裝備制造企業的智慧耗能管理系統設計及分析

摘要通過對智慧耗能管理系統的架構、軟件、功能進行合理設計可以達到對企業氣、電、水等各項能耗的有效實時統計、趨勢分析、監測預警為企業節能增效、提高能源利用率、提升生產效率做出貢獻智慧耗能管理系統能夠確保數據及時、便捷、準確地向管理者展示值得推廣

關鍵詞智慧耗能管理系統;架構;節能降耗;設計

中圖法分類號：TP311文獻標識碼：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

智慧耗能管理系統采用高科技、信息化手段對用能企業的設備進行能耗數據采集、數據報表、圖形及曲線制作、數據動態管理以及能耗數據分析。通過以上程序來讓管理者了解企業耗能結構及分析成本，可以為企業節能降耗措施選擇、方式優化改進提供方案和建議[1 ～2]。

2? 概況

2.1? 現狀

某裝備制造企業在能源計量手段及信息化系統建設方面相對滯后。該企業能耗形式結構主要是水、電、氣三種能源。據統計，該企業現有能源計量表86塊，分散在各生產車間及部門。

2.2? 需求分析

首先，該企業的能源計量統計大部分依據人工方式進行，不僅統計數據量大、統計時間長，還存在數據不準確、能源浪費及泄露發現不及時、歷史數據無法查詢、無法實時報警等現象;其次，該企業在能源管理方面僅是對各類能耗的總表進行了統計，而缺少各部門的能耗的詳細數據，造成的不良影響有無詳細的能耗數據、無法做節能分析及管控、不能根據能源超限情況進行相關考核;再次，該企業由于計量表較多，存在統計計量設備數據時部分數據未得到及時統計的現象，導致該企業能耗數據缺乏真實性、準確性，有礙于對企業及時分析能耗系統平衡性及做出決策調整[3]。

以上現狀表明，該企業的能源管理需求已無法得到滿足。因此，該企業迫切需要一套完整的、智慧的耗能管理系統來為耗能統計分析、節能減排措施調整、年度考核提供參考依據。

3? 系統設計

3.1? 系統架構

該智慧耗能管理系統利用分層次方式進行架構設計。通過將業務邏輯及基礎服務分離設計，以最終實現相關功能。其系統架構主要包括計量層、網關層、服務層及展示層（圖1 ）。

（1）計量層：通過在各廠區、生產車間、部門安裝必要的導軌表、電表、水表、燃氣表以及 ARCM 智慧終端來完成對相關能耗、生產數據采集工作。在采集數據時，也可根據需要利用人工手動輸入或者其他各類方式收集能耗量的具體數據。同時，計量層利用的數據采集模塊為 TCP/IP 模塊。該模塊在完成數據采集后，即可實現自動儲存并上傳;具備實時采集及上傳功能，可以保證耗能數據獲取的及時性和便捷性。

（2）網關層：采用的是ANet系列智能網關。作為計量層與服務層的橋梁，可根據不同的采集規約進行水表、氣表、電表等設備終端的數據采集匯總，并采用以太網、RS485和 LORA 通信形式將現場設備的數據傳送給平臺系統。最終實現計量層與服務層數據的傳送、接收。

（3）服務層：通過能耗云服務來對網關層傳送的數據進行及時接收并儲存。同時，通過 Web 服務、 APP 服務隨時隨地查詢各類能耗數據。服務層獲取的數據也可以通過硬件上傳至展示層。

（4）展示層：利用門戶和統計圖表的方式對能耗進行分析及評估后，再將結果進行綜合展示、預報預警。同時，可對已收集的數據、分析結果以及管理者做出的決策調整進行及時下發;管理者可通過展示層按照廠區、部門、班次、時區等需求進行相關能耗數據查詢、統計。

3.2? 系統軟件設計

為保證靈活性和實效性，智慧耗能管理系統采用基于 B/S 與 C/S 結構相融合的 Web 軟件系統（圖 2） 。其中，在 B/S 結構的支持下，用戶可以隨時隨地對服務器資源及程序進行訪問。同時，無須下載相應應用程序，在系統擴容方面也表現突出;C/S 結構則能夠最大限度地提高計算機處理數據的速度，操作簡便，能確保用戶對數據的及時分析。采用基于 B/S 與 C/S 結構相融合的 Web 軟件系統，能夠實現不同區域、不同類型網絡結構的互相通信，是一個具備獨立性的軟件系統;當研發人員利用相異的應用程序及數據庫來開發新的系統時，該 Web 軟件系統也可支持其訪問，極大地提高了不同系統之間的信息實時共享效率。

3.3? 系統功能設計

（1）能耗綜合主界面

能耗綜合主界面可實現對能耗數據的顯示、查詢、折算等功能。顯示功能是指對數據結果實時滾動、曲線分析、地圖導航、時間計算等數據及信息的顯示;查詢功能是指按照區域、時間、產品進行能耗數據查詢;折算功能是指對各類能耗按照標準煤折算方式進行能耗折算，以計算出企業單位面積上的具體能耗值，以供管理者參考。

（2）分項用能數據統計

該功能可以將企業所有能耗按照每時、每日、每月、每年的時間段進行統計。同時，可利用各類表格、圖形等展示系統內數據，包括曲線圖、柱狀圖、餅狀圖等。利用以上方式可以對能耗數據大小、數據發展趨勢、數據關系、數據分布等信息進行直觀反映。

（3）支路用能趨勢分析

該功能主要是對各支路用能進行統計分析。具體包括多區域支路、設備支路進行能耗數據統計，以分析判定各支路用能情況;管理者則可根據支路用能趨勢反饋信息，有理有據制定節能決策及節能考核方式，最終落實企業節能降耗方案。同時，該功能還具備跟蹤、建檔能力，即可對設備運行期間的能耗數據進行跟蹤記錄，包括對所有設備既往能耗值進行儲存并建檔記錄，最終為設備的維護和保養提供數據支撐。

（4）能耗數據同環比分析

該功能可以完成對不同類型的耗能設備在某個時間段（某月、某年）能耗值與往年或上月同期值進行同環比計算分析。管理者可根據分析結果對該企業的節能措施進行檢驗，也可依據此結果對企業、生產車間、部門進行節能績效核算及節能目標調整。

（5）能耗數據分時統計

該功能的主要作用是讓管理者明晰不同時段的設備能耗情況。具體體現在可根據小時、天數、月份進行能耗數據統計，并進行數據比對分析，以準確掌握各時段的具體能耗值。也可根據企業能耗的高峰期、平穩期、低谷期進行數據統計分析，以提高能耗數據分析的真實性。

（6）能耗數據實時監測及預警

該功能可對設備能耗數據超高、超負荷進行及時監測及預警。其實現基于在智慧耗能管理系統內安裝高精度、智能化儀表，該儀表具備24小時、自動監測功能;當所監測的能耗數據出現異常時，則會啟動預警裝置。同時，能夠按照其自動匹配的信號要求向管理者提供合理管理方案，從而便于管理者及時、準確地調整節能方案。在完成一次預警后，其相關信息也會被主動記錄在檔。

4? 系統特點及實效性分析

4.1? 系統特點分析

（1）展示性：針對企業節能降耗需求，該系統在展示界面的風格形式、效果呈現上做到了簡潔明了、信息齊全。同時，根據管理者日常需求習慣，可自動調節界面風格，體現了企業的個性化、專業化。

（2）實用性：該系統主要采集并分析能耗數據，以供管理者分析決策。其中，數據采集及分析全部由系統自動完成，不會額外給企業增加數據采集及分析負擔;操作簡便，用戶學習、操作較為方便。

（3）兼容性：該系統具備操作與管理方便、兼容性強的特點。在設計該系統時，在系統數據端口預留了可輸入及輸出接口，以便于對相關數據進行拷貝、上傳。

（4）可靠性：在設計該系統時，利用了必要的技術方式來提升其軟件、硬件系統兼容性，以提高該系統的可靠性，從而確保該系統時刻處于正常溫度狀態下運行。

（5）易維護性：該系統提供了與計算機顯示器相連接的功能，即維護人員利用鼠標就可實現對系統相關配置、管理的控制;具備后臺維護功能，即可在系統運行期間利用后臺維護功能實現對系統的維護。

4.2? 系統實效性

通過采用智慧耗能管理系統，企業管理者可以通過能耗深度數據分析，結合能效評估方法，獲取系統、設備、工藝線等能耗及效率的實時分析數據，為生產調度、設備管理、成本核算、年度考核等提供決策依據。

通過對企業生產全過程的耗能實時監控，實現了各項指標的信息化、量化和系統化，大幅度提升了生產效率和節能降耗效果，增加了企業的經濟效益。具體指標如下：設備利用率提升15～ 20%，勞動效率提升 10%以上，電、水、氣的總體能耗節約率達18%。

5? 結語

我國部分企業在統計能耗數據時，還是以人工定期統計為主，存在明顯的數據不齊、滯后等不足，無法為企業及時了解設備耗能情況提供準確、清晰、及時的數據。為此，本文在分析某裝備制造企業需求的前提下，設計了一種智慧耗能管理系統。該系統具備總體用能、分項用能、支路用能的實時統計、趨勢分析、監測及預警功能;具有展示性、實用性、兼容性、可靠性、易維護性特點。通過采用該系統，該企業生產效率及節能降耗效果得到了大幅度提升，從而實現了增加了經濟效益。

參考文獻：

[1] 黃培.智慧能源管理系統的設計與實現[ J].辦公自動化，2019，24（23）：59?61.

[2] 李秉林，韋鈺，周香伶.智慧校園能耗監管平臺方案設計[J].電腦與電信，2020，（12）：4?6.

[3] 郝飛，鄭狄，陳素君，等.企業智慧能源管控系統架構設計與探討[J].有色冶金設計與研究，2020，41（1）：25?30.

作者簡介：

徐方超（1985—） ，本科，工程師，研究方向：信息技術。