EMS軟件功能的設計

摘? 要： 以某公司EMS軟件設計為背景，進行系統功能模塊的確定。在確定模塊的基礎之上，進行模塊功能的分析與設計，以實際應用為背景進行軟件實現，最終完成EMS的系統設計工作。經驗證，EMS上線后，滿足既定的節能降耗的目標，大幅提高人員生產效率，噸鋼能耗下降10%以上。

關鍵詞： 鋼鐵行業; 節能降耗; EMS; 軟件設計; 界面實現

中圖分類號： TP 311.52? ? ? ? ? 文獻標志碼： A? ? ? ? ? 文章編號： 1671-2153（2019）01-0098-04

0? 引 言

如何保證能源需求與供給的可靠穩定已經成為我國最為關注的問題之一;如何解決較低單位能耗與較高的經濟發展之間的矛盾越顯突出[1-4]。本文以信息技術為重要支撐，努力提高鋼鐵行業能源利用效率與管理水平，以期實現社會的可持續發展。

能源管控系統（以下簡稱EMS，Energy Management System）是利用信息化與自動化技術，對企業能源生產消耗的全流程的實現集中式扁平化的動態監控與數字化管理，可以實現能源消耗預測、能源產用平衡、能源全流程優化等目標[5-6]。

EMS能夠實現生產與管理的相互統一，具體包括：降本增效，節能將耗，內部管控，系統運行，后續系統發展。本文將主要集中于EMS系統軟件部分的模塊功能的設計，以期確保初始系統設計目標的實現。

1? EMS軟件功能模塊設計

能源管控工作需要與生產流程、設備檢修等多因素密切相關，所以系統在設計初期就提出應能夠與ERP系統進行協同工作，以期實現真正意義上實現無縫集成，以便于科學高效的利用各種能源介質[7]。

因此，本文設計的EMS通過中間件與Web Service的方式，可以直接調用ERP中的生產計劃與實績、能源介質和物流信息等數據，實現既定的與ERP無縫集成目標。此外，考慮到生產的需要，本文將EMS與現場設備進行直接相連接的，系統通過I/O服務器對于現場設備進行操作，進行能源供需計劃與實績的上傳與下達，進行現場設備狀態的在線實時監控，具體的系統結構如圖1所示。

1.1? 能源計劃和實績管理模塊

能源計劃和實績管理模塊主要分成幾個不同部分，其中能源計劃主要進行能源計劃的數據的收集與維護，如生產計劃與實績數據、能源介質數據與物流數據等，進而利用模型計算來分析能源消耗情況，以期實現能源計劃的管理，該部分的重點涉及到與ERP系統接口部分，在1.3中有詳細的論述。此外，該部分還涉及到計量點數據的管理與實績管理。

1.1.1? 計量點管理

對于各種能源介質的計量簡稱為計量點，計量點的信息主要包括有計量點的編號、名稱與別名等信息，系統支持操作人員進行計量點基礎數據的維護，當實際需要時能夠進行計量點信息的查詢、新增、修改與刪除。

實際維護過程中應注意保證計量點編碼應當與預先設定的I/O服務器采集數據點保持一致，以減少系統維護的工作量。同時，考慮到現場生產的實際需要，對于系統中尚不具備采集條件計量點，系統支持人工錄入的方式進行解決，當后期系統完成后，在I/O服務器中增加該計量點信息以便于數據上傳，達到減輕工作人員的工作量的目的。

I/O服務器以小時為單位，將各采集點數據保存起來，EMS每日定時（每日24時）自動進行計算，得出前一日各計量點的日累計值、日最大值、日最小值、日平均值等數據，其中計量點日累計值數據在系統中作為能源實績計算的基準數據。

此外，考慮到設備可能存在的異常，這會造成計量點數據的不準確，系統提供計量點日累計值修正功能，保證數據能夠真實反映實際生產情況。這里應考慮人員舞弊等因素，應當限制該功能的使用，保證數據的真實準確性，并將該操作人員的操作信息進行記錄，以便于日后明確劃分各相關責任人的責任，這方面的內容會在系統配置管理中進行論述。

1.1.2? 實績管理

該部分主要是對各種能源介質的使用分配情況進行統計與分析，具體涉及到使用量、損失量、回收量等等，并按需生成必要的實績報表。此外，考慮到系統的擴展性與完整性，系統支持用戶進行基礎信息的查詢、新增、修改與刪除，以達到滿足系統不停變化的需要。圖2為實績管理的流程。

圖2中，日計量數據指的是經計量點管理模塊每日計算后得到的數據，結合到本模塊的供需實績項目維護后，利用公式計算得出每個供需實績項目的數值，最終匯總形成實績報表。

工序工位信息維護主要包括查詢、增加、修改和刪除功能，后期系統發生變化時，用戶能夠通過系統增加工序工位。此外，系統還對工序工位進行了相關屬性的定義，如該工序是否參與分析預測、工序使用狀態（使用/停用）等信息，以滿足后續其他模塊開發的需要。

能源介質信息的維護與工序工位信息的維護基本一致，此處不做過多的論述。供需實績項目的維護是依據各工序能源介質種類以及能介屬性， 結合數據具體來源以及來源項之間組合，進而制定出具體項目的計算公式。

日實績數據計算是利用供需實績項目配置各項計算公式，結合各種能源介質數據匯總計算，統計出各個工序下每種能源介質的日實績消耗數據，為生成日實績報表做準備。日實績計算在每天凌晨（略晚于計量點管理中日累計值數據計算的時間）自動計算前一天的日實績數據。

1.2? 能源分析與支持管理模塊

本部分可以通過歷史數據進行分析與挖掘，以直觀的形式展現出來，實現指導能源管理工作的目的，提升能源管理水平與提高能源管理效率，流程如圖3所示。

圖3中，能源計劃分析通過某一段時間（如月）的能源計劃、能源實績的對比，來檢查能源計劃編制的合理性及精確性，提高能源計劃的編制水平。能源實績分析用來評價能源消耗完成情況，確定能耗水平是否得到改善。工序能耗分析主要是通過各生產工序的噸鋼綜合能耗的對比分析，確定各工序的能耗水平。生產工序能耗預測是利用模型結合生產計劃預測出未來的噸鋼綜合能耗，便于管理層進行生產決策。經濟指標對比分析是指通過與行業類標桿企業的對比或者與自身前期進行對比，明確公司整體的能耗利用水平，確定下一步的能源優化方向。

1.3? 能源質量管理模塊

本部分主要依據在線檢測儀表或者企業檢化驗部門對于能源介質的檢驗數據，實現能源介質質量的在線實時監控，避免非標能源介質的使用，確?？傮w能耗的可控以及能源供應的可靠。

系統設計到的能源質量管理主要包括有水與煤氣質量，這部分主要采用人工輸入的方式進行維護，后期可根據實際進行補充。此外，考慮到環保的要求，將公司原有環保系統中測量的實時數據進行在線顯示，即直接讀取原有系統數據庫中實時數據然后進行顯示的方式的來呈現。圖4為能源質量管理的流程。

1.4? 系統設備管理模塊

系統設備管主要是對系統范圍內重點能源設備的基本信息、運行狀態與維修信息等的管理，其中重點用能設備包括有空氣壓縮機、變壓器、水泵、煤氣加壓機、鍋爐、鼓風機、煤氣柜、球罐與汽輪機等等。其中，對于某些重大的能源設備，系統實現在線運行狀態的監控，特別是緊急情況下能夠快速做出判斷，由I/O服務器下達指令來保證現場生產的安全。

1.5? 系統配置管理模塊

系統配置管理主要是進行用戶管理、權限配置、畫面配置與日志查詢等功能。用戶管理供管理員進行用戶信息的維護，其中用戶登陸初始密碼設置為固定值。結合到權限配置，用戶新增過程中需要進行功能組與所屬職能部門配置，前者確定用戶的權限，后者確定用戶所屬的部門以便于用戶的維護。

系統通過將擁有相同操作權限的用戶共同設置一個操作組，然后對操作組進行系統操作權限的分配，實現不同用戶登陸系統擁有不同得的操作權限，也便于后續進行整體的權限配置管理。權限配置流程如圖5所示。

日志查詢是系統中比較重要的部分，EMS通過對于用戶在操作過程中行為的記錄，將所有的用戶關鍵操作進行記錄與存儲，用戶可以依據不同的條件進行操作日志信息的查詢。

2? 系統接口設計

如圖1系統結構所示，EMS需要與ERP進行通訊，獲取必要的生產計劃與實績數據、能源介質數據和物資信息數據等，因此需要考慮EMS與ERP系統之間的接口設計。此外，EMS與現場設備的通訊采用I/O服務器的方式，所以這里不對這部分做過多的描述。

如文獻[6]中論述，異構系統之間的通信一般可采用Web Service、中間件、共享數據庫與共享文件等方式來進行，本文采用的Web Service與中間件兩種方式相結合的方式來進行。

其中，EMS獲得ERP系統生產管理與能源介質管理模塊采用SAP XI/PI中間的方式進行通訊，與物流管理模塊采用Web Service的方式進行通訊。具體的通訊方式的配置，以及具體的軟件開發過程本文不做過多的論述，本文主要關注于數據的獲取時間參數的確定。

2.1? 中間件模式

某公司生產部每月在ERP中制定下月生產計劃，EMS每月月底24時定時自動接收下月各生產工序生產計劃數據，以便于EMS確定能源計劃。每月3日18時EMS自動向ERP發出請求，獲取上月各工序產品結算產量數據，以供EMS能源計劃與實績管理模塊使用。

2.2? Web Service模式

物資采購部門、物資管理部門定期維護ERP中的物資量采購、庫存、使用與計量等信息，EMS每月3日18時向ERP發出申請，請求發送上月的物資信息中燃料部分的所有數據，以供EMS能源計劃與實績管理模塊使用。

3? 結果與展望

本文完成EMS的功能模塊的設計工作，從EMS系統結構出發，進行了比較詳細的闡述。同時，考慮到異構系統的通訊，進行了系統接口論述。EMS經過現場調試與試運行，已投入正常生產，取得多方用戶的一致好評。經過用戶進行實測統計，系統上線后使得每噸鋼能耗下降10%以上，已達到每噸鋼的煤耗為593.3 kg的歷史最佳數值。

EMS在能源計劃和實績管理模塊與能源分析與支持管理模塊中尚存在不足，部分模型的構建尚有很大的改進余地，特別是生產單元發生重大變化時，模型中變量需修正的數量過多，可以采用更加先進的模型算法，提高系統的魯棒性、自適應性，降低后續用戶進行系統維護的工作量。

總之，EMS的開發與實施使得公司的能源管理水平得到進一步的提升，實現了既定的企業整體節能降耗、降本增效的初始目標。

參考文獻：

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