摘要：如今，傳統(tǒng)制造業(yè)正在發(fā)生著巨大變革與創(chuàng)新，智能工廠概念應(yīng)運(yùn)而生，其中，能源管理系統(tǒng)是工廠生產(chǎn)資源管控的重要平臺(tái)，是現(xiàn)代信息技術(shù)在企業(yè)能源管理中的綜合應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)約成本、降低能耗的重要舉措。簡(jiǎn)述能源管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)原則，詳細(xì)介紹智能工廠能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式—準(zhǔn)確計(jì)量的監(jiān)測(cè)電氣儀表設(shè)計(jì)、穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、滿(mǎn)足用戶(hù)多要求功能的平臺(tái)設(shè)計(jì)，即智能工廠能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具備的內(nèi)容和功能，以期為大數(shù)據(jù)時(shí)代智能工廠能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一點(diǎn)參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：智能工廠;能源管理系統(tǒng);能源管控中心系統(tǒng)(EMS);監(jiān)測(cè)電氣儀表設(shè)計(jì);數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì);能源管理平臺(tái)設(shè)計(jì);節(jié)能降耗

        如今，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)制造業(yè)正在發(fā)生著巨大變革與創(chuàng)新。特別是近幾年來(lái)，在全球智能制造熱潮工業(yè)4.0的影響下，我國(guó)也出臺(tái)了“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，意味著新一輪工業(yè)革命即將拉開(kāi)序幕。我國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)，應(yīng)抓住此次機(jī)遇，將我國(guó)由制造大國(guó)變成制造強(qiáng)國(guó)，在國(guó)際市場(chǎng)占據(jù)更大的份額，獲得更多的話語(yǔ)權(quán)，而以“互聯(lián)網(wǎng)+”和“智能制造”為內(nèi)核制定的“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，為我國(guó)制造業(yè)下一步的發(fā)展指明了方向和具體實(shí)施內(nèi)容。

       智能工廠的概念是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，把生產(chǎn)企業(yè)管理技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)過(guò)程的控制管理之中，借助各種軟件進(jìn)行信息控制，確保生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)均處于較優(yōu)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)智能管控、智能決策、智能生產(chǎn)。智能工廠的建設(shè)，需要從計(jì)劃排產(chǎn)智能、生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同智能、設(shè)備互聯(lián)互通智能、生產(chǎn)資源管控智能、質(zhì)量過(guò)程控制智能、決策支持智能幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。能源管理屬于生產(chǎn)資源管控的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)約成本、降低能耗的重要舉措，智能化能源管理通常通過(guò)能源管控中心系統(tǒng)對(duì)工廠用能單位及供應(yīng)源頭實(shí)施數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工廠能源的管控。

 

     《關(guān)于印發(fā)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知》(國(guó)發(fā)〔2016〕74號(hào))(簡(jiǎn)稱(chēng)《通知》)指出，要加強(qiáng)工業(yè)節(jié)能。鼓勵(lì)企業(yè)實(shí)施能效趕超，加強(qiáng)能源管理，特別是重點(diǎn)耗能行業(yè)的企業(yè)更應(yīng)當(dāng)開(kāi)展能效對(duì)標(biāo)行動(dòng)，完成能源管控中心的建設(shè)，并積極采用工業(yè)領(lǐng)域智能化用能監(jiān)測(cè)、診斷、統(tǒng)計(jì)等技術(shù)來(lái)完善自身的能源管理體系。《通知》還提出，力爭(zhēng)到2020年，工業(yè)能源利用效率和清潔化水平均應(yīng)得到顯著的提高，規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)單位增加值能耗比2015年時(shí)降幅要達(dá)到18%以上，如石油化工、電力、鋼鐵、有色金屬、建材等高耗能行業(yè)的能源利用效率應(yīng)達(dá)到或接近水平。在這一背景下，工業(yè)企業(yè)需不斷采用新技術(shù)與制造技術(shù)相融合的方式來(lái)提升自身的生產(chǎn)效率和能耗水平，增強(qiáng)企業(yè)在行業(yè)中的核心競(jìng)爭(zhēng)力。另外，2021年11月1日起即將實(shí)施的《工業(yè)企業(yè)能源管控中心建設(shè)指南》(GB/T40063—2021)對(duì)各工業(yè)企業(yè)的節(jié)能減排和能源管理提出了更高的要求。

1.1能源管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)

       智能化能源管理通常通過(guò)能源管控中心系統(tǒng)(EnergyManagementSystem，簡(jiǎn)稱(chēng)EMS)對(duì)工廠用能單位及供應(yīng)源頭實(shí)施全面數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控。EMS是現(xiàn)代信息技術(shù)在企業(yè)能源管理中的綜合應(yīng)用，是工業(yè)化和信息化相結(jié)合實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要手段，通過(guò)自動(dòng)化、信息化和集約化管理模式，對(duì)能源的生產(chǎn)、輸送、分配和使用環(huán)節(jié)實(shí)施集中監(jiān)控管理和優(yōu)化配置;EMS是推動(dòng)企業(yè)節(jié)能降耗、改造提升的重要舉措，是建立有效節(jié)能機(jī)制的基礎(chǔ)。在工業(yè)領(lǐng)域，EMS旨在對(duì)企業(yè)的水、電、氣、汽、可再生能源等的輸配和使用環(huán)節(jié)實(shí)施集中扁平化動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理，改進(jìn)和優(yōu)化能源供需衡，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性的節(jié)能降耗，使能源高效管理與生產(chǎn)裝備自動(dòng)化、生產(chǎn)過(guò)程管控成為一體的工廠級(jí)管控體系。

1.2能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)

       能源管控中心系統(tǒng)(EMS)設(shè)計(jì)所遵守的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范:《工業(yè)企業(yè)能源管控中心建設(shè)指南》(GB/T40063—2021)、《工業(yè)企業(yè)能源管理導(dǎo)則》(GB/T15587—2008)、《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》(GB17167—2006)、《綜合能耗計(jì)算通則》(GB/T2589—2020)、《石化企業(yè)節(jié)能量計(jì)算方法》(GB/T32040—2015)、《制造資源計(jì)劃M(mǎn)RPⅡ系統(tǒng)原型法軟件開(kāi)發(fā)規(guī)范》(JB/T6987—2013)、《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50217—2018)、《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50174—2017)、《自動(dòng)化儀表工程施工及質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50093—2013)、《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50311—2016)、《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50116—2013)、《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》(GB50343—2012)、《安全防范工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50348—2018);國(guó)家、行業(yè)其他有關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。

1.3能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

       (1)先進(jìn)性、成熟性和實(shí)用性原則。根據(jù)不同能源系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，選用目前成熟且具有良好發(fā)展前景的新技術(shù)和新設(shè)備，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持技術(shù)的先進(jìn)性和運(yùn)行的安全穩(wěn)定性;同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要求系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足企業(yè)目前的需要，而且需適應(yīng)企業(yè)未來(lái)發(fā)展的需要。

       (2)可靠性原則。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可實(shí)現(xiàn)全年、全天24h的連續(xù)運(yùn)行。

       (3)可操作性原則。具有先進(jìn)且友好的人機(jī)操作界面，可實(shí)現(xiàn)信息共享，有便于查詢(xún)使用的數(shù)據(jù)庫(kù)等。

       (4)高效率性原則。能與相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，提升工廠能源管理系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。

       (5)實(shí)時(shí)性原則。設(shè)備與終端信息交互快，可實(shí)現(xiàn)多終端實(shí)時(shí)監(jiān)控。

       (6)完整性原則。依靠設(shè)計(jì)過(guò)程中的良好集成和完善配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行信息和功能的完整、全面，充分滿(mǎn)足能源的生產(chǎn)、供需平衡、調(diào)度、計(jì)量、能效分析等管理需求。

       (7)安全性原則。通過(guò)在系統(tǒng)部署相關(guān)的安全措施，有效確保系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用與工藝配套等層面的安全。

       (8)可拓展性和開(kāi)放性原則?？紤]到能源管理系統(tǒng)需隨主工藝系統(tǒng)不斷拓展的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮好能源管理系統(tǒng)拓展的便利性和技術(shù)的可行性，同時(shí)還要考慮拓展后的能源管理系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的兼容性、交互性。

       (9)可維護(hù)性原則。從應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)、硬件選型和軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等方面通盤(pán)考慮通用性、兼容性、開(kāi)放性;出現(xiàn)局部故障時(shí)，運(yùn)行維護(hù)人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并處理，避免影響整體系統(tǒng)的運(yùn)行。

       能源管控中心系統(tǒng)(EMS)主要針對(duì)企業(yè)使用的水、電、蒸汽、壓縮空氣、燃?xì)狻⒖稍偕茉吹饶茉唇橘|(zhì)進(jìn)行集中監(jiān)管。為實(shí)現(xiàn)以上功能，需要進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括電氣儀表的設(shè)計(jì)、傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、監(jiān)管平臺(tái)應(yīng)用的設(shè)計(jì)。

在工業(yè)領(lǐng)域，EMS實(shí)質(zhì)就是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)的集成，其構(gòu)成主要包括監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)主站、通信通道和現(xiàn)場(chǎng)各種遠(yuǎn)程終端單元，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工廠各單元的設(shè)備等進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制及保護(hù)，并能與工廠管理信息系統(tǒng)(ManagementInformat*tem，簡(jiǎn)稱(chēng)MIS)連接，以提高工廠管理的自動(dòng)化水平。

一個(gè)優(yōu)秀的能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要從三個(gè)方面進(jìn)行考慮，即計(jì)量的監(jiān)測(cè)電氣儀表設(shè)計(jì)、穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、滿(mǎn)足用戶(hù)多要求功能的平臺(tái)設(shè)計(jì)。

2.1監(jiān)測(cè)電氣儀表設(shè)計(jì)

       能源管控中心系統(tǒng)(EMS)所需的數(shù)據(jù)大多是通過(guò)安裝在設(shè)備上的監(jiān)測(cè)儀表采集并由傳感器傳輸來(lái)的硬件數(shù)據(jù)，為使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地獲取各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，EMS設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)使現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元具備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠、滿(mǎn)足使用條件并能及時(shí)反映控制參數(shù)狀態(tài)的特點(diǎn)。儀表的選型，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的同時(shí)應(yīng)盡可能提高監(jiān)測(cè)的精確度，保證工藝控制參數(shù)能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)反饋，并滿(mǎn)足所在環(huán)境的安全防爆等要求。

       為實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控要求，設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先選用新型儀表，特別是新技術(shù)條件下出現(xiàn)的智能型儀表———智能電表、智能水表、智能氣表等。智能儀表是以微型計(jì)算機(jī)(又稱(chēng)單片機(jī))為主體，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測(cè)技術(shù)有機(jī)結(jié)合而成的新一代智能化儀表，是未來(lái)建設(shè)智能工廠的硬件條件之一。隨著各種智能儀表的涌現(xiàn)，不同儀表的數(shù)據(jù)傳輸接口應(yīng)具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以兼容大多數(shù)廠家的設(shè)備，采集到的數(shù)據(jù)應(yīng)具有統(tǒng)一的格式，能夠靈活地根據(jù)不同用戶(hù)的需求設(shè)定采集頻率，并可把硬件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多平臺(tái)、多終端共享與使用;同時(shí)，監(jiān)測(cè)電氣儀表設(shè)計(jì)還需考慮今后技術(shù)升級(jí)所要求的擴(kuò)展性。

2.2數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

       在工業(yè)領(lǐng)域，能源管控中心系統(tǒng)(EMS)需完成最初的終端設(shè)備(傳感器)數(shù)據(jù)采集，以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制器和設(shè)備控制箱等實(shí)現(xiàn)串口協(xié)議信號(hào)向TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至控制器、服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行處理、統(tǒng)計(jì)、分析等。在智能工廠模式下，能源管理系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)作為工廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一部分，是與工廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)同時(shí)設(shè)計(jì)的，工廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將各種服務(wù)器、自動(dòng)生產(chǎn)控制設(shè)備、辦公計(jì)算機(jī)、智能終端設(shè)備聯(lián)系在一起，形成一套完整的應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)支撐構(gòu)架。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為智能工廠信息化的基礎(chǔ)承載體，其設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則。

       (1)鏈路冗余原則。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主干連接應(yīng)采用負(fù)載均衡的冗余方式，設(shè)置的兩條連接均提供數(shù)據(jù)傳輸并互為備用，兩條線路可實(shí)時(shí)、自動(dòng)進(jìn)行切換且不影響系統(tǒng)的應(yīng)用。

       (2)模塊冗余原則。核心層設(shè)備和匯聚層設(shè)備所有模塊和環(huán)境部件應(yīng)具備1+1熱備份功能，并具備熱插拔功能。

       (3)設(shè)備冗余原則。核心交換機(jī)由2臺(tái)或2臺(tái)以上設(shè)備組成，當(dāng)其中一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)自動(dòng)接替其工作，且不會(huì)引起其他節(jié)點(diǎn)的路由表重新計(jì)算，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

       (4)擁塞控制與服務(wù)質(zhì)量控制原則。由于接入方式、接入速率、應(yīng)用方式和數(shù)據(jù)類(lèi)型的多樣性，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量突增而致?lián)砣遣豢杀苊獾模瑸閼?yīng)對(duì)這一問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持區(qū)分服務(wù)模型機(jī)制，根據(jù)用戶(hù)所在網(wǎng)段、應(yīng)用類(lèi)型、流量大小等自動(dòng)進(jìn)行業(yè)務(wù)分類(lèi)，使接入的業(yè)務(wù)遵守先期設(shè)定的接入速率承諾，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞前能自動(dòng)采取措施進(jìn)行先期擁塞控制，以避免瞬間大量“丟包”現(xiàn)象的發(fā)生。

       (5)可擴(kuò)展原則。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的交換容量應(yīng)具備在現(xiàn)有基礎(chǔ)上擴(kuò)充1~2倍容量的能力，以適應(yīng)IP類(lèi)業(yè)務(wù)的急速膨脹;端口密度擴(kuò)展應(yīng)能滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)設(shè)備間的互聯(lián)能力;主干帶寬應(yīng)具備2~4倍甚至更高的擴(kuò)展能力，網(wǎng)絡(luò)體系、路由協(xié)議規(guī)劃和設(shè)備CPU/NP(中央處理器/網(wǎng)絡(luò)處理器)的處理能力應(yīng)具備2倍以上規(guī)模的擴(kuò)展能力。

       (6)多種接入模式原則。智能工廠網(wǎng)絡(luò)以有線為主、無(wú)線補(bǔ)充的方式使多終端無(wú)縫接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)業(yè)務(wù)和共享數(shù)據(jù)。廠區(qū)中辦公區(qū)工位、生產(chǎn)車(chē)間等均需部署有線信息點(diǎn)，且接入點(diǎn)需要預(yù)留實(shí)際接入數(shù)量25%的點(diǎn)數(shù)。無(wú)線AP(無(wú)線接入點(diǎn))主要采用雙星型冗余組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將無(wú)線AP連接至接入交換機(jī)，無(wú)線控制器連接至核心交換機(jī)，用戶(hù)通過(guò)無(wú)線控制器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)所有無(wú)線AP設(shè)備的集中管理，而且選擇的無(wú)線接入需要支持無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線WiFi的廠區(qū)覆蓋。互聯(lián)網(wǎng)接入主要用于智能工廠的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、郵件服務(wù)、遠(yuǎn)程辦公及維護(hù)等，需特別注意針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的安全防護(hù)———設(shè)置DMZ隔離區(qū)，使外網(wǎng)無(wú)法直接訪問(wèn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，將面向互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的業(yè)務(wù)部署在DMZ隔離區(qū)域，外網(wǎng)需要通過(guò)防火墻、IPS訪問(wèn)服務(wù)器;在DMZ隔離區(qū)域內(nèi)部署VPN網(wǎng)關(guān)，方便用戶(hù)遠(yuǎn)程辦公使用，同時(shí)不失安全性。在互聯(lián)網(wǎng)出口部署熱點(diǎn)緩存設(shè)備，實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)資源內(nèi)網(wǎng)化;針對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)違規(guī)使用網(wǎng)絡(luò)的行為部署智能流控設(shè)備，合理分配寶貴的帶寬資源，優(yōu)先保障關(guān)鍵業(yè)務(wù)。

2.3能源管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

       智能工廠能源管理平臺(tái)的主要功能是綜合監(jiān)控與基礎(chǔ)能源管理，通過(guò)將設(shè)置的各能源監(jiān)管設(shè)施進(jìn)行系統(tǒng)整合，形成工廠能源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源供需的判斷處理與提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的調(diào)整，在客觀信息基礎(chǔ)上對(duì)能源實(shí)績(jī)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

       綜合監(jiān)控功能包括能源數(shù)據(jù)采集與基本處理、系統(tǒng)集中監(jiān)控與重點(diǎn)用能設(shè)備狀態(tài)及能耗監(jiān)視、在線能效分析、能源信息歸檔和管理、能源系統(tǒng)時(shí)間及故障記錄、工藝與設(shè)備故障報(bào)警與分析等功能。

       基礎(chǔ)能源管理功能包括能源計(jì)劃管理、能源對(duì)標(biāo)管理、能源平衡管理、能源質(zhì)量管理、能源綜合分析、能源運(yùn)行支持管理等。該部分是能源管理過(guò)程信息化的應(yīng)用平臺(tái)，其功能是解決能源管理各核心業(yè)務(wù)的主要問(wèn)題，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)能源生產(chǎn)、使用、過(guò)程、質(zhì)量、設(shè)備以及輔助生產(chǎn)安全等信息進(jìn)行管理，為能源調(diào)度、人員及用戶(hù)管理等提供信息查詢(xún)，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的全面、規(guī)范、精細(xì)化管理。基礎(chǔ)能源管理作為能源管理系統(tǒng)在線調(diào)度、管理的補(bǔ)充，以友好的界面為能源管理人員提供一體化的操作平臺(tái)，是能源管理中心的離線數(shù)據(jù)中心、報(bào)表與統(tǒng)計(jì)展示平臺(tái)、對(duì)比分析平臺(tái)、決策平臺(tái)、無(wú)紙化辦公平臺(tái)。具體而言，智能工廠能源管理平臺(tái)需實(shí)現(xiàn)的功能如下。

       (1)能耗實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)能源流程圖(包括電力系統(tǒng)、水系統(tǒng)、燃?xì)庀到y(tǒng)、熱力系統(tǒng)、冷風(fēng)系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)等)的監(jiān)控畫(huà)面、歷史趨勢(shì)、報(bào)警等實(shí)時(shí)監(jiān)控能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

       (2)能耗統(tǒng)計(jì)分析。報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析是衡量能源管理系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的主要依據(jù)，能夠通過(guò)系統(tǒng)生成的多種圖表(如曲線圖、折線圖、柱狀圖等)清晰地展現(xiàn)能耗設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)，全面呈現(xiàn)系統(tǒng)的能耗情況、設(shè)備情況、報(bào)警統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行統(tǒng)計(jì)等，為故障診斷、量化評(píng)比、生產(chǎn)決策提供科學(xué)依據(jù)，并可通過(guò)分析確定重點(diǎn)耗能設(shè)備，以加強(qiáng)重點(diǎn)耗能設(shè)備的管理力度。

       (3)能源報(bào)警管理。能源管理系統(tǒng)出現(xiàn)異?；驁?bào)警時(shí)，企業(yè)能夠通過(guò)綜合監(jiān)控作出及時(shí)、快速、準(zhǔn)確的判斷及處理，把因能源系統(tǒng)故障引發(fā)的事故影響降到，確保能源供應(yīng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行;同時(shí)，可以對(duì)一段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)記錄的報(bào)警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲取設(shè)備詳細(xì)報(bào)警信息，以便對(duì)設(shè)備作出預(yù)測(cè)性維護(hù)決策。

       (4)能源計(jì)劃管理。企業(yè)可以建立能源網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)能源供需平衡，進(jìn)而編制能源供需計(jì)劃，作為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理過(guò)程中制定能源消耗計(jì)劃或外購(gòu)計(jì)劃的依據(jù)。

       (5)能源對(duì)標(biāo)管理。通過(guò)對(duì)年度、季度、月、周、日、班組等的綜合能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品單耗、廠級(jí)能耗、車(chē)間能耗、班組能耗的多角度分析，對(duì)標(biāo)行業(yè)能耗先進(jìn)水平，及時(shí)進(jìn)行相關(guān)工藝或設(shè)備的優(yōu)化。

       (6)能源質(zhì)量管理。據(jù)工廠對(duì)電能、蒸汽、水等的質(zhì)量、消耗要求，設(shè)定預(yù)警、報(bào)警值，對(duì)能夠反映能源、介質(zhì)質(zhì)量的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控、分析，提前針對(duì)能源質(zhì)量問(wèn)題采取應(yīng)對(duì)措施，從而避免不必要事故的發(fā)生。

       (7)基于能源優(yōu)化的調(diào)度決策管理。通過(guò)能源管理的調(diào)度決策功能，能源調(diào)度管理人員可以對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行情況、各相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行工況、能源供需平衡的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)、調(diào)度日志、運(yùn)行事故預(yù)案等進(jìn)行全面監(jiān)控，平臺(tái)可以根據(jù)系統(tǒng)記錄的歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)建立起來(lái)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行過(guò)濾、整理，自動(dòng)分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、分類(lèi)、顯示，預(yù)測(cè)能源在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的自產(chǎn)、外購(gòu)和消耗情況，以幫助調(diào)度人員發(fā)現(xiàn)能源供需不平衡的趨勢(shì)及運(yùn)行趨向，確保能源供應(yīng)安全穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能增效的目的。

3.1平臺(tái)概述

       AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺(tái)集變電站綜合自動(dòng)化、電力監(jiān)控、電能質(zhì)量分析及治理、電氣安全、能耗分析、照明控制、設(shè)備運(yùn)維于一體，為建立可靠、安全、高效的工廠能源管理體系提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)引入先進(jìn)技術(shù)，配合廠務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化，簡(jiǎn)化全廠管理，并利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，優(yōu)化能效并預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)，保障關(guān)鍵制造設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和良品率，降低綜合成本，最終達(dá)到高效運(yùn)營(yíng)和制造的目的。

3.2平臺(tái)組成

       安科瑞AcrelEMS-SEMI電子廠房管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái)，它集成了電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所綜合自動(dòng)化、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、新能源充電樁、預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)電子廠房的用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)滿(mǎn)足廠房用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

 

3.3平臺(tái)拓?fù)鋱D

4.1電力監(jiān)控

       電力監(jiān)控主要針對(duì)10/0.4kV地面或地下變電所，對(duì)變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。

 

 

4.2電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理

       監(jiān)測(cè)各進(jìn)線回路電能質(zhì)量，包括電壓暫降、諧波畸變、閃變等數(shù)據(jù)波形記錄，進(jìn)而判斷配電系統(tǒng)擾動(dòng)方向。

       配置有源濾波裝置和無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)0.4kV側(cè)電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償和治理，并監(jiān)測(cè)有源濾波裝置和無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行情況，確保電能質(zhì)量符合生產(chǎn)要求。

 

 

4.3變電站綜合自動(dòng)化

       變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要針對(duì)110kV變電站、10kV變電所和10kV柴油發(fā)電機(jī)部分，在變電站設(shè)置Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)子站，實(shí)現(xiàn)本地遙測(cè)、遙信、遙控、報(bào)警、報(bào)表等功能，并把數(shù)據(jù)上傳至AcrelEMS-SEMI能效管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

 

4.4電氣安全

       AcrelEMS電子廠房能效管理系統(tǒng)針對(duì)配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門(mén)狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并且對(duì)UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預(yù)警。

 

4.5智能照明控制

       單控、區(qū)域控制、自動(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調(diào)光控制等多種控制方式。

 

4.6能耗分析

       AcrelEMS電子廠房能效管理系統(tǒng)為工廠搭建計(jì)量體系，顯示能源流向和能源損耗，通過(guò)能源流向圖幫助企業(yè)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。從能源使用種類(lèi)、監(jiān)測(cè)區(qū)域、車(chē)間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時(shí)間、設(shè)備、班組、分項(xiàng)等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對(duì)工廠用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jī)分析，折標(biāo)對(duì)比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計(jì)，找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過(guò)程中的浪費(fèi)。

 

4.7充電樁管理

       電動(dòng)汽車(chē)和電瓶車(chē)充電樁管理，包括收費(fèi)管理、資產(chǎn)管理。

 

4.8職工公寓管理

       對(duì)廠區(qū)內(nèi)職工宿舍進(jìn)行負(fù)載管理，包括惡性負(fù)載識(shí)別管理、負(fù)載閾值管理，避免因?yàn)閻盒载?fù)載引起火災(zāi)。對(duì)員工宿舍進(jìn)行水電收費(fèi)管理，支持微信、支付寶等繳費(fèi)方式，采集職工宿舍能耗數(shù)據(jù)。

 

5.1電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置

 

5.2能耗管理系統(tǒng)硬件配置方案

 

 

5.3智能照明控制系統(tǒng)硬件配置方案

 

 

5.4電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案

 

 

5.5消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案

 

 

5.6防火門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案

5.7消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)硬件配置方案

 

 

 

5.8電能質(zhì)量治理解決方案硬件配置方案

 

 

5.9充電樁系統(tǒng)硬件配置方案

 

 

5.10預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)硬件配置方案

 

 

 

 

       伴隨知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來(lái)臨，驅(qū)動(dòng)當(dāng)前社會(huì)變革的不僅僅有互聯(lián)網(wǎng)，還有無(wú)處不在的計(jì)算、數(shù)據(jù)和新知識(shí)等。智能工廠的構(gòu)建實(shí)際上是信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合，在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、5G等新技術(shù)的推進(jìn)下，智能工廠的發(fā)展必定呈現(xiàn)全新的、多樣化的模式。在這樣的環(huán)境下，能源管理體系也需不斷創(chuàng)新、與時(shí)俱進(jìn)，以推動(dòng)智能管控、智能決策、智能生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)。

 

[1]馮晶，田小果．EMS系統(tǒng)在鋼鐵廠能源中心的應(yīng)用[J]．自動(dòng)化與儀器儀表，2005(3):35－37，44．

[2]胡炳麗，張珅．?dāng)?shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用背景及功能概述[J]．科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020(7):70－71．

[3]陳衛(wèi)新．面向中國(guó)制造2025的智能工廠[M]．北京:中國(guó)電力出版社，2017．

[4]國(guó)務(wù)院．中國(guó)制造2025(國(guó)發(fā)〔2015〕28號(hào))[Z]．2015．[5]國(guó)務(wù)院．關(guān)于印發(fā)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知(國(guó)發(fā)〔2016〕74號(hào))[Z]．2016．

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

[6]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.

 

作者簡(jiǎn)介：

柏為為，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司