效益；節能減排；數字化；智慧工廠(chǎng)

1、建設背景

永豐余造紙（揚州）有限公司為了實(shí)現自身高質(zhì)量發(fā)展，需要對設備和工藝進(jìn)行工業(yè)智能化升級改造，以滿(mǎn)足自身造紙工藝和能源管理運作需求，同時(shí)實(shí)現公司能耗數據在線(xiàn)與政府平臺的穩定傳輸。

公司能源管理中心建設的創(chuàng )新點(diǎn)在于:能源在線(xiàn)監測的所有功能均能滿(mǎn)足規范要求，同時(shí)又符合公司多年來(lái)運作習慣需求，能夠實(shí)現新的智能化監測、智能化能耗分析與優(yōu)化方案的解決。

1. 建設目的和設計原則

公司主要消耗的能源有煤炭、電力和蒸汽（熱力）等,建設能源管理中心的目的是將各種能源消耗的實(shí)時(shí)數據,通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)搭建工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò ),整合原有的SCADA、PLC、DCS和ERP等工業(yè)系統，將各系統上數據傳輸至新建的能源系統數據服務(wù)器中進(jìn)行處理。從而規避人為抄表誤差，降耗提效，減緩設備老化速度，利用系統發(fā)現數據價(jià)值，并通過(guò)優(yōu)化、改造和管理等手段來(lái)實(shí)現區域內節能增效。

能源管理系統建設的設計原則要求如下：整體性、性、前瞻性、穩定性、可操作性、完整性、可查詢(xún)性、易維護性、數據安全性和成本控制等。

1. 系統實(shí)現功能分析

3.1系統功能總要求

1. 實(shí)現在線(xiàn)監測功能:將實(shí)時(shí)數據傳輸至揚州市級能源在線(xiàn)監測平臺；

2. 實(shí)時(shí)監測能源質(zhì)量和效率，對能耗和運行參數異常能夠自動(dòng)報警和追溯；

3. 能夠實(shí)現各生產(chǎn)車(chē)間、生產(chǎn)線(xiàn)、重要工序、重點(diǎn)耗能設備和班組的能耗統計與對標分析，挖掘節能潛力；

4. 能夠對重點(diǎn)耗能設備進(jìn)行重點(diǎn)管理；

5. 能夠實(shí)現能耗準確統計、自動(dòng)抄表和填報報表。能源8大分類(lèi)管理見(jiàn)圖1。

圖1能源8大分類(lèi)管理圖

3.2系統遵循標準

系統設計時(shí)需要符合MESA規定的標準及公司內部各相關(guān)驗收規范的要求。

3.3系統建設路線(xiàn)與設計

能源管理系統框架如圖2所示。

圖2 能源管理系統框架圖

1. 項目實(shí)施過(guò)程中存在的問(wèn)題

公司部分三級以下計量器具沒(méi)有安裝到位，導致在線(xiàn)監測系統不具備數據傳輸功能。因此，需要通過(guò)加裝能源計量器具，加裝Lora遠距離無(wú)線(xiàn)傳輸終端,才能直接將測試能源數據傳輸給原DCS系統或能源管理中心的采集服務(wù)器。數據傳輸終端參數設置見(jiàn)表1。

表1 數據傳輸終端參數設置

SCADA系統對接程序自身程序不能夠高頻次和多數據讀取，通過(guò)將原有使用的USB轉串口更換為熱電前置機自帶串口直接對接傳輸，系統才能夠恢復穩定傳輸。將原本采用數據變位上送,更改為定時(shí)上送，使通訊通道更加穩定。改善后能夠穩定對接傳輸,SCADA數據對接表見(jiàn)表2。

表2 SCADA數據對接表

公司IT人員通過(guò)數據比對發(fā)現:能源管理系統平臺每天08:0536=05和0：05這3個(gè)時(shí)間點(diǎn)，由于少量紙卷在復卷機上還沒(méi)有稱(chēng)重，而生管系統平臺紙卷重量輸出值顯示為0。原因是能源管理系統數據讀取時(shí)間太早，數據還沒(méi)有來(lái)得及處理。解決的方法是將能源管理系統平臺數據抓取時(shí)間分別推遲8h,也就是改為每天16：05、0：05、08：05這3個(gè)時(shí)間點(diǎn)讀取。改善后能源管理系統產(chǎn)量數據與原ERP系統數據一致。

通過(guò)人工數據與系統數據比對,找出對接計量器具存在選型錯誤、接口錯誤、線(xiàn)路虛接、PT和CT 二次儀表內部參數設定錯誤、程序內部計算公式錯誤、熱力的溫度壓力補償錯誤和產(chǎn)能邏輯關(guān)系錯誤等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)一對一進(jìn)行修正后恢復正常。

通過(guò)2個(gè)月的觀(guān)察及不斷修正和完善,能源管理中心能源數據按照規范和要求與揚州市能源在線(xiàn)監測平臺實(shí)現了穩定對接。

5、測試數據價(jià)值挖掘

空壓機的型式與廠(chǎng)商不同，其設定的壓力值和控制的方式都會(huì )有所不同。造紙企業(yè)采用較多的還是離心式和螺桿式空壓機。在傳統空壓系統中,空壓機由其內部的壓力傳感器監控，這些傳感器壓力參數設置后，便于多臺空壓機能隨著(zhù)壓力的降低而一臺臺開(kāi)啟，形成壓力階梯控制。為了確保較大壓縮空氣消耗量時(shí)的壓力能達到較低的壓力水平，習慣的做法是將空壓機維持在較高的壓力水平，以避免生產(chǎn)過(guò)程中出現因欠壓而跳機問(wèn)題。但不必要的較高壓力會(huì )造成能源的浪費，其表現在以下兩個(gè)方面:一是空壓機需要在高壓的情況下運作,消耗的電量更多;二是當管網(wǎng)空氣壓力較高時(shí)，所有用氣設備就會(huì )使用更多的壓縮空氣。女口：如果所需的壓力為0.6MPa,而系統平均壓力需保持在0.65MPa,那么多余的0.05MPa壓力就需要增加5%~10%的能耗。

如何達到數據價(jià)值化，就需要跨界集成,協(xié)同創(chuàng )新:通過(guò)集成螺桿式空壓機的加載/卸載命令控制，通過(guò)變頻和離心式壓縮機內部壓力設定控制，經(jīng)過(guò)集成優(yōu)化控制后，壓縮機僅輸出實(shí)際所需的壓力和空氣量,系統壓力始終保持穩定。

公司壓縮機的總功率為1770kW,輸出所需的空氣量為242mVmin,通過(guò)系統優(yōu)化后，系統壓力由0.65MPa降為0.6MPa穩定運行,其節能量計算見(jiàn)表3。

由此得出：舊的習慣、思維和信息閉鎖等一旦被打破，各系統運作才會(huì )流通順暢;創(chuàng )新工作來(lái)自于日常節能技術(shù)的整合;改善一點(diǎn)點(diǎn)，就可以獲得較大成效。從表3可知，降低壓縮空氣系統壓力0.05MPa,壓縮機本體能耗可下降3%，空氣管網(wǎng)消耗功率下降5.8%;按照公司自發(fā)電力成本電價(jià)0.30元/kW計算,年節能收益達27.14萬(wàn)元。

表3 節能量計算表

6、項目實(shí)施效果

利用信息和通信技術(shù)，實(shí)現了將實(shí)時(shí)收集單位能耗數據和可視數據分析結果穩定傳輸至揚州市能源在線(xiàn)監測平臺。同時(shí)公司自身能根據系統平臺監控,及時(shí)發(fā)現設備異常狀況，及時(shí)優(yōu)化設備不合理的參數，及時(shí)消缺與優(yōu)化，降低能耗。另外還可以根據告警追溯，提升穩定電力系統的功率因數，降低電力消耗，促進(jìn)造紙企業(yè)節能降耗工作順利開(kāi)展,提升造紙業(yè)智能制造的水平，從而實(shí)現造紙企業(yè)綠色化發(fā)展。

7、安科瑞企業(yè)能源管控系統概述

安科瑞企業(yè)能源管控系統采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理，監測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、工藝、車(chē)間、產(chǎn)線(xiàn)、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進(jìn)行能耗統計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

8、應用場(chǎng)所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠(chǎng)、電廠(chǎng)、供熱站、軌道交通、航空工業(yè)、木材、工業(yè)園區、醫院、學(xué)校、酒店、寫(xiě)字樓以及汽車(chē)制造、機電設備、電器產(chǎn)品、工器具制造等離散制造業(yè)。

9、系統結構

現場(chǎng)通過(guò)廠(chǎng)區局域網(wǎng)和平臺通訊，平臺搭建在客戶(hù)自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶(hù)可以在任意能與局域網(wǎng)聯(lián)通的地方，通過(guò)有權限的賬號登陸網(wǎng)頁(yè)以及手機APP查看各處的運行情況。

系統可分為三層：即現場(chǎng)設備層、網(wǎng)絡(luò )通訊層和平臺管理層。

現場(chǎng)設備層：主要是連接于網(wǎng)絡(luò )中用于水、電、氣等參量采集測量的各類(lèi)型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著(zhù)采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡(luò )電力儀表、溫濕度控制器、開(kāi)關(guān)量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網(wǎng)絡(luò )通訊層：包含現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò )交換機等設備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)將數據存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò )恢復時(shí)從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務(wù)器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數據服務(wù)器，一般應用服務(wù)器和WEB服務(wù)器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結構進(jìn)行設計，詳細拓撲結構如下：

10、系統功能

平臺采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理。實(shí)時(shí)監測企業(yè)各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節能改造提供數據依據。

10.1平臺登錄

在瀏覽器打開(kāi)云平臺鏈接、輸入賬戶(hù)名和權限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權人員瀏覽有關(guān)信息。

10.2大屏展示

用戶(hù)登錄成功之后進(jìn)入大屏展示頁(yè)面，展示企業(yè)及各區域的能耗折標、產(chǎn)值、異常、排名、占比、通訊情況，點(diǎn)擊區域展示該區域的分類(lèi)能耗、產(chǎn)值等相關(guān)信息。

10.3首頁(yè)

首頁(yè)展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類(lèi)能耗等企業(yè)級統計數據。

10.4數據監控

對企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控。以便企業(yè)用戶(hù)能夠實(shí)時(shí)的監測各個(gè)點(diǎn)位的運作情況，同時(shí)能更快的掌握點(diǎn)位的報警，并為企業(yè)削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

• 能源實(shí)時(shí)監控：對于水、電、氣等能源消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，確保用能環(huán)節的持續穩定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網(wǎng)絡(luò )圖、能源計量網(wǎng)絡(luò )圖等功能。

  • 能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進(jìn)行實(shí)時(shí)展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類(lèi)，同時(shí)支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語(yǔ)音播報、系統彈窗報警提示等；

  • 配電圖：將配電房真實(shí)情況畫(huà)入配電圖，實(shí)時(shí)展示接入的門(mén)禁、水浸、電水氣等儀表的實(shí)時(shí)參數、門(mén)禁水浸狀態(tài)及能耗數據。

  • 實(shí)時(shí)統計：實(shí)時(shí)統計工廠(chǎng)、車(chē)間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

  • 數據展示：通過(guò)實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)展示不同區域、不同設備的不同的能耗參數；

• 檢測：對能源報警信息進(jìn)行集中顯示，可以對報警閾值信息進(jìn)行相關(guān)處理操作，可以對報警參數進(jìn)行在線(xiàn)設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類(lèi)，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語(yǔ)音播報、系統彈窗等報警提示；

10.5視頻監控

接入攝像頭，實(shí)時(shí)掌控企業(yè)內實(shí)際情況。

10.6變壓器監控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進(jìn)行科學(xué)合理的規劃。通過(guò)各種運行參數狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

10.7儀表實(shí)時(shí)監控

展示各個(gè)水電氣儀表的實(shí)時(shí)參數變化，以曲線(xiàn)圖的方式展示。

10.8能源中控

將所有有關(guān)能源的能源參數集中在一個(gè)看板中，能從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)產(chǎn)業(yè)線(xiàn)的對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

10.9用能統計

從能源使用種類(lèi)、監測區域、車(chē)間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時(shí)間、設備、班組、分項等維度，采用曲線(xiàn)、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(yè)用能統計、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jì)分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統計，找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過(guò)程中的浪費。

10.10 分析成本

統計各個(gè)監測節點(diǎn)（工廠(chǎng)、車(chē)間）的當年、季度、月、周、日各類(lèi)能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

10.11產(chǎn)品單耗統計

與企業(yè)MES系統對接，通過(guò)產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統采集的能耗數據，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析。同時(shí)將產(chǎn)品單耗與行業(yè)/國家/國際指標對標，以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

10.12績(jì)效分析

對各類(lèi)能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車(chē)間，產(chǎn)線(xiàn)、工段、設備等進(jìn)行日、周、月、年、相應時(shí)段績(jì)效統計按照能源計劃或定額制定的績(jì)效指標進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

10.13運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進(jìn)行數據采集，監測設備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視?？芍苯訌膭?dòng)態(tài)監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類(lèi)、車(chē)間、工段、時(shí)間等維度查詢(xún)相關(guān)能源用量。

10.14自定義能耗報表

用戶(hù)可通過(guò)自定義報表頭與列，靈活生產(chǎn)各種報表，查看企業(yè)各個(gè)節點(diǎn)的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環(huán)比報表，支持導出報表。

10.15同比、環(huán)比

提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時(shí)段（日、月、年）的同比、環(huán)比分析，分類(lèi)、分時(shí)段、分項（地點(diǎn)、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環(huán)比

10.16分析報告

以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線(xiàn)路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進(jìn)行仔細的統計分析，讓用戶(hù)更加了解系統的運行情況，并為用戶(hù)提供數據基礎，方便用戶(hù)發(fā)現設備異常，從而找出改善點(diǎn)，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

10.17能耗設備用能

監控耗能設備運行、停機及異常狀態(tài)，及時(shí)解決設備故障停運導致無(wú)法正常生產(chǎn)。

10.18線(xiàn)損分析

根據節點(diǎn)、能源分類(lèi)，查詢(xún)各個(gè)節點(diǎn)線(xiàn)路上的能源損耗數據，及時(shí)發(fā)現能量在使用過(guò)程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問(wèn)題，提醒用戶(hù)及時(shí)進(jìn)行干預。

10.19碳排放管理

按照區域對碳排放總量的變化趨勢進(jìn)行統計，并進(jìn)行同環(huán)比分析。對單位產(chǎn)值碳排放量進(jìn)行計算，并結合減排指標實(shí)現超標預警，提升區域減排水平，促進(jìn)碳達峰目標實(shí)現。

10.20電能質(zhì)量監測

實(shí)時(shí)監測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

10.21運維管理

系統支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發(fā)現問(wèn)題消缺，進(jìn)行故障報修、跟進(jìn)維修進(jìn)度，滿(mǎn)足日常巡檢、設備維修保養需要。

10.22報警管理

針對于電氣正常開(kāi)展、限電和能耗雙控，實(shí)現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業(yè)提前預警，避免發(fā)生火災事故和被罰款導致用能成本過(guò)高。支持分級分類(lèi)報警，可對報警進(jìn)行派發(fā)與閉環(huán)處理。

10.23能耗抄表

可自定義時(shí)間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類(lèi)分項。

10.24能耗分析自定義時(shí)間抄表

可自定義時(shí)間段內各個(gè)拓撲節點(diǎn)的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類(lèi)分項。

10.25容需量報表

提供容需量報表，實(shí)時(shí)展示容量需量?jì)r(jià)格的變化情況，幫助企業(yè)實(shí)現容改需，降低基本電費。

10.26復費率報表

對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進(jìn)行統計分析，為企業(yè)分時(shí)用電，優(yōu)化成本效益提供數據支持。

10.27文檔管理

對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進(jìn)行歸檔，可快速查詢(xún)相關(guān)文檔。對儀表臺賬進(jìn)行系統管理，支持文件的上傳和下載。

10.28 3D可視化大屏

對場(chǎng)景進(jìn)行虛擬仿真，展示各區域運行及能源消耗情況，可實(shí)現分層預覽、轉場(chǎng)展示、風(fēng)格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監測點(diǎn)位的自定義綁定。

10.29 3D子系統

對各動(dòng)力子系統進(jìn)行虛擬仿真，展示子系統的動(dòng)力管線(xiàn)、設備的實(shí)時(shí)狀態(tài)及能源消耗情況，可實(shí)現動(dòng)態(tài)的能源流向效果。

10.30工業(yè)組態(tài)

可通過(guò)圖形化的編輯方式自定義組態(tài)圖，展示設備運行狀態(tài)及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監測數據。

10.31自定義駕駛艙

可通過(guò)圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線(xiàn)圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類(lèi)統計數據，數據源包括API、數據庫查詢(xún)、MQTT、Excel等方式。

10.32基礎數據管理

對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點(diǎn)、能源、公示、及相關(guān)參數進(jìn)行配置、修改、刪除等管理、進(jìn)行用戶(hù)添加和授權管理、合同管理。

10.33手機APP

APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶(hù)按能源分類(lèi)、區域、車(chē)間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、產(chǎn)線(xiàn)比對、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

10.34知識產(chǎn)權證書(shū)

11、系統硬件配置

參考文獻

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