裝備制造企業(yè)的智慧耗能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析

摘要通過(guò)對(duì)智慧耗能管理系統(tǒng)的架構(gòu)、軟件、功能進(jìn)行合理設(shè)計(jì)可以達(dá)到對(duì)企業(yè)氣、電、水等各項(xiàng)能耗的有效實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、趨勢(shì)分析、監(jiān)測(cè)預(yù)警為企業(yè)節(jié)能增效、提高能源利用率、提升生產(chǎn)效率做出貢獻(xiàn)智慧耗能管理系統(tǒng)能夠確保數(shù)據(jù)及時(shí)、便捷、準(zhǔn)確地向管理者展示值得推廣

關(guān)鍵詞智慧耗能管理系統(tǒng);架構(gòu);節(jié)能降耗;設(shè)計(jì)

中圖法分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Design and analysis of intelligent energy consumption management systemfor equipment manufacturing enterprises

XU Fangchao

（Tairui Machinery Co.，Ltd.，Hangzhou 310000，China）

Abstract：In this paper， the architecture， software and functions of the intelligent energy consumption management system are reasonably designed to achieve effective real-time statistics， trend analysis， monitoring and early warning of energy consumption of gas， electricity and water of enterprises， making great contributions to energy saving and efficiency improvement，energy utilization rate improvement and production efficiency improvement of enterprises. The management system can ensure that the data timely， convenient and accurate display to managers， and it is a kind of energy consumption management information system worthpopularizing.

Key words： intelligent energy consumption management system，architecture， energy saving and consumption reduction，design

1? 引言

智慧耗能管理系統(tǒng)采用高科技、信息化手段對(duì)用能企業(yè)的設(shè)備進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)報(bào)表、圖形及曲線制作、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管理以及能耗數(shù)據(jù)分析。通過(guò)以上程序來(lái)讓管理者了解企業(yè)耗能結(jié)構(gòu)及分析成本，可以為企業(yè)節(jié)能降耗措施選擇、方式優(yōu)化改進(jìn)提供方案和建議[1 ～2]。

2? 概況

2.1? 現(xiàn)狀

某裝備制造企業(yè)在能源計(jì)量手段及信息化系統(tǒng)建設(shè)方面相對(duì)滯后。該企業(yè)能耗形式結(jié)構(gòu)主要是水、電、氣三種能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該企業(yè)現(xiàn)有能源計(jì)量表86塊，分散在各生產(chǎn)車間及部門。

2.2? 需求分析

首先，該企業(yè)的能源計(jì)量統(tǒng)計(jì)大部分依據(jù)人工方式進(jìn)行，不僅統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)量大、統(tǒng)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)，還存在數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、能源浪費(fèi)及泄露發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、歷史數(shù)據(jù)無(wú)法查詢、無(wú)法實(shí)時(shí)報(bào)警等現(xiàn)象;其次，該企業(yè)在能源管理方面僅是對(duì)各類能耗的總表進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，而缺少各部門的能耗的詳細(xì)數(shù)據(jù)，造成的不良影響有無(wú)詳細(xì)的能耗數(shù)據(jù)、無(wú)法做節(jié)能分析及管控、不能根據(jù)能源超限情況進(jìn)行相關(guān)考核;再次，該企業(yè)由于計(jì)量表較多，存在統(tǒng)計(jì)計(jì)量設(shè)備數(shù)據(jù)時(shí)部分?jǐn)?shù)據(jù)未得到及時(shí)統(tǒng)計(jì)的現(xiàn)象，導(dǎo)致該企業(yè)能耗數(shù)據(jù)缺乏真實(shí)性、準(zhǔn)確性，有礙于對(duì)企業(yè)及時(shí)分析能耗系統(tǒng)平衡性及做出決策調(diào)整[3]。

以上現(xiàn)狀表明，該企業(yè)的能源管理需求已無(wú)法得到滿足。因此，該企業(yè)迫切需要一套完整的、智慧的耗能管理系統(tǒng)來(lái)為耗能統(tǒng)計(jì)分析、節(jié)能減排措施調(diào)整、年度考核提供參考依據(jù)。

3? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1? 系統(tǒng)架構(gòu)

該智慧耗能管理系統(tǒng)利用分層次方式進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)將業(yè)務(wù)邏輯及基礎(chǔ)服務(wù)分離設(shè)計(jì)，以最終實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。其系統(tǒng)架構(gòu)主要包括計(jì)量層、網(wǎng)關(guān)層、服務(wù)層及展示層（圖1 ）。

（1）計(jì)量層：通過(guò)在各廠區(qū)、生產(chǎn)車間、部門安裝必要的導(dǎo)軌表、電表、水表、燃?xì)獗硪约?ARCM 智慧終端來(lái)完成對(duì)相關(guān)能耗、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集工作。在采集數(shù)據(jù)時(shí)，也可根據(jù)需要利用人工手動(dòng)輸入或者其他各類方式收集能耗量的具體數(shù)據(jù)。同時(shí)，計(jì)量層利用的數(shù)據(jù)采集模塊為 TCP/IP 模塊。該模塊在完成數(shù)據(jù)采集后，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)儲(chǔ)存并上傳;具備實(shí)時(shí)采集及上傳功能，可以保證耗能數(shù)據(jù)獲取的及時(shí)性和便捷性。

（2）網(wǎng)關(guān)層：采用的是ANet系列智能網(wǎng)關(guān)。作為計(jì)量層與服務(wù)層的橋梁，可根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并采用以太網(wǎng)、RS485和 LORA 通信形式將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送給平臺(tái)系統(tǒng)。最終實(shí)現(xiàn)計(jì)量層與服務(wù)層數(shù)據(jù)的傳送、接收。

（3）服務(wù)層：通過(guò)能耗云服務(wù)來(lái)對(duì)網(wǎng)關(guān)層傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)接收并儲(chǔ)存。同時(shí)，通過(guò) Web 服務(wù)、 APP 服務(wù)隨時(shí)隨地查詢各類能耗數(shù)據(jù)。服務(wù)層獲取的數(shù)據(jù)也可以通過(guò)硬件上傳至展示層。

（4）展示層：利用門戶和統(tǒng)計(jì)圖表的方式對(duì)能耗進(jìn)行分析及評(píng)估后，再將結(jié)果進(jìn)行綜合展示、預(yù)報(bào)預(yù)警。同時(shí)，可對(duì)已收集的數(shù)據(jù)、分析結(jié)果以及管理者做出的決策調(diào)整進(jìn)行及時(shí)下發(fā);管理者可通過(guò)展示層按照廠區(qū)、部門、班次、時(shí)區(qū)等需求進(jìn)行相關(guān)能耗數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)。

3.2? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為保證靈活性和實(shí)效性，智慧耗能管理系統(tǒng)采用基于 B/S 與 C/S 結(jié)構(gòu)相融合的 Web 軟件系統(tǒng)（圖 2） 。其中，在 B/S 結(jié)構(gòu)的支持下，用戶可以隨時(shí)隨地對(duì)服務(wù)器資源及程序進(jìn)行訪問(wèn)。同時(shí)，無(wú)須下載相應(yīng)應(yīng)用程序，在系統(tǒng)擴(kuò)容方面也表現(xiàn)突出;C/S 結(jié)構(gòu)則能夠最大限度地提高計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度，操作簡(jiǎn)便，能確保用戶對(duì)數(shù)據(jù)的及時(shí)分析。采用基于 B/S 與 C/S 結(jié)構(gòu)相融合的 Web 軟件系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同區(qū)域、不同類型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的互相通信，是一個(gè)具備獨(dú)立性的軟件系統(tǒng);當(dāng)研發(fā)人員利用相異的應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)開發(fā)新的系統(tǒng)時(shí)，該 Web 軟件系統(tǒng)也可支持其訪問(wèn)，極大地提高了不同系統(tǒng)之間的信息實(shí)時(shí)共享效率。

3.3? 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）能耗綜合主界面

能耗綜合主界面可實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗數(shù)據(jù)的顯示、查詢、折算等功能。顯示功能是指對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果實(shí)時(shí)滾動(dòng)、曲線分析、地圖導(dǎo)航、時(shí)間計(jì)算等數(shù)據(jù)及信息的顯示;查詢功能是指按照區(qū)域、時(shí)間、產(chǎn)品進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)查詢;折算功能是指對(duì)各類能耗按照標(biāo)準(zhǔn)煤折算方式進(jìn)行能耗折算，以計(jì)算出企業(yè)單位面積上的具體能耗值，以供管理者參考。

（2）分項(xiàng)用能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

該功能可以將企業(yè)所有能耗按照每時(shí)、每日、每月、每年的時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，可利用各類表格、圖形等展示系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)，包括曲線圖、柱狀圖、餅狀圖等。利用以上方式可以對(duì)能耗數(shù)據(jù)大小、數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)、數(shù)據(jù)關(guān)系、數(shù)據(jù)分布等信息進(jìn)行直觀反映。

（3）支路用能趨勢(shì)分析

該功能主要是對(duì)各支路用能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。具體包括多區(qū)域支路、設(shè)備支路進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，以分析判定各支路用能情況;管理者則可根據(jù)支路用能趨勢(shì)反饋信息，有理有據(jù)制定節(jié)能決策及節(jié)能考核方式，最終落實(shí)企業(yè)節(jié)能降耗方案。同時(shí)，該功能還具備跟蹤、建檔能力，即可對(duì)設(shè)備運(yùn)行期間的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤記錄，包括對(duì)所有設(shè)備既往能耗值進(jìn)行儲(chǔ)存并建檔記錄，最終為設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)提供數(shù)據(jù)支撐。

（4）能耗數(shù)據(jù)同環(huán)比分析

該功能可以完成對(duì)不同類型的耗能設(shè)備在某個(gè)時(shí)間段（某月、某年）能耗值與往年或上月同期值進(jìn)行同環(huán)比計(jì)算分析。管理者可根據(jù)分析結(jié)果對(duì)該企業(yè)的節(jié)能措施進(jìn)行檢驗(yàn)，也可依據(jù)此結(jié)果對(duì)企業(yè)、生產(chǎn)車間、部門進(jìn)行節(jié)能績(jī)效核算及節(jié)能目標(biāo)調(diào)整。

（5）能耗數(shù)據(jù)分時(shí)統(tǒng)計(jì)

該功能的主要作用是讓管理者明晰不同時(shí)段的設(shè)備能耗情況。具體體現(xiàn)在可根據(jù)小時(shí)、天數(shù)、月份進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)分析，以準(zhǔn)確掌握各時(shí)段的具體能耗值。也可根據(jù)企業(yè)能耗的高峰期、平穩(wěn)期、低谷期進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，以提高能耗數(shù)據(jù)分析的真實(shí)性。

（6）能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警

該功能可對(duì)設(shè)備能耗數(shù)據(jù)超高、超負(fù)荷進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警。其實(shí)現(xiàn)基于在智慧耗能管理系統(tǒng)內(nèi)安裝高精度、智能化儀表，該儀表具備24小時(shí)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能;當(dāng)所監(jiān)測(cè)的能耗數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，則會(huì)啟動(dòng)預(yù)警裝置。同時(shí)，能夠按照其自動(dòng)匹配的信號(hào)要求向管理者提供合理管理方案，從而便于管理者及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)整節(jié)能方案。在完成一次預(yù)警后，其相關(guān)信息也會(huì)被主動(dòng)記錄在檔。

4? 系統(tǒng)特點(diǎn)及實(shí)效性分析

4.1? 系統(tǒng)特點(diǎn)分析

（1）展示性：針對(duì)企業(yè)節(jié)能降耗需求，該系統(tǒng)在展示界面的風(fēng)格形式、效果呈現(xiàn)上做到了簡(jiǎn)潔明了、信息齊全。同時(shí)，根據(jù)管理者日常需求習(xí)慣，可自動(dòng)調(diào)節(jié)界面風(fēng)格，體現(xiàn)了企業(yè)的個(gè)性化、專業(yè)化。

（2）實(shí)用性：該系統(tǒng)主要采集并分析能耗數(shù)據(jù)，以供管理者分析決策。其中，數(shù)據(jù)采集及分析全部由系統(tǒng)自動(dòng)完成，不會(huì)額外給企業(yè)增加數(shù)據(jù)采集及分析負(fù)擔(dān);操作簡(jiǎn)便，用戶學(xué)習(xí)、操作較為方便。

（3）兼容性：該系統(tǒng)具備操作與管理方便、兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)端口預(yù)留了可輸入及輸出接口，以便于對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行拷貝、上傳。

（4）可靠性：在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，利用了必要的技術(shù)方式來(lái)提升其軟件、硬件系統(tǒng)兼容性，以提高該系統(tǒng)的可靠性，從而確保該系統(tǒng)時(shí)刻處于正常溫度狀態(tài)下運(yùn)行。

（5）易維護(hù)性：該系統(tǒng)提供了與計(jì)算機(jī)顯示器相連接的功能，即維護(hù)人員利用鼠標(biāo)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)相關(guān)配置、管理的控制;具備后臺(tái)維護(hù)功能，即可在系統(tǒng)運(yùn)行期間利用后臺(tái)維護(hù)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)。

4.2? 系統(tǒng)實(shí)效性

通過(guò)采用智慧耗能管理系統(tǒng)，企業(yè)管理者可以通過(guò)能耗深度數(shù)據(jù)分析，結(jié)合能效評(píng)估方法，獲取系統(tǒng)、設(shè)備、工藝線等能耗及效率的實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備管理、成本核算、年度考核等提供決策依據(jù)。

通過(guò)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程的耗能實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)指標(biāo)的信息化、量化和系統(tǒng)化，大幅度提升了生產(chǎn)效率和節(jié)能降耗效果，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。具體指標(biāo)如下：設(shè)備利用率提升15～ 20%，勞動(dòng)效率提升 10%以上，電、水、氣的總體能耗節(jié)約率達(dá)18%。

5? 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)部分企業(yè)在統(tǒng)計(jì)能耗數(shù)據(jù)時(shí)，還是以人工定期統(tǒng)計(jì)為主，存在明顯的數(shù)據(jù)不齊、滯后等不足，無(wú)法為企業(yè)及時(shí)了解設(shè)備耗能情況提供準(zhǔn)確、清晰、及時(shí)的數(shù)據(jù)。為此，本文在分析某裝備制造企業(yè)需求的前提下，設(shè)計(jì)了一種智慧耗能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備總體用能、分項(xiàng)用能、支路用能的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、趨勢(shì)分析、監(jiān)測(cè)及預(yù)警功能;具有展示性、實(shí)用性、兼容性、可靠性、易維護(hù)性特點(diǎn)。通過(guò)采用該系統(tǒng)，該企業(yè)生產(chǎn)效率及節(jié)能降耗效果得到了大幅度提升，從而實(shí)現(xiàn)了增加了經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：

徐方超（1985—） ，本科，工程師，研究方向：信息技術(shù)。