淺析玻璃企業(yè)能源管理系統(tǒng)

張向春

（秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司 秦皇島 066001）

0 引言

能源是世界各國(guó)最重要的戰(zhàn)略物資之一，隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求與能源稀缺之間的矛盾日益加劇，如何利用能源、節(jié)約能源成為各行各業(yè)一項(xiàng)重要的研究課題。

目前，我國(guó)已成為世界平板玻璃生產(chǎn)的第一大國(guó)，總產(chǎn)量超過(guò)全球產(chǎn)量的60%，現(xiàn)階段的玻璃工廠自動(dòng)化程度雖然有了很大的提高，但僅限于對(duì)生產(chǎn)工藝控制環(huán)節(jié)相關(guān)的部分，對(duì)于各種能源消耗數(shù)據(jù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)還停留在人工采集階段，手工錄入統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并逐級(jí)上報(bào)，導(dǎo)致資料留存不夠完整，效率低下，受人為影響因素較大，不能滿足大數(shù)據(jù)采集需要，更無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，對(duì)指導(dǎo)企業(yè)節(jié)能降耗沒(méi)有達(dá)到實(shí)際效果。同時(shí)，各個(gè)生產(chǎn)與管理部門(mén)之間不能形成有效的信息共享鏈，存在信息孤島現(xiàn)象，很難為全面決策提供科學(xué)準(zhǔn)確的信息。隨著玻璃產(chǎn)能、質(zhì)量的不斷提高，高能耗、粗曠生產(chǎn)的玻璃企業(yè)必將被淘汰，如何通過(guò)先進(jìn)技術(shù)改造升級(jí)，建立玻璃企業(yè)能源管理體系，對(duì)平板玻璃節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高管理水平、增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

1 能源管理系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)以能源為核心，能夠?yàn)槠髽I(yè)已有或者后續(xù)建設(shè)的生產(chǎn)管理、成本控制等系統(tǒng)及時(shí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，是全廠資源統(tǒng)一調(diào)配、實(shí)現(xiàn)集約化生產(chǎn)的有力支撐。實(shí)現(xiàn)了絕大部分能耗數(shù)據(jù)的在線采集，并能夠通過(guò)能管軟件進(jìn)行能源消耗的在線監(jiān)測(cè)與分析。建立能管系統(tǒng)對(duì)能源采購(gòu)、能源消費(fèi)、生產(chǎn)原料、產(chǎn)品產(chǎn)量等信息進(jìn)行采集與管理；并對(duì)各類能源在主要工段、車(chē)間、生產(chǎn)線、分廠及全廠管理各級(jí)別進(jìn)行匯總與對(duì)比；對(duì)能耗計(jì)劃和趨勢(shì)進(jìn)行分析；對(duì)關(guān)鍵工藝能源消耗量進(jìn)行分析；監(jiān)控計(jì)算單位產(chǎn)量所消耗的能源、原料等關(guān)鍵指標(biāo)。能管系統(tǒng)預(yù)留MIS接口，可以無(wú)縫對(duì)接工廠的ERP軟件，為精細(xì)化管理奠定基礎(chǔ)。在技術(shù)層面上，能管系統(tǒng)使用了國(guó)際上成熟的物聯(lián)網(wǎng)中間件平臺(tái)，為企業(yè)架設(shè)好了“數(shù)據(jù)總線”，完成了構(gòu)建企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)；能管系統(tǒng)還引入了工業(yè)數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域最為先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析引擎作為能管系統(tǒng)的核心，也為企業(yè)大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

能源管理系統(tǒng)的目標(biāo)就是提高能源系統(tǒng)的運(yùn)行、管理效率，為企業(yè)提供一個(gè)成熟、有效、使用方便的能源系統(tǒng)整體管控一體化操作平臺(tái)。以客觀數(shù)據(jù)為依據(jù)，協(xié)助企業(yè)管理者快速準(zhǔn)確地做出各項(xiàng)決策，確保生產(chǎn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)到分析合理、調(diào)整高效的轉(zhuǎn)變，使全廠生產(chǎn)達(dá)到安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)平衡、節(jié)能減排、優(yōu)質(zhì)環(huán)保的基本要求。

（1）能源及生產(chǎn)信息的采集

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)改造，借助大數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，將全廠各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，完成對(duì)全廠各種能源介質(zhì)（主要為重油、天然氣、水、電等）和重點(diǎn)耗能設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）建立能源消耗評(píng)價(jià)體系

在數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)能源質(zhì)量、設(shè)備運(yùn)行、生產(chǎn)等自動(dòng)化和無(wú)紙化管理，建立以客觀數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評(píng)價(jià)體系，減少各項(xiàng)管理成本，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高效率，及時(shí)了解實(shí)際的能耗情況，提出節(jié)能降耗的技術(shù)措施。

（3）減少運(yùn)行成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率

傳統(tǒng)玻璃廠的現(xiàn)場(chǎng)管理、運(yùn)行和維護(hù)的工作量大，人員臃腫，運(yùn)營(yíng)成本非常高。而能源管理系統(tǒng)的投入，將簡(jiǎn)化能源和生產(chǎn)管理，減少日常運(yùn)行所需的人力投入，節(jié)約人力資源成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

（4）提高應(yīng)急反應(yīng)能力

通過(guò)系統(tǒng)能夠從全局角度了解設(shè)備運(yùn)行狀況、故障影響程度、發(fā)生故障的頻率等，加快能源系統(tǒng)的故障和異常處理，及時(shí)有效地給出應(yīng)急措施，限制故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，有效恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（5）節(jié)約能源，改善環(huán)境

改進(jìn)能源平衡技術(shù)，實(shí)時(shí)了解企業(yè)能源需求和消耗的狀況，有效減少蒸汽和氮?dú)獾姆派?，采用綜合平衡和燃料轉(zhuǎn)換使用的系統(tǒng)方法，使能源的合理利用達(dá)到一個(gè)新的水平。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，能源管理系統(tǒng)的功能架構(gòu)主要分為三個(gè)層次：底層為數(shù)據(jù)采集層，中層為數(shù)據(jù)處理層，上層為數(shù)據(jù)展示層，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層由DCS、PLC、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)顯表等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備結(jié)合中心的采集服務(wù)器組成，主要實(shí)現(xiàn)采集生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)信息、計(jì)量數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等；中層主要設(shè)備是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和歸檔，以及對(duì)各種數(shù)據(jù)的分析；應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)控、信息管理等功能，支持能源及生產(chǎn)調(diào)度人員、管理人員、決策層的業(yè)務(wù)需求。

（2）數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層設(shè)備有數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、管理終端、綜合顯示系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)處理層將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、統(tǒng)計(jì)、分析、存儲(chǔ)，并將信息發(fā)布及展示。

（3）管理應(yīng)用層

管理應(yīng)用層對(duì)能源消耗和生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度和管理。能源信息管理主要利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的實(shí)時(shí)信息，其他信息化系統(tǒng)提供的生產(chǎn)、計(jì)劃信息以及系統(tǒng)存入的一些技術(shù)參數(shù)，對(duì)能源進(jìn)行精細(xì)管理，挖掘節(jié)能潛力。通過(guò)系統(tǒng)提供的總結(jié)數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)對(duì)各用戶進(jìn)行考核，強(qiáng)化節(jié)能意識(shí)。主要包括有：能源計(jì)劃管理、能源實(shí)績(jī)管理、能源計(jì)量管理、能源成本管理、能源質(zhì)量管理、能源設(shè)備運(yùn)行管理、能源報(bào)表管理、運(yùn)行支持、能源信息發(fā)布管理等。

4 能源管理系統(tǒng)在玻璃企業(yè)的應(yīng)用

4.1 數(shù)據(jù)采集

玻璃廠數(shù)據(jù)采集主要是物質(zhì)類計(jì)量器具、能源類計(jì)量器具、生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)采集，并將檢化驗(yàn)系統(tǒng)和庫(kù)房系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入到調(diào)度指揮中心，形成一個(gè)綜合性的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，滿足生產(chǎn)對(duì)能源調(diào)度的數(shù)據(jù)需求。

玻璃企業(yè)的數(shù)據(jù)采集主要有以下幾個(gè)方面：

（1）自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

玻璃廠各個(gè)工段一般都有相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，如熱端的DCS系統(tǒng)、冷端的PLC系統(tǒng)等。針對(duì)這些自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通常采用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、采集。

（2）車(chē)間變配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

變電站或配電所一般都有各自的電力自動(dòng)化系統(tǒng)，這些自動(dòng)化系統(tǒng)的通信管理機(jī)可以支持CDT規(guī)約，可以通過(guò)通信管理機(jī)的串口利用CDT規(guī)約來(lái)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙脈、電度及SOE等信號(hào)的采集，并預(yù)留遙控接口，以便實(shí)現(xiàn)變電站的無(wú)人值守。在沒(méi)有自動(dòng)化系統(tǒng)的變配電站，應(yīng)從多功能表采集數(shù)據(jù)，并預(yù)留相應(yīng)接口，待電力系統(tǒng)改造后連接。

（3）獨(dú)立計(jì)量器具的數(shù)據(jù)采集

在玻璃生產(chǎn)中，一些獨(dú)立的計(jì)量器具未接入DCS或PLC等自動(dòng)控制系統(tǒng)中。針對(duì)這類設(shè)備，可改造后通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)或是采用RS-485通訊接口采集數(shù)據(jù)。

（4）大設(shè)備的數(shù)據(jù)采集

風(fēng)機(jī)水泵等設(shè)備的耗電量在玻璃廠中占有很大比例，這需要采集多方面的數(shù)據(jù)，進(jìn)行耗能分析，如電壓、電流、轉(zhuǎn)速等。目前主流變頻器均提供可RS-485通訊接口，用戶可通過(guò)串口服務(wù)器轉(zhuǎn)換成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，再用PC實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。

（5）手工錄入

對(duì)于不具備采集條件的數(shù)據(jù)，實(shí)施單位提供專門(mén)的數(shù)據(jù)錄入界面和相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制，通過(guò)錄入界面手工錄入系統(tǒng)需要的重要數(shù)據(jù)。

4.2 數(shù)據(jù)處理及管理應(yīng)用

（1）計(jì)劃管理

能源計(jì)劃主要錄入各生產(chǎn)線的能源（包括煤、重油、天然氣、電、水、氮?dú)錃獾龋┫挠?jì)劃，以及單位產(chǎn)品（重量箱）的能源消耗計(jì)劃，并提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理及維護(hù)功能。

（2）能耗分析

能耗分析以實(shí)時(shí)歷史曲線展現(xiàn)全廠各種能源的消耗情況，并加入計(jì)劃曲線和行業(yè)規(guī)范數(shù)據(jù)曲線，進(jìn)行鮮明的對(duì)比，并提供各個(gè)關(guān)鍵耗能設(shè)備的歷史曲線，電價(jià)峰谷平時(shí)間段的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，各種統(tǒng)計(jì)查詢功能，利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)歷史能源和生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)工廠生產(chǎn)與設(shè)備運(yùn)行安排，進(jìn)行能源供需、能耗實(shí)績(jī)與計(jì)劃的比較分析、能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析等，以柱狀圖、餅狀圖和曲線圖的方式給出結(jié)論數(shù)據(jù)。指導(dǎo)工廠的能源和生產(chǎn)管理，提高管理水平和效率。

（3）能源設(shè)備運(yùn)行管理

主要對(duì)關(guān)鍵的大型能源設(shè)備（包括冷卻風(fēng)機(jī)、鍋爐、空壓機(jī)、給排水泵等）實(shí)行集中管理，并建立檢修、使用檔案，輔助制訂設(shè)備檢修計(jì)劃。最終為能源安全及時(shí)、保質(zhì)保量的穩(wěn)定供應(yīng)提供支持。

（4）能源成本管理

依據(jù)各種能源實(shí)際消耗數(shù)據(jù)和產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)，對(duì)全廠各核算單位進(jìn)行能源成本管理，對(duì)玻璃廠內(nèi)各種能源消耗量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，確定合理的能耗考核指標(biāo)。對(duì)噸產(chǎn)品綜合能耗、噸產(chǎn)品可比能耗、單位產(chǎn)值能耗、單位產(chǎn)品能耗等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算、分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)玻璃廠的能源成本精細(xì)管理。

（5）報(bào)表管理

報(bào)表主要類型有：能源供需計(jì)劃報(bào)表、能源供需平衡報(bào)表、主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表、能源設(shè)備檢修計(jì)劃表、能源介質(zhì)質(zhì)量報(bào)表、環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)表等。

4.3 實(shí)際應(yīng)用

能源管理系統(tǒng)應(yīng)用到某企業(yè)6條浮法玻璃生產(chǎn)線后，系統(tǒng)通過(guò)集中監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、預(yù)警等高級(jí)功能，將原料數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)納入到數(shù)據(jù)采集范圍內(nèi)。能源管理系統(tǒng)投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，全廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能5%左右。

能源管理系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)量計(jì)劃制定相應(yīng)的能耗計(jì)劃，隨時(shí)監(jiān)督玻璃原片單位產(chǎn)品能耗指標(biāo)，從管理節(jié)能角度實(shí)現(xiàn)了3%左右的節(jié)能量；

系統(tǒng)針對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的分析與預(yù)警所發(fā)現(xiàn)的異常情況能夠及時(shí)得以解決，如冷卻風(fēng)機(jī)與電加熱同時(shí)運(yùn)行等不合理的情況得到杜絕，從生產(chǎn)運(yùn)行角度實(shí)現(xiàn)了將近1%的節(jié)能量；

遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)使得生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整和糾正更加及時(shí)，由此帶來(lái)了產(chǎn)品合格率提升了一個(gè)百分點(diǎn)，減少了不合格產(chǎn)品產(chǎn)生的無(wú)用能耗，達(dá)到了節(jié)能1%左右的效果；

對(duì)全廠在產(chǎn)的6條生產(chǎn)線進(jìn)行了全面的監(jiān)控和分析，能源的統(tǒng)計(jì)查詢包括電、水、煤、天然氣、氫氣、氮?dú)獾确诸?，均提供快捷方式折算為?biāo)煤和金額，通過(guò)柱狀圖、餅圖及曲線圖等一系列手段表現(xiàn)出來(lái)，并對(duì)生產(chǎn)消耗的異常做出判斷并報(bào)警、提供報(bào)表，保存為多種格式的外部文件，使管理者能夠盡快找出問(wèn)題，解決問(wèn)題，優(yōu)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，節(jié)約能源及生產(chǎn)成本。

5 結(jié)語(yǔ)

玻璃廠能源管理系統(tǒng)的建立，是為了協(xié)助企業(yè)在擴(kuò)大生產(chǎn)的同時(shí)，合理計(jì)劃和利用能源，降低單位產(chǎn)品能耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前，能源管理系統(tǒng)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用和推廣，隨著工業(yè)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，發(fā)展的需要和能源的制約矛盾日漸突出，節(jié)能減排增效的呼聲愈發(fā)高漲，能源管理系統(tǒng)在玻璃行業(yè)將會(huì)越來(lái)越受到重視。