基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工廠能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)覆蓋工廠的能源管理系統(tǒng)，是智能化工廠建設(shè)的一個(gè)重要組成部分。本系統(tǒng)由智能網(wǎng)絡(luò)儀表、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)量子站、能源管理平臺(tái)等構(gòu)成，運(yùn)用分布在工廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的智能網(wǎng)絡(luò)儀表，采集能源和載能工質(zhì)的耗用數(shù)據(jù)，把這些采集到的數(shù)據(jù)通過計(jì)量子站和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上傳到能源管理平臺(tái)，由能源管理平臺(tái)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為管理者提供需要的數(shù)據(jù)報(bào)表。結(jié)果表明，以工廠能源計(jì)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建設(shè)一套與現(xiàn)代化智能工廠相適應(yīng)的科學(xué)的能源利用監(jiān)督、管理、評(píng)價(jià)系統(tǒng)，把傳統(tǒng)的人工抄表、零散管理、數(shù)據(jù)不可追溯、無(wú)法預(yù)警和實(shí)時(shí)報(bào)警，轉(zhuǎn)變?yōu)榧泄芾?、分散控制、?shù)據(jù)統(tǒng)一匯集，實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化、智能化，完成數(shù)據(jù)深度挖掘，做到預(yù)警與實(shí)時(shí)報(bào)警。這對(duì)于提升工廠能源管控水平，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，具有強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；工廠能源管理系統(tǒng)；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一、引言

工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中，需要耗用電、天然氣、蒸汽、壓縮空氣、水、冷凍用水、冷卻用水、軟水、冷凝水等能源和載能工質(zhì)。提升能源和載能工質(zhì)利用效率，提升能源管控水平，是智能工廠信息化建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文結(jié)合當(dāng)前能源計(jì)量?jī)x表技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、數(shù)據(jù)信息技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，運(yùn)用各種計(jì)量?jī)x表，對(duì)工廠生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)所耗用的能源和載能工質(zhì)進(jìn)行計(jì)量，及時(shí)準(zhǔn)確地獲取各類能源耗用數(shù)據(jù)。工廠運(yùn)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不僅為能源管理系統(tǒng)、動(dòng)力自控系統(tǒng)、智能配電系統(tǒng)等提供一個(gè)共用的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)通道，還把分散在工廠區(qū)域內(nèi)的各計(jì)量?jī)x表計(jì)量的數(shù)據(jù)和計(jì)量?jī)x表的狀態(tài)信息，上傳到能源計(jì)量系統(tǒng)平臺(tái)。工廠運(yùn)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)和數(shù)據(jù)報(bào)表系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)能源管理系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源耗用數(shù)據(jù)自動(dòng)采集記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源數(shù)據(jù)信息的自動(dòng)處理，實(shí)現(xiàn)與辦公OA系統(tǒng)、工廠ERP系統(tǒng)、各車間集控系統(tǒng)、物流采集系統(tǒng)等工業(yè)信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通。這對(duì)于提升工廠能源管理能力，落實(shí)節(jié)能降耗工作，提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

二、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集儀表、計(jì)量子站、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)器等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中智能網(wǎng)絡(luò)儀表負(fù)責(zé)采集工廠生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)所耗用的能源和載能工質(zhì)計(jì)量數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)量?jī)x表所處的工況特點(diǎn)，采用滿足計(jì)量要求的智能網(wǎng)絡(luò)儀表，及時(shí)準(zhǔn)確地獲取各類能源耗用數(shù)據(jù)。計(jì)量子站負(fù)責(zé)獲取分散在工廠區(qū)域內(nèi)的各計(jì)量?jī)x表計(jì)量的數(shù)據(jù)、計(jì)量?jī)x表的狀態(tài)、本子站的狀態(tài)等信息。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)把上述信息上傳到計(jì)量子系統(tǒng)服務(wù)器，通過能源管理軟件對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)能源分類計(jì)量、分項(xiàng)考核，工廠能源管理智能化的基礎(chǔ)。

（一）數(shù)據(jù)采集儀表的配置

運(yùn)用數(shù)據(jù)采集儀表，對(duì)于工廠使用的各種能源如自來水、冷凍用水、冷凝水、冷卻用水電、天然氣、電量等能源消耗量進(jìn)行計(jì)量。依據(jù)《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》（GB17167-2006）的規(guī)范要求結(jié)合計(jì)量設(shè)計(jì)要求以及管路走向，配置合適的計(jì)量?jī)x表，采集完整的計(jì)量數(shù)據(jù)。

1.用水計(jì)量?jī)x表的配置

根據(jù)工廠供水管網(wǎng)布局和生產(chǎn)特點(diǎn)，采取總分式布局結(jié)構(gòu)安裝計(jì)量水表，分別在總進(jìn)水管，主供水管網(wǎng)、分支管網(wǎng)、主要用水設(shè)備用水管網(wǎng)，安裝智能計(jì)量水表或流量計(jì)，采集相應(yīng)部位的用水?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)合能流圖完成基礎(chǔ)用水?dāng)?shù)據(jù)采集。

在生產(chǎn)工藝用軟水、鍋爐用軟水、回收的冷凝水方面，采用渦街流量計(jì)，選擇與對(duì)應(yīng)流量口徑相匹配的規(guī)格型號(hào)。

在自帶流量計(jì)的生產(chǎn)用水設(shè)備，從該流量計(jì)讀取用水?dāng)?shù)據(jù)，采用生產(chǎn)設(shè)備使用的工業(yè)以太網(wǎng)，把計(jì)量數(shù)據(jù)上傳到計(jì)量系統(tǒng)服務(wù)器。在沒有配備流量計(jì)的生產(chǎn)用水設(shè)備，分別安裝智能水表，可以把瞬時(shí)流量和累積流量進(jìn)行上傳。

2.用電計(jì)量?jī)x表的配置

根據(jù)工廠設(shè)計(jì)圖紙要求，在配電室進(jìn)線口安裝多功能網(wǎng)絡(luò)儀表，獲取工廠總用電數(shù)據(jù)。對(duì)于車間生產(chǎn)線的主要耗電設(shè)備，采取專線配電，分別在配電回路的出口安裝多功能網(wǎng)絡(luò)儀表，對(duì)這些生產(chǎn)機(jī)臺(tái)用電進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量管理。

3.用天然氣計(jì)量?jī)x表的配置

根據(jù)工廠天然氣管網(wǎng)布局和生產(chǎn)特點(diǎn)，配置天然氣計(jì)量?jī)x表，采取全覆蓋的方式，在工廠進(jìn)氣管道安裝流量計(jì)，在鍋爐、車間生產(chǎn)設(shè)備、職工餐廳等天然氣管路分支口安裝流量計(jì)，與總進(jìn)氣管道流量計(jì)選擇相同的型號(hào)類型，可以本地顯示瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，可以把瞬時(shí)流量和累積流量進(jìn)行上傳。

4.用蒸汽計(jì)量?jī)x表的配置

工廠的蒸汽通常采取外購(gòu)或者自備鍋爐自產(chǎn)的方式。在鍋爐蒸汽出口分別配置流量計(jì)，對(duì)每臺(tái)鍋爐生產(chǎn)的蒸汽進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量，在鍋爐總供蒸汽出口、鍋爐分汽缸去熱力站出口、生產(chǎn)工序、空調(diào)機(jī)組、輔助工序等部位分別配置流量計(jì)。在主要生產(chǎn)用蒸汽機(jī)臺(tái)供熱管路，配置流量計(jì)，對(duì)這些生產(chǎn)用蒸汽機(jī)臺(tái)進(jìn)行計(jì)量管理。通常采用渦街式流量計(jì)。

（二）計(jì)量子站

計(jì)量子站由采集箱、開關(guān)、開關(guān)電源、端子排、網(wǎng)管等設(shè)備與部件構(gòu)成，如圖2所示。計(jì)量子站分布在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，分別連接所在區(qū)域的計(jì)量?jī)x表。

采用可編程邏輯控制器PLC作為控制設(shè)備，將智能數(shù)據(jù)儀表的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行收集、解析、上傳。運(yùn)用PLC的抗干擾能力，能夠適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，能夠穩(wěn)定地運(yùn)行在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

（三）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，采用三層網(wǎng)絡(luò)或雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，環(huán)網(wǎng)采用千兆級(jí)工業(yè)交換機(jī)組網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)架構(gòu)能夠把交換機(jī)本級(jí)的端口、自身的硬件故障報(bào)警信息上傳給PLC，便于用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的異常狀況，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。匯聚交換機(jī)采用冗余型架構(gòu)，提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（四）服務(wù)器

采集軟件負(fù)責(zé)管理PLC上傳的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)通常采用Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)并支持各類數(shù)據(jù)協(xié)議。運(yùn)用先進(jìn)的主流數(shù)據(jù)管理軟件，構(gòu)建信息管理系統(tǒng)。把計(jì)量管理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，分類管理，為工廠各類用戶提供所需要的數(shù)據(jù)報(bào)表、圖表，實(shí)現(xiàn)能耗分析、能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、查詢、信息共享。具有按照能源種類，進(jìn)行同比、環(huán)比分析功能，具有能源折標(biāo)綜合分析功能，把各類能源按照國(guó)家規(guī)定的折算系數(shù)折算為標(biāo)準(zhǔn)煤，分析工廠折算為標(biāo)準(zhǔn)煤后的綜合能耗和單箱實(shí)際能耗，并進(jìn)行同比、環(huán)比分析；具有能源統(tǒng)計(jì)功能，能夠自動(dòng)生成上報(bào)工廠領(lǐng)導(dǎo)的各項(xiàng)能耗報(bào)表，能夠自動(dòng)生成上報(bào)能源主管部門要求的能耗月報(bào)，自動(dòng)生成上報(bào)公司的綜合能耗對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成崗位、工序、車間能耗運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各生產(chǎn)人員能源定量考核。具有能源查詢功能，具有能源計(jì)量數(shù)據(jù)信息的查詢和動(dòng)力能源監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息查詢功能，具有系統(tǒng)信息發(fā)布，系統(tǒng)用戶管理、參數(shù)管理、資源管理等功能，通過預(yù)留接口可實(shí)現(xiàn)與行業(yè)主管部門、公司信息的管理系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)信息共享。

三、結(jié)束語(yǔ)

基于互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的覆蓋整個(gè)工廠能源管理系統(tǒng)的開發(fā)，是智能制造工廠信息化建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。通過對(duì)工廠能源計(jì)量管理，及時(shí)獲取能源消耗數(shù)據(jù)。通過對(duì)能源與載能工質(zhì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理，分析挖掘計(jì)量數(shù)據(jù)、完善數(shù)據(jù)對(duì)比實(shí)現(xiàn)預(yù)警與報(bào)警，為工廠智能化提供決策支持，將能源耗用數(shù)據(jù)指標(biāo)落實(shí)到各崗位和生產(chǎn)人員，把考核與工作人員直接掛鉤，提升員工責(zé)任意識(shí)，提高工廠能源管理和智能化管理水平，為企業(yè)帶來良好的效益。對(duì)于其他同行業(yè)工廠能源管理系統(tǒng)建設(shè)具有一定的借鑒意義。

作者單位：朱文林 江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]劉曉東.淺談鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2020（01）：55-56.

[2]李算，林菁，張慶華，等.基于多能互補(bǔ)模式的智慧能源站建設(shè)及應(yīng)用[J].創(chuàng)新世界周刊，2021（09）：60-75.

[3]張丹.企業(yè)能源管理信息化建設(shè)的實(shí)踐策略[J].中國(guó)高新科技，2021（01）：115-116.

[4]楚恒偉.企業(yè)能源管理系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)化的思考[J].智能城市，2018，4（14）：118-119.

[5]呂云，楊志翔，代海寧，等.煙草企業(yè)能源管理系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2019，40（25）：60.

[6]徐振寧，閆克寧.水泥工程能源管理系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用[J].水泥工程，2021（06）：69-71.

[7]王榮陳.淺談大數(shù)據(jù)時(shí)代智能工廠能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式[J].中氮肥，2022（02）：77-80.

[8]林希.基于物聯(lián)網(wǎng)的水泥企業(yè)能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2021.

[9]解洪祥.能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施[D].北京工業(yè)大學(xué)，2018.