一、     引言

隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，能源危機(jī)問題日益嚴(yán)重，節(jié)能減耗是每個人應(yīng)盡的責(zé)任和義務(wù)。據(jù)權(quán)威部門發(fā)布統(tǒng)計資料，工業(yè)企業(yè)每年10%以上能源損耗源于沒有能源監(jiān)測及維護(hù)計劃，每年12%的能源損耗源于沒有能源管理及控制系統(tǒng)。歐美發(fā)達(dá)國家先進(jìn)企業(yè)除了生產(chǎn)過程中廣泛采用計算機(jī)監(jiān)測、控制系統(tǒng)（DCS，SCADA）外，能源數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測、分析和優(yōu)化系統(tǒng)也占有重要的位置。通過現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和分布式控制技術(shù)，建立完善的能耗監(jiān)測、管理考核體系，實現(xiàn)能源消耗動態(tài)過程的信息化、可視化、可控化，通過對企業(yè)生產(chǎn)過程中能源消耗的結(jié)構(gòu)、過程及要素進(jìn)行精細(xì)化管理，提高能源使用效率，降低單位產(chǎn)量的能耗，為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。

本案例介紹的是上海勝易能源科技有限公司自主開發(fā)的能效管理信息系統(tǒng)在上海某化工有限公司（以下簡稱工廠）的應(yīng)用，該工廠位于上海松江工業(yè)開發(fā)區(qū)，工廠占地面積24000平方米，職工人數(shù)近兩百人。工廠的能耗主要由電能、氣（天然氣）能、水能構(gòu)成，其中電能占絕大部分能耗比重。能源消耗涉及面廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、總能耗基數(shù)大為工廠的能耗特點，過去僅靠后勤部門人工通過原始的巡視抄表來統(tǒng)計能耗管理，無法形成完整的能源的臺賬和報表，更談不上有豐富的能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來進(jìn)行能源精細(xì)化管理和指導(dǎo)節(jié)能改造措施，所以就很有必要在工廠實行能效管理。能效管理不同于傳統(tǒng)的能源計量，它不僅具備能源計量的功能，而且更重要功能是對能源監(jiān)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、統(tǒng)計、分析，對能耗信息進(jìn)行評估和診斷，形成一套能耗評估體系和一套能耗考核體系，并以此來作為能源精細(xì)化管理的依據(jù)，還可用來指導(dǎo)設(shè)備或者工藝節(jié)能改造方案。工廠通過能效管理信息系統(tǒng)平臺可以實現(xiàn)以下幾個目標(biāo)：

1、   建立詳細(xì)的能源臺賬，實時顯示能源分布、流向。

2、   通過能源診斷，實現(xiàn)能源精細(xì)化管理，實行“三個必要”的能源消耗，即：必要的時間、必要的地點、必要的量，可以減少能源不必要的浪費(fèi)，讓能源的使用從放任自流的狀態(tài)轉(zhuǎn)化到盡在掌控之中的狀態(tài)。

3、   建立能源考核體制，節(jié)能任務(wù)具體到生產(chǎn)班組、部門、區(qū)域。實現(xiàn)過去被動節(jié)能到主動節(jié)能意識的改變，爭取為工廠節(jié)約每一滴能源。

4、   可以為數(shù)字化工廠管理提供能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可和其他信息系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可以精確核算批次單位產(chǎn)品能耗成本。

二、    方案設(shè)計

根據(jù)工廠能耗特點，首先對能耗進(jìn)行分類、分項、區(qū)域進(jìn)行劃分，按照不同劃分內(nèi)容進(jìn)行能效管理和分析。

   系統(tǒng)根據(jù)上述功能劃分進(jìn)行分別安裝一級計量多功能電能表、二級計量多功能電能表，然后通過網(wǎng)絡(luò)采集實時能耗數(shù)據(jù)，提供給系統(tǒng)進(jìn)行能源監(jiān)測、能源評估、能源分析和診斷，系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)框架如圖：

系統(tǒng)按照功能邏輯分為三層：

1、    現(xiàn)場儀表層

在本方案中對工廠進(jìn)行能源監(jiān)測的有多功能電能表、電磁流量計、渦輪流量計等。多功能電能表安裝在電壓進(jìn)線柜、重點出線柜、動力柜、照明箱等重點能耗部位；電磁流量計和渦輪流量計根據(jù)能耗分布和流向選擇在管道合適位置安裝。

2、    通信層

數(shù)據(jù)采集器為嵌入式通信設(shè)備,實時現(xiàn)場采集電、水、氣能耗數(shù)據(jù)然后將數(shù)據(jù)打包轉(zhuǎn)發(fā)?？紤]到工廠車間較多，且配電間分布距離較遠(yuǎn)，單獨(dú)通信布線成本較高，為了優(yōu)化設(shè)計，采取利用工廠現(xiàn)成的計算機(jī)局域網(wǎng)通信。

通信管理機(jī)為數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，通過局域網(wǎng)接收數(shù)據(jù)采集器的實時能耗數(shù)據(jù)，寫入實時數(shù)據(jù)庫。還可以提供與外面數(shù)據(jù)接口功能，如：和工廠ERP信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，用來核算批次單位產(chǎn)品的能耗成本等。

3、    能效管理層

數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，對實時庫的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、統(tǒng)計、評估、分析，形成診斷結(jié)論數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，負(fù)責(zé)定時保存實時庫的能耗參數(shù)信息，根據(jù)計劃任務(wù)安排對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、計算，還提供歷史查詢和數(shù)據(jù)分析。

WEB服務(wù)器服務(wù)，負(fù)責(zé)能效管理信息系統(tǒng)網(wǎng)站服務(wù)發(fā)布，后臺程序計算、處理、分析運(yùn)行，提供遠(yuǎn)程用戶通過IE瀏覽能耗診斷圖表、評估報告、數(shù)據(jù)報表、信息查詢，還可以支持用戶遠(yuǎn)程通過智能手機(jī)設(shè)備登錄系統(tǒng)。

工程師平臺，負(fù)責(zé)運(yùn)行系統(tǒng)人機(jī)界面，上面可以實時顯示能源的分布、流向以及設(shè)備的運(yùn)行工況，還可以在上面實時查詢能耗運(yùn)行的相關(guān)工藝參數(shù)，以及根據(jù)需要設(shè)置自動控制能耗時間表、能源異常報警和控制預(yù)案處理等。

能效管理信息平臺，是系統(tǒng)的核心，功能包括如下：

a、    能耗監(jiān)測：顯示詳細(xì)能耗運(yùn)行信息，包括按能源分類、分項、分區(qū)域分別統(tǒng)計的圖標(biāo)信息；

b、    能耗評估：對能耗設(shè)備評估診斷信息，對各區(qū)域能耗考核信息形成節(jié)能診斷報告；

c、    能耗分析：對各能耗設(shè)備、能耗區(qū)域之間進(jìn)行考核評比，也可以對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，分析其能耗特點，提供節(jié)能改造的方向和能源優(yōu)化的重點，還可以參照回歸經(jīng)驗值分析對比、參考標(biāo)準(zhǔn)之對比、計劃需量對比進(jìn)行能源精細(xì)化管理和控制；

d、    報表管理：形成基于各種模板的能耗數(shù)據(jù)報表，也可以自定義模板的數(shù)據(jù)報表；

e、    能源臺帳：提供詳細(xì)能源臺賬，也可以歷史數(shù)據(jù)查詢分析，形成能源審計報告。

能效考核宣傳大屏，在過去工廠對能源基本都是粗放型管理，員工對節(jié)能理念感到與自己很遙遠(yuǎn)，其實稍微改變生活的一點點習(xí)慣就可以有很好的節(jié)能效果。為了實現(xiàn)全體員工節(jié)能意識由被動到主動的轉(zhuǎn)變，在工廠進(jìn)門口和食堂等公共場所地方安裝能效考核大屏。播放內(nèi)容：

a、  播放節(jié)能宣傳動畫，讓員工感到節(jié)能無處不在，并且與自己息息相關(guān)，做到節(jié)能“勿以善小而不為”；

b、  播放工廠實時能源消耗，分類、分項統(tǒng)計的能耗信息，改變過去對能源消耗漠視感，建立內(nèi)部激勵體系。

c、  播放工廠區(qū)域之間能耗考核信息，各設(shè)備能耗與上一個同期對比的削減率，并對消減率進(jìn)行排名。采用獎勤罰懶宣傳體系，讓員工有節(jié)能的緊迫感和壓力感。

d、  播放國家節(jié)能政策、工廠節(jié)能策略。

e、  播放工廠的一些宣傳活動。

    遠(yuǎn)程用戶，能效信息管理系統(tǒng)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，這樣保證相關(guān)能源管理領(lǐng)導(dǎo)出差在外也可以通過網(wǎng)絡(luò)查看，也可以設(shè)置不同權(quán)限讓各種不同的上級部門可以遠(yuǎn)程登錄信息系統(tǒng)查看相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)。

三、軟件功能

     能效管理信息系統(tǒng)軟件由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、系統(tǒng)運(yùn)行平臺、系統(tǒng)應(yīng)用功能組成，應(yīng)用功能基本分為三層：

1，         能源監(jiān)測功能，顯示能源實時分布和流向、異常報警和狀態(tài)監(jiān)視。

2，         能源初步評估分析功能，對能耗的統(tǒng)計信息進(jìn)行初步分析評估，找出能耗薄弱環(huán)節(jié)和優(yōu)化重點。

3，         能源專家分析功能，對能耗信息結(jié)合工藝參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行深度分析形成能源診斷報告，為提供用戶節(jié)能方案。

系統(tǒng)功能架構(gòu)如下圖：

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集現(xiàn)場儀表的能耗數(shù)據(jù)信息，提供整個能效管理系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給通信管理機(jī)。軟件支持RS-485/RS-232總線、光纖、電話網(wǎng)絡(luò)、電力線載波、ZigBee、GSM/GPRS/CDMA和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N方式。支持Modbus、DNP、DLT645以及各種廠家自定義規(guī)約。

數(shù)據(jù)運(yùn)行平臺，是整個系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)平臺軟件，可以支持在Windows XP、Win7等各種通用操作系統(tǒng)上運(yùn)行。通過采集系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計計算，遞歸分析，回溯，同比，對比等各種計算方法，提供能耗診斷、分析評估、能耗報告的數(shù)據(jù)依據(jù)，最終實現(xiàn)能源信息化管理。

系統(tǒng)應(yīng)用功能，包括對能源的監(jiān)測、評估、分析、診斷，以及建立設(shè)備能耗評估體系和區(qū)域能耗考核體系。具體功能如下：

1、         能耗多維度采集和顯示功能

對工廠復(fù)雜紛亂的能耗設(shè)備進(jìn)行分項、分類、分區(qū)域進(jìn)行劃分，在線多維度統(tǒng)計、分析和管控，為精細(xì)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?？梢杂玫乩聿季謭D方式顯示各種能耗的地理分布和實時變化；也可以用表格方式集中顯示各種能耗數(shù)據(jù)對比和比較。

2、         統(tǒng)計能耗數(shù)據(jù)，對標(biāo)單位面積能耗

收集生產(chǎn)過程中的能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)能源消耗過程的信息化、可視化管理，結(jié)合能耗區(qū)域面積核算單位建筑面積能耗指標(biāo)。并通過棒圖的形式，對比各個部門的能耗和成本。

3、         報警和預(yù)案處理功能

當(dāng)系統(tǒng)的各能耗參數(shù)出現(xiàn)超過額定值時或其他設(shè)備運(yùn)行參數(shù)超過額定值運(yùn)行時，系統(tǒng)可以通過聲光、短信等多種方式報警，并自動記錄報警時間、地點、報警內(nèi)容等。若一些重要能耗參數(shù)或者設(shè)備參數(shù)可以進(jìn)行預(yù)案設(shè)置，一旦出現(xiàn)報警應(yīng)及時響應(yīng)，在規(guī)定時間內(nèi)沒有得到響應(yīng)處理，系統(tǒng)會自動啟動預(yù)案進(jìn)行隔離或者切斷處理。如設(shè)備電流過大、空調(diào)長時間運(yùn)行等。

4、         報表統(tǒng)計和打印功能

系統(tǒng)按照計劃要求對工廠各能耗設(shè)備、能耗區(qū)域進(jìn)行橫向和縱向?qū)Ρ冉y(tǒng)計，自動生成以表格、棒圖、曲線、餅圖等多種方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的報表，也可以根據(jù)用戶模板每天自動生成報表，提交給用戶和自動打印。 

5、         能耗節(jié)點診斷、分析評估功能

根據(jù)采集上來的能耗數(shù)據(jù)和統(tǒng)計報表數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行深入對比、分析，然后得出能耗節(jié)點能耗效率和浪費(fèi)情況，形成對節(jié)點的評分和評估報告。

6、         能耗需量分析

設(shè)定每臺能耗設(shè)備或者能耗區(qū)域的能耗計劃，形成一套設(shè)備、區(qū)域能耗考核體系，為獎勤罰懶提供數(shù)據(jù)依據(jù)。當(dāng)實際能耗低于需量值，進(jìn)行鼓勵；當(dāng)實際能耗數(shù)據(jù)高于需量值，系統(tǒng)會進(jìn)行提示報警，并責(zé)成相關(guān)人員分析并查找原因，避免下次再次發(fā)生。

7、         能耗歷史記錄查詢

系統(tǒng)自動保存各種能耗采集數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)，以及系統(tǒng)故障報警數(shù)據(jù)信息，可以方便用戶通過局域網(wǎng)或者Internet隨時進(jìn)行信息查詢。還可以設(shè)置不同的用戶，開放不同權(quán)限支持工廠上級部門查詢工廠能耗的運(yùn)行信息、以及能耗評估、診斷報告。

8、         系統(tǒng)自檢功能

本系統(tǒng)具有完善的自診斷功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生硬件或者軟件故障時，診斷功能將提供詳細(xì)的故障信息和地理定位，以便及時排除故障。即使出現(xiàn)在故障無法恢復(fù)情況下，系統(tǒng)可以自動隔離，采用備機(jī)系統(tǒng)自愈合方案，確保系統(tǒng)24小時365天不間斷運(yùn)行。

9、         節(jié)能考核體系宣傳

能效管理系統(tǒng)對通過生產(chǎn)過程大量能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，形成一套工廠能耗設(shè)備、能耗區(qū)域每天能耗需量計劃，然后結(jié)合每天能效管理信息系統(tǒng)實際消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比?？梢栽谛麄髌脚_放映各班組、車間的能耗需量實際運(yùn)行圖表。

當(dāng)實際能耗小于計劃任務(wù)，進(jìn)行表揚(yáng)和獎勵；如上圖：

當(dāng)實際能耗大于計劃能耗責(zé)令調(diào)查原因并提供分析報告，系統(tǒng)自動分類保存分析報告，形成能耗異常分析專家?guī)臁．?dāng)以后出現(xiàn)同類能耗異常，有助于分析異常原因和可以避免同樣問題發(fā)生。

如下圖：

   能效管理信息系統(tǒng)對根據(jù)不同車間相同設(shè)備、相同設(shè)備不同時段的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行報表分析，然后進(jìn)行橫向和縱向的比較，考核各部門的節(jié)能成績，在宣傳大屏顯示如圖：

   電能的實時分布顯示如圖：

    顯示大屏還可以根據(jù)需要顯示播放節(jié)能政策宣傳、節(jié)能活動內(nèi)容、以及其他宣傳文件。

四、效益分析

工廠對能效管理信息系統(tǒng)平臺建立的前后6個月進(jìn)行能耗進(jìn)行統(tǒng)計分析如圖：

從圖中可以看出在通過能效管理信息對能源進(jìn)行精細(xì)化管理前電、氣、水平均費(fèi)用為90萬、30萬、5萬元，通過信息化節(jié)能后月能耗總體費(fèi)用下降高達(dá)19萬元。在過去設(shè)備故障和隱患往往只能通過定時巡檢才能發(fā)現(xiàn)，而現(xiàn)在通過能耗實時監(jiān)測對能耗效率低下的設(shè)備及時進(jìn)行維護(hù)，既避免了能耗無謂的浪費(fèi)，也挺高了設(shè)備的使用壽命。同時能耗考核體系的建立和節(jié)能宣傳軟件的不斷播放，對全公司所有員工節(jié)能意識和節(jié)能理念的灌輸也有非常積極左右，讓所有人都自愿加入和參與節(jié)能行動中。

而整個項目的所有投入費(fèi)用不到一百萬，按照月平均收益計算基本在半年內(nèi)就可以完全回收，并且還在提高設(shè)備使用壽命、提高員工主動節(jié)能意識都帶來隱形效益，還為企業(yè)建立詳細(xì)能源臺賬，為數(shù)字化工廠打下良好基礎(chǔ)，所以能效管理信息系統(tǒng)對制造工廠是一套非常有價值并且值得大力推廣的系統(tǒng)。

附錄：軟件界面