煙草企業MES系統能源管理模塊研究與應用

李龍勛 于志偉 朱江

摘要：在現代化生產企業中，能源系統負責為生產部門提供長期穩定的，滿足工藝要求的生產環境。動力能源系統的持久穩定和效率高低直接關系到企業生產的質量和企業的經濟效益。該文對能源系統的監控、數據采集、能源管理流程優化進行了研究并開發了能源管理功能模塊，實際應用結果證明其能夠提升企業的能源管理水平。

關鍵詞：能源管控；MES；ERP；能耗管理；數據采集

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）28-0060-03

Research and Application of Energy Management Module for MES System in Tobacco Enterprises

LI Long-xun1， YU Zhi-wei1， ZHU Jiang2

（1.Jilin Tobacco Industry Limited Liability Company， Yanji 133000， China； 2.Shenyang Institute of Automation， Chinese Academy of Sciences， Shenyang 110016， China）

Abstract： In modern production enterprises， the energy system is responsible for providing the production department with a long-term stable production environment that meets the process requirements. The long-term stability and efficiency of the power energy system is directly related to the quality of the production of the enterprise and the economic benefits of the enterprise. This paper studies the energy system monitoring， data collection， energy management process optimization and develops the energy management function module. The actual application results prove that it can improve the energy management level of the enterprise.

Key words： energy management； MES； ERP； power management； data collection

1 引言

目前國內能源管理研究多集中于耗能量大的冶金、鋼鐵、煉油等產業中，由于能耗在生產成本中所占比例很高，上訴行業一直致力于降低能耗方面的研究，力求能降級能源成本。在能源占成本比例較小的其他行業中，能源管理應用程度偏低[1]。

MES在煙草行業中已經普及，但在在煙草行業中MES的能源管理模塊應用水平普遍低于上述行業，主要包括數據獲取、數據展示等功能模塊。國內已經投入使用的基于MES的EMS（Energy Management System）系統，主要包含數據獲取、數據校驗、統計平衡、數據展示、數據分析等功能模塊[2]。

2 能源管理模塊概述

能源管理模塊功能主要是對工廠的能源使用進行管控，從上層的ERP系統接收能源計劃，從下層的能源設備監控系統獲取能源使用數據，制定能源使用計劃和能源設備啟用計劃，管理能管部門各班次工作計劃。具體可劃分能源基本信息管理、能耗信息獲取、能耗計劃制定、能源設備使用計劃制定、多層次能源使用信息展示、能耗綜合分析、能耗預測等七個功能模塊[3]。

3 煙草MES能源管理模塊設計

煙草企業MES系統能源管理模塊與能源管理模塊基本一致，能源管理模塊的基本信息管理包括部門信息維護、能源設備信息、能源信息管理、能源計量信息管理、儀表信息管理、耗能公式維護、儀表數據維護。能源基本信息是能源管理模塊的基礎，需要定期維護[4]。

能管部門信息維護管理能管理運營需要的信息，包括工作班次、工作人員等信息。能耗部門維護主要維護各耗能部門信息，如制絲車間、卷包車間等。能源信息維護主要維護能源種類、能源計量單位、能源儲量、能源計價單位等信息。儀表信息維護主要管理現有的所有儀表及其相關信息，包括儀表廠家、儀表有效使用日期、儀表維護信息等信息。儀表用途維護管理儀表使用用途，包含儀表與能源關系。儀表與部門關系管理儀表與部門間的對應關系，每個部門可以包含多個儀表，每個儀表也可以隸屬于多個部門。耗能計算公式維護生產與能源使用間的計算公式，此處的維護是基本信息維護，在能耗計劃中MES會根據此處能耗計算公式和能耗和生產已有數據推導出新的生產和能源使用計算方式。

3.1 能耗計劃

能耗計劃的主體是能耗使用量，主要功能是制定能源使用計劃，能耗計劃有多重粒度，從上至下可以看作倒樹形式，可以根據計劃時間、能源種類、使用部門、設備、產品來制定能源使用計劃。上層ERP向MES能源管理模塊發送能源計劃，由ERP發送的能源計劃包含年度、月、季度等能源計劃，ERP發送到MES的計劃區分能源種類。對于收到的ERP計劃，通過計算處理將計劃詳細劃分到部門、車間，形成詳細的能耗管理計劃。

3.2 設備使用計劃

設備使用計劃管理各部門各能源設備的使用計劃，即能源設備調度計劃，包括設備何時啟動，啟動時間等。對于一個批次的生產計劃，有多重設備啟動方案，當設備長時間運行會對設備生命周期產生影響，不同設備消耗能源量和動力供應量也不同，需要在各個因素間進行取舍已達到最優化目的。MES能源管理模塊根據生產計劃，設備自身因素，設備運行情況動態制定設備使用計劃，能管部門工作人員可以對MES系統制定的設備啟用計劃人工進行修正，最終制定出可執行的設備啟用計劃。

3.3 多層次能源使用信息展示

能源信息展示功能將能源使用情況按照不同需求和不同層次進行展示，按照時間劃分可以按照年、季度、月、旬、日進行展示，按照部門展示可以按照制絲車間、卷包車間等能耗部門進行展示，按照能源種類展示可以按照煤、天然氣、水、電等能源進行展示，能將各階段能源使用情況形成對比。

能源信息展示根據需求首先在頁面中進行信息展示，對于統計型數據采用報表形式進行數據展示，報表包含打印功能，對于對比型數據采用圖形化的數據展示方式進行數據展示，圖形化展示包括統計常用的條形圖、餅狀圖和走勢圖等。

3.4 能耗綜合分析

根據生產過程中的生產數據、物料數據、設備數據，利用采集到能耗信息，按照國家、行業、生產廠的分析體系，進行綜合能耗分析，獲得工廠的實際能耗分析報告，找出能耗關鍵點，為提高用能效率提供支持[5]。

4 能耗數據的獲取

能源管理的基礎是能源數據的采集，只有數據采集完整，才能保證系統管理的準確。能源管理模塊的外部數據來源主要有四個渠道，ERP系統、MES系統、PCS等底層數據采集系統采集到的數據和能管部門工作人員錄入的數據。

4.1 ERP傳入數據

能源管理模塊接收ERP制定的能源使用計劃、能耗設備使用計劃等信息，制定能耗設備啟用計劃，并將能耗設備的能耗使用情況做處理分析后反饋到上層ERP系統。

4.2 MES系統傳入數據

能源管理模塊需要從人員和部門管理模塊中獲取人員和部門信息，需要從計劃模塊中讀取生產計劃以便預測能耗使用量和制定能耗設備啟用計劃，需要從物料模塊讀入能源剩余量以便制定能耗設備啟用計劃，需要從生產模塊讀取實際產成品的數量等。

4.3 人工錄入數據

能源管理模塊很多數據需要人工錄入，包括確認信息和錄入信息等，在系統初始化時，也需要人工錄入部門人員配置、人員職責、能耗設備、能耗設備所屬部門、能耗信息、能耗設備與能源的使用關系等信息。由于PCS等底層數據采集系統不能記錄所有能耗信息，某些能耗信息也需要人工錄入，包括PCS等底層數據采集系統采集的異常數據。另外，由MES系統制定的能源管理計劃和能源設備啟用計劃同樣需要人工確認或調整。

4.4 PCS等底層數據采集系統

PCS等數據采集系統采集到的能源設備能耗使用實施數據通過存儲到數據庫的方式傳輸給MES能源管理模塊，MES能源管理模塊對PCS傳輸的數據進行統計和分析，通過統計得出能源使用情況，通過分析得出能源與生產的關系模型和能源使用計劃及能源設備啟動計劃[6]。

5 能源管理模塊的實現

5.1 能源管理具體要求

煙草企業的能源管理，需要獲取能源管理模塊每日能源統計表單，形成全廠、各車間及其他區域每日、月、年耗能統計表，統計表按能源種類進行分類，提供按時間段能源消耗統計查詢界面，界面數據可導出。按日、月、年形成各區域耗能統計表，各區域內再按機臺位置進行分類統計，統計表按能源種類進行分類，提供按時間段能源消耗統計查詢界面，界面數據可導出。具體內容包括：開始日期、結束日期、用量、單位。按年形成能源消耗統計臺帳。包括各種能源當月消耗總量、生產耗能量、非生產耗能量以及上述各量折標后數量。按月、年形成能源單耗消耗統計臺帳、單耗消耗趨勢圖及單耗同期對比圖。按查詢時間段形成能源消耗統分布圖及各類能源消耗分布圖，如圖2所示。能源消耗分布圖指各類能源折成標煤后全廠占比，能源消耗分布圖包括蒸汽、電、柴油、水、壓縮空氣。設置各類能源單耗預警線，當實際生產消耗達到預警線時發出警報。

5.2 能源管控實現方式

MES能源模塊與能源管理模塊接口數據以工業以太網進行數據異步通訊。應用軟件發布完成其特定業務需求的在線應用服務，其他應用軟件能夠通過網絡來訪問并使用這項在線服務。通過開放數據庫訪問權限，共享MES能源管理模慢動作中的視圖、數據表和存儲過程等數據庫資源。

系統開發需要考慮企業的實際情況，采用XML和代碼托管技術開發，使能源管理模塊具有低耦合、可重用、獨立開發的特性。開發時采用視圖與模型分離的架構，使系統架構中的組件模塊具有熱插拔的特性。開發平臺的選擇應該優先考慮穩定性和安全性，我們選擇微軟公司的.NET平臺和C#語言開發，不但滿足需求，而且還具有一定的可移植行。數據庫的選擇應該與MES系統同步，不應該再增加一套數據庫系統，這樣會增加使用和管理的復雜度，而且安全性也降低了。

6 結論

如圖3所示，能源管控模塊目前已經完成開發并在企業進行了實際應用，在經過了一段時間的使用后，企業的能源消耗有了明顯的降低。

通過能源管理模塊的應用，將分散于各部門和車間現場的生產重要參數和能耗數據進行集中監控，準確、及時、全面的了解和掌握現場的情況。同時，對生產過程中出現的異常狀況進行及時干預，提高了能源質量、使能耗信息統計得以即時化、生產實現精細化，滿足了企業的實際需求。

參考文獻：

[1] 朱敏. 卷煙企業能源與環境信息系統的建立與應用[D]. 青島：青島大學，2012.

[2] 劉振奎. 煙廠能源管理與信息監控系統平臺的開發應用[J]. 現代工業經濟和信息化， 2017（10）.

[3] 孫學軍. 基于煙草生產的能源消耗預測模型研究[J]. 安全與環境學報，2016（6） .

[4] 黃寶莉. 寶雞卷煙廠節能降耗方案研究[D]. 西安：西北大學.2015.

[5] 葉校圳，林孟琰，曾靜，蔡藍燕. 濕膜加濕及溫濕度獨立控制技術在卷煙廠空調系統中的應用[J]. 煙草科技， 2017（2） .

[6] 陳玉濤. 基于現場總線的儀表自動化檢測系統研究[J]. 工業控制計算機，2016（7）.

【通聯編輯：梁書】