淺談大數(shù)據(jù)時代智能工廠能源管理系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用
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，是現(xiàn)代信息技術(shù)在企業(yè)能源管理中的綜合應(yīng)用，是實現(xiàn)企業(yè)節(jié)約成本、降低能耗的重要舉措。簡述能源管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、設(shè)計依據(jù)、設(shè)計原則，詳細(xì)介紹智能工廠能源管理系統(tǒng)的設(shè)計模式—準(zhǔn)確計量的監(jiān)測電氣儀表設(shè)計、穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、滿足用戶多要求功能的平臺設(shè)計，即智能工廠能源管理系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)具備的內(nèi)容和功能，以期為大數(shù)據(jù)時代智能工廠能源管理系統(tǒng)的設(shè)計提供一點參考與借鑒。
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)測電氣儀表設(shè)計;數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計;能源管理平臺設(shè)計;節(jié)能降耗
0引言
如今，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(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，在全球智能制造熱潮工業(yè)4.0的影響下，我國也出臺了“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，意味著新一輪工業(yè)革命即將拉開序幕。我國作為制造業(yè)大國，應(yīng)抓住此次機(jī)遇，將我國由制造大國變成制造強(qiáng)國，在國際市場占據(jù)更大的份額，獲得更多的話語權(quán)，而以“互聯(lián)網(wǎng)+”和“智能制造”為內(nèi)核制定的“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，為我國制造業(yè)下一步的發(fā)展指明了方向和具體實施內(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)運用到生產(chǎn)過程的控制管理之中，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)，需要從計劃排產(chǎn)智能、生產(chǎn)過程協(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)量過程控制智能、決策支持智能幾個方面進(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能源管控中心系統(tǒng)對工廠用能單位及供應(yīng)源頭實施數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控，進(jìn)而實現(xiàn)工廠能源的管控。
國務(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》(國發(fā)〔2016〕74號)(簡稱《通知》)指出，要加強(qiáng)工業(yè)節(jié)能。鼓勵企業(yè)實施能效趕超，加強(qiáng)能源管理，特別是重點耗能行業(yè)的企業(yè)更應(yīng)當(dāng)開展能效對標(biāo)行動，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、診斷、統(tǒng)計等技術(shù)來完善自身的能源管理體系?！锻ㄖ愤€提出，力爭到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)到或接近世界先進(jìn)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)中的核心競爭力。另外，2021年11月1日起即將實施的《工業(yè)企業(yè)能源管控中心建設(shè)指南》(GB/T40063—2021)對各工業(yè)企業(yè)的節(jié)能減排和能源管理提出了更高的要求。
1能源管理系統(tǒng)概述
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能源管控中心系統(tǒng)(EnergyManagementSystem，簡稱EMS)對工廠用能單位及供應(yīng)源頭實施全面數(shù)據(jù)采集、實時監(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)合實現(xiàn)節(jié)能減排的重要手段，通過自動化、信息化和集約化管理模式，對能源的生產(chǎn)、輸送、分配和使用環(huán)節(jié)實施集中監(jiān)控管理和優(yōu)化配置;EMS是推動企業(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)實施集中扁平化動態(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)裝備自動化、生產(chǎn)過程管控成為一體的工廠級管控體系。
1.2能源管理系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)
能源管控中心系統(tǒng)(EMS)設(shè)計所遵守的標(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)、《用能單位能源計量器具配備和管理通則》(GB17167—2006)、《綜合能耗計算通則》(GB/T2589—2020)、《石化企業(yè)節(jié)能量計算方法》(GB/T32040—2015)、《制造資源計劃MRPⅡ系統(tǒng)原型法軟件開發(fā)規(guī)范》(JB/T6987—2013)、《電力工程電纜設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50217—2018)、《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》(GB50174—2017)、《自動化儀表工程施工及質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50093—2013)、《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》(GB50311—2016)、《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(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)計原則
(1)先進(jìn)性、成熟性和實用性原則。根據(jù)不同能源系統(tǒng)的工藝特點，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)計的系統(tǒng)在較長時間內(nèi)保持技術(shù)的先進(jìn)性和運行的安全穩(wěn)定性;同時，設(shè)計時不僅要求系統(tǒng)能夠滿足企業(yè)目前的需要，而且需適應(yīng)企業(yè)未來發(fā)展的需要。
(2)可靠性原則。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可實現(xiàn)全年、全天24h的連續(xù)運行。
(3)可操作性原則。具有先進(jìn)且友好的人機(jī)操作界面，可實現(xiàn)信息共享，有便于查詢使用的數(shù)據(jù)庫等。
(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)的整體運行效率。
(5)實時性原則。設(shè)備與終端信息交互快，可實現(xiàn)多終端實時監(jiān)控。
(6)完整性原則。依靠設(shè)計過程中的良好集成和完善配置，實現(xiàn)系統(tǒng)運行信息和功能的完整、全面，充分滿足能源的生產(chǎn)、供需平衡、調(diào)度、計量、能效分析等管理需求。
(7)安全性原則。通過在系統(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，在設(shè)計時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、硬件選型和軟件系統(tǒng)開發(fā)等方面通盤考慮通用性、兼容性、開放性;出現(xiàn)局部故障時，運行維護(hù)人員能及時發(fā)現(xiàn)問題并處理，避免影響整體系統(tǒng)的運行。
2能源管理系統(tǒng)設(shè)計模式
能源管控中心系統(tǒng)(EMS)主要針對企業(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。為實現(xiàn)以上功能，需要進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容主要包括電氣儀表的設(shè)計、傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、監(jiān)管平臺應(yīng)用的設(shè)計。
在工業(yè)領(lǐng)域，EMS實質(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)控中心計算機(jī)主站、通信通道和現(xiàn)場各種遠(yuǎn)程終端單元，其能夠?qū)崿F(xiàn)對工廠各單元的設(shè)備等進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制及保護(hù)，并能與工廠管理信息系統(tǒng)(ManagementInformationSystem，簡稱MIS)連接，以提高工廠管理的自動化水平。
一個優(yōu)秀的能源管理系統(tǒng)設(shè)計，需要從三個方面進(jìn)行考慮，即計量的監(jiān)測電氣儀表設(shè)計、穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、滿足用戶多要求功能的平臺設(shè)計。
2.1監(jiān)測電氣儀表設(shè)計
能源管控中心系統(tǒng)(EMS)所需的數(shù)據(jù)大多是通過安裝在設(shè)備上的監(jiān)測儀表采集并由傳感器傳輸來的硬件數(shù)據(jù)，為使系統(tǒng)能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地獲取各種監(jiān)控數(shù)據(jù)，EMS設(shè)計選型時應(yīng)使現(xiàn)場監(jiān)測單元具備監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠、滿足使用條件并能及時反映控制參數(shù)狀態(tài)的特點。儀表的選型，滿足生產(chǎn)需要的同時應(yīng)盡可能提高監(jiān)測的精確度，保證工藝控制參數(shù)能準(zhǔn)確、實時反饋，并滿足所在環(huán)境的安全防爆等要求。
為實現(xiàn)各種監(jiān)控要求，設(shè)計應(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算機(jī)(又稱單片機(jī))為主體，將計算機(jī)技術(shù)與檢測技術(shù)有機(jī)結(jié)合而成的新一代智能化儀表，是未來建設(shè)智能工廠必不可少的硬件條件之一。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，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的多平臺、多終端共享與使用;同時，監(jiān)測電氣儀表設(shè)計還需考慮今后技術(shù)升級所要求的擴(kuò)展性。
2.2數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
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，以及通過網(wǎng)絡(luò)控制器和設(shè)備控制箱等實現(xiàn)串口協(xié)議信號向TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至控制器、服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行處理、統(tǒng)計、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)同時設(shè)計的，工廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將各種服務(wù)器、自動生產(chǎn)控制設(shè)備、辦公計算機(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，兩條線路可實時、自動進(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臺或2臺以上設(shè)備組成，當(dāng)其中一臺出現(xiàn)故障時，另一臺自動接替其工作，且不會引起其他節(jié)點的路由表重新計算，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?，為?yīng)對這一問題，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持區(qū)分服務(wù)模型機(jī)制，根據(jù)用戶所在網(wǎng)段、應(yīng)用類型、流量大小等自動進(jìn)行業(yè)務(wù)分類，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類業(yè)務(wù)的急速膨脹;端口密度擴(kuò)展應(yīng)能滿足網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時設(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、無線補(bǔ)充的方式使多終端無縫接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)訪問業(yè)務(wù)和共享數(shù)據(jù)。廠區(qū)中辦公區(qū)工位、生產(chǎn)車間等均需部署有線信息點，且接入點需要預(yù)留實際接入數(shù)量25%的點數(shù)。無線AP(無線接入點)主要采用雙星型冗余組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將無線AP連接至接入交換機(jī)，無線控制器連接至核心交換機(jī)，用戶通過無線控制器和無線網(wǎng)絡(luò)管理軟件實現(xiàn)對所有無線AP設(shè)備的集中管理，而且選擇的無線接入需要支持無線轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)無線WiFi的廠區(qū)覆蓋?；ヂ?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，需特別注意針對互聯(lián)網(wǎng)的安全防護(hù)———設(shè)置DMZ隔離區(qū)，使外網(wǎng)無法直接訪問企業(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)需要通過防火墻、IPS訪問服務(wù)器;在DMZ隔離區(qū)域內(nèi)部署VPN網(wǎng)關(guān)，方便用戶遠(yuǎn)程辦公使用，同時不失安全性。在互聯(lián)網(wǎng)出口部署熱點緩存設(shè)備，實現(xiàn)外網(wǎng)資源內(nèi)網(wǎng)化;針對網(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能源管理平臺設(shè)計
智能工廠能源管理平臺的主要功能是綜合監(jiān)控與基礎(chǔ)能源管理，通過將設(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，實現(xiàn)對能源供需的判斷處理與提高勞動生產(chǎn)率的調(diào)整，在客觀信息基礎(chǔ)上對能源實績進(jìn)行分析和評價。
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)時間及故障記錄、工藝與設(shè)備故障報警與分析等功能。
基礎(chǔ)能源管理功能包括能源計劃管理、能源對標(biāo)管理、能源平衡管理、能源質(zhì)量管理、能源綜合分析、能源運行支持管理等。該部分是能源管理過程信息化的應(yīng)用平臺，其功能是解決能源管理各核心業(yè)務(wù)的主要問題，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，對能源生產(chǎn)、使用、過程、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、人員及用戶管理等提供信息查詢，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的全面、規(guī)范、精細(xì)化管理?；A(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，是能源管理中心的離線數(shù)據(jù)中心、報表與統(tǒng)計展示平臺、對比分析平臺、決策平臺、無紙化辦公平臺。具體而言，智能工廠能源管理平臺需實現(xiàn)的功能如下。
(1)能耗實時監(jiān)控。通過能源流程圖(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)控畫面、歷史趨勢、報警等實時監(jiān)控能源系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
(2)能耗統(tǒng)計分析。報表統(tǒng)計分析是衡量能源管理系統(tǒng)運行質(zhì)量的主要依據(jù)，能夠通過系統(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)備的各項指標(biāo)，全面呈現(xiàn)系統(tǒng)的能耗情況、設(shè)備情況、報警統(tǒng)計、運行統(tǒng)計等，為故障診斷、量化評比、生產(chǎn)決策提供科學(xué)依據(jù)，并可通過分析確定重點耗能設(shè)備，以加強(qiáng)重點耗能設(shè)備的管理力度。
(3)能源報警管理。能源管理系統(tǒng)出現(xiàn)異?；驁缶瘯r，企業(yè)能夠通過綜合監(jiān)控作出及時、快速、準(zhǔn)確的判斷及處理，把因能源系統(tǒng)故障引發(fā)的事故影響降到最低，確保能源供應(yīng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行;同時，可以對一段時間內(nèi)系統(tǒng)記錄的報警信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，獲取設(shè)備詳細(xì)報警信息，以便對設(shè)備作出預(yù)測性維護(hù)決策。
(4)能源計劃管理。企業(yè)可以建立能源網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)能源供需平衡，進(jìn)而編制能源供需計劃，作為生產(chǎn)經(jīng)營管理過程中制定能源消耗計劃或外購計劃的依據(jù)。
(5)能源對標(biāo)管理。通過對年度、季度、月、周、日、班組等的綜合能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析，實現(xiàn)產(chǎn)品單耗、廠級能耗、車間能耗、班組能耗的多角度分析，對標(biāo)行業(yè)能耗先進(jìn)水平，及時進(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)工廠對電能、蒸汽、水等的質(zhì)量、消耗要求，設(shè)定預(yù)警、報警值，對能夠反映能源、介質(zhì)質(zhì)量的數(shù)據(jù)及時進(jìn)行監(jiān)控、分析，提前針對能源質(zhì)量問題采取應(yīng)對措施，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。通過能源管理的調(diào)度決策功能，能源調(diào)度管理人員可以對系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)、運行情況、各相關(guān)系統(tǒng)的運行工況、能源供需平衡的動態(tài)趨勢、調(diào)度日志、運行事故預(yù)案等進(jìn)行全面監(jiān)控，平臺可以根據(jù)系統(tǒng)記錄的歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)建立起來的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行過濾、整理，自動分析、計算、統(tǒng)計、分類、顯示，預(yù)測能源在未來一段時間內(nèi)的自產(chǎn)、外購和消耗情況，以幫助調(diào)度人員發(fā)現(xiàn)能源供需不平衡的趨勢及運行趨向，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 AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺
3.1平臺概述
AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺集變電站綜合自動化、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。同時引入先進(jìn)技術(shù)，配合廠務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化，簡化全廠管理，并利用實時數(shù)據(jù)，優(yōu)化能效并預(yù)防風(fēng)險，保障關(guān)鍵制造設(shè)備的穩(wěn)定運行和良品率，降低綜合成本，最終達(dá)到高效運營和卓越制造的目的。
3.2平臺組成
安科瑞AcrelEMS-SEMI電子廠房管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所綜合自動化、電能質(zhì)量監(jiān)測與治理、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)測系統(tǒng)、新能源充電樁、預(yù)付費系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對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，同時滿足廠房用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。
3.3平臺拓?fù)鋱D
4平臺子系統(tǒng)
4.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對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0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。
4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理
監(jiān)測各進(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)擾動方向。
配置有源濾波裝置和無功補(bǔ)償裝置對0.4kV側(cè)電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償和治理，并監(jiān)測有源濾波裝置和無功補(bǔ)償裝置運行情況，確保電能質(zhì)量符合生產(chǎn)要求。
4.3變電站綜合自動化
變電站綜合自動化系統(tǒng)主要針對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變電站綜合自動化系統(tǒng)子站，實現(xiàn)本地遙測、遙信、遙控、報警、報表等功能，并把數(shù)據(jù)上傳至AcrelEMS-SEMI能效管理平臺，實現(xiàn)集中監(jiān)測和報警。
4.4電氣安全
AcrelEMS電子廠房能效管理系統(tǒng)針對配電系統(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)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預(yù)警。
4.5智能照明控制
單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、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)為工廠搭建計量體系，顯示能源流向和能源損耗，通過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、監(jiān)測區(qū)域、車間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時間、設(shè)備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對工廠用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標(biāo)對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。
4.7充電樁管理
電動汽車和電瓶車充電樁管理，包括收費管理、資產(chǎn)管理。
4.8職工公寓管理
對廠區(qū)內(nèi)職工宿舍進(jìn)行負(fù)載管理，包括惡性負(fù)載識別管理、負(fù)載閾值管理，避免因為惡性負(fù)載引起火災(zāi)。對員工宿舍進(jìn)行水電收費管理，支持微信、支付寶等繳費方式，采集職工宿舍能耗數(shù)據(jù)。
5相關(guān)平臺部署硬件選型清單
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)付費系統(tǒng)硬件配置方案
6結(jié)束語
伴隨知識經(jīng)濟(jì)時代的來臨，驅(qū)動當(dāng)前社會變革的不僅僅有互聯(lián)網(wǎng)，還有無處不在的計算、數(shù)據(jù)和新知識等。智能工廠的構(gòu)建實際上是信息技術(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、與時俱進(jìn)，以推動智能管控、智能決策、智能生產(chǎn)的實現(xiàn)。
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