高能耗工業(yè)企業(yè)智能用電及能效管理系統(tǒng)解決方案

安科瑞 鮑靜君

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

 0　概述

建設(shè)智能用電及能效管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工礦企業(yè)用電及能源消耗狀況的監(jiān)測(cè)、分析和評(píng)估，通過(guò)對(duì)能源消耗過(guò)程信息化、可視化管理，優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)工藝用能過(guò)程，科學(xué)、合理地制定企業(yè)能耗考核標(biāo)準(zhǔn)和考核體系，有效提升企業(yè)能源效率管理水平。 

中國(guó)經(jīng)濟(jì)在持續(xù)高速增長(zhǎng)的同時(shí)也伴隨著能源緊張和環(huán)境惡化的巨大壓力，而面對(duì)這挑戰(zhàn)的有效、經(jīng)濟(jì)的辦法是在高能耗企業(yè)建設(shè)能耗監(jiān)測(cè)、管理、控制系統(tǒng)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新提高能源使用效率，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效、清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。

據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料：工業(yè)企業(yè)每年10%以上能源損耗源于沒(méi)有能源監(jiān)測(cè)及維護(hù)計(jì)劃，每年12%的能源損耗源于沒(méi)有能源管理及控制系統(tǒng)。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)除了生產(chǎn)過(guò)程中廣泛采用計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)（DCS，SCADA）外，能源數(shù)據(jù)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、分析和優(yōu)化系統(tǒng)占有重要的位置。通過(guò)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和分布式控制技術(shù)，建立完善的能耗監(jiān)測(cè)、管理體系，實(shí)現(xiàn)能源消耗動(dòng)態(tài)過(guò)程的信息化、可視化、可控化，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中能源消耗的結(jié)構(gòu)、過(guò)程及要素進(jìn)行管理、控制和優(yōu)化，提高能源使用效率。 

1　智能用電及能效管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介 

系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)能耗動(dòng)態(tài)過(guò)程，收集生產(chǎn)過(guò)程中大量分散的用電、用水、用氣等能耗數(shù)據(jù)，提供實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)分析、對(duì)比功能，以發(fā)現(xiàn)能源消耗過(guò)程和結(jié)構(gòu)中存在的問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行方式和用能結(jié)構(gòu)以及建立企業(yè)能耗評(píng)估、管理體系，提高企業(yè)現(xiàn)有供能設(shè)備的效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效、生產(chǎn)。      

系統(tǒng)為用戶(hù)提供以下能耗數(shù)據(jù)和節(jié)能信息：①掌握企業(yè)耗能狀況：能源消耗的數(shù)量與構(gòu)成、分布與流向；②了解企業(yè)用能水平：能量利用損失情況、設(shè)備效率、能源利用率、綜合能耗；③找出企業(yè)能耗問(wèn)題：管理、設(shè)備、工藝操作中的能源浪費(fèi)問(wèn)題；④查清企業(yè)節(jié)能潛力：余能回收的數(shù)量、品種、參數(shù)、性質(zhì)；⑤核算企業(yè)節(jié)能效果：技術(shù)改進(jìn)、設(shè)備更新、工藝改革等的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能量；⑥明確企業(yè)節(jié)能方向：工藝節(jié)能改造、產(chǎn)品節(jié)能改造、制定技改方案、措施等。 

2　系統(tǒng)功能 

1）能源消耗過(guò)程的信息化、可視化

目前大多數(shù)企業(yè)是靠人工定時(shí)抄表的方式統(tǒng)計(jì)用電及能源消耗狀況，這種方式存在數(shù)據(jù)滯后、時(shí)效性差、數(shù)據(jù)單等問(wèn)題，不能及時(shí)掌握各生產(chǎn)環(huán)節(jié)和能耗設(shè)備的實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)。能效管理信息系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)整個(gè)企業(yè)（集團(tuán)）的生產(chǎn)能耗動(dòng)態(tài)信息，并將這些能耗數(shù)據(jù)與相對(duì)應(yīng)的設(shè)備、車(chē)間、班組生產(chǎn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理人員可了解和掌握生產(chǎn)環(huán)節(jié)和設(shè)備的實(shí)時(shí)能耗狀況、單位能耗數(shù)據(jù)、能耗變化趨勢(shì)和實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)等信息。      

如圖：某工廠(chǎng)的工藝流程 

                             圖1 水泥磨子系統(tǒng)生產(chǎn)流程單耗監(jiān)測(cè)   

2）能耗/能效信息統(tǒng)計(jì)、管理

系統(tǒng)自動(dòng)生成的多種能耗信息統(tǒng)計(jì)圖形、曲線(xiàn)和報(bào)表，如以日、周、月、年為周期的電、水、氣、煤等能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表，報(bào)表類(lèi)型分為全礦、車(chē)間、重要耗能設(shè)備三個(gè)層次，為用戶(hù)提供能源消耗結(jié)構(gòu)和能源消耗成本分析依據(jù)，評(píng)估節(jié)能措施的效果和關(guān)聯(lián)影響。

系統(tǒng)提供綜合能耗/能效統(tǒng)計(jì)報(bào)表，采用菜單或光按鈕直接引導(dǎo)界面模式，圖形界面包括企業(yè)宏觀的能耗數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，快捷、直觀反映企業(yè)、生產(chǎn)車(chē)間、班組和重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)和歷史能耗/能效信息。

                              圖2 企業(yè)綜合能耗統(tǒng)計(jì)

3）歷史能耗數(shù)據(jù)對(duì)比、分析

系統(tǒng)具有強(qiáng)大的歷史能耗數(shù)據(jù)追溯和分析功能，企業(yè)能效管理及生產(chǎn)工藝分析人員可按不同需要靈活設(shè)置工作點(diǎn)參數(shù)，在不同時(shí)段下生成各種能耗數(shù)據(jù)報(bào)表與能耗曲線(xiàn)：如設(shè)備單耗、生產(chǎn)線(xiàn)和班組單耗等，用多種方法對(duì)主要能耗設(shè)備和生產(chǎn)線(xiàn)的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)和追溯，并可對(duì)多種參量的變化趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比、分析，從而發(fā)現(xiàn)能源消耗結(jié)構(gòu)和過(guò)程中存在的深層次問(wèn)題，對(duì)企業(yè)能源消耗結(jié)構(gòu)和方式的改進(jìn)、優(yōu)化提出方案和建議。

通過(guò)動(dòng)態(tài)的單位產(chǎn)量能耗曲線(xiàn)和數(shù)據(jù)，可以直觀地比較企業(yè)生產(chǎn)能耗與、標(biāo)準(zhǔn)的差距，從而對(duì)生產(chǎn)、管理、工藝及時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)和調(diào)整，使企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的單位能耗和能源效率保持在科學(xué)、合理水平。 

                               圖3 能耗參數(shù)對(duì)比、分析 

4）電能質(zhì)量及諧波監(jiān)測(cè)、分析  電力電子技術(shù)在電氣化鐵路、電解工廠(chǎng)、電弧爐冶煉和電機(jī)變頻調(diào)速等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的諧波污染電網(wǎng)，導(dǎo)致諧波和電能質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。

用電及能效管理信息系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量和諧波分量，通過(guò)諧波分量圖和趨勢(shì)圖，使用戶(hù)及時(shí)了解真實(shí)用電環(huán)境，避免諧波危害和電能質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生，同時(shí)降低供電系統(tǒng)諧波和無(wú)功損耗。通常購(gòu)置諧波監(jiān)測(cè)設(shè)備需要較大的投資，本系統(tǒng)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)電能消耗狀況以及諧波監(jiān)測(cè)、分析的雙重功能。

圖4 供電網(wǎng)絡(luò)中諧波分量圖

3　系統(tǒng)架構(gòu)及工作原理

系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、能效管理系統(tǒng)軟件三部分組成。

1）數(shù)據(jù)采集層：通過(guò)安裝在能耗監(jiān)測(cè)儀表箱（柜）中的帶數(shù)字接口的智能電力儀表，實(shí)施對(duì)負(fù)荷用電量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括：電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功無(wú)功電能、諧波、環(huán)境與開(kāi)關(guān)狀態(tài)、事件記錄等用電參數(shù)。監(jiān)測(cè)對(duì)象包括：電力需求側(cè)中低壓饋線(xiàn)回路、主要耗能機(jī)電設(shè)備、廠(chǎng)房（生活區(qū)）其他耗能設(shè)施。同時(shí)也可以對(duì)用水量、用氣量、熱量、投料量、產(chǎn)量等，通過(guò)電子式流量表、電子式熱量表、電子皮帶秤、地秤等現(xiàn)場(chǎng)智能數(shù)據(jù)采集，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和系統(tǒng)應(yīng)用的要求，采集的數(shù)據(jù)也可以取自用戶(hù)的其他智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。

2）數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：通過(guò)在能耗監(jiān)測(cè)儀表箱（柜）中安裝的能耗智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，實(shí)時(shí)采集能耗計(jì)量?jī)x表的數(shù)據(jù)，并且通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥芎谋O(jiān)控中心。無(wú)需遠(yuǎn)距離布線(xiàn)，施工簡(jiǎn)單可靠。瑞申智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)提供多種接入方式，目前支持RS-485/RS-232總線(xiàn)、光纖、工業(yè)以太網(wǎng)、433M無(wú)線(xiàn)、GSM/GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N方式。

3）用電及能效管理系統(tǒng)軟件：完成數(shù)據(jù)采集、校驗(yàn)、分析、處理、輸出、系統(tǒng)維護(hù)、*使用權(quán)限分級(jí)控制等；并可將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的重要數(shù)據(jù)、報(bào)警信息、故障信息等傳送到企業(yè)決策人員。  

圖5 用電及能效管理信息系統(tǒng)架構(gòu)

4　計(jì)量及監(jiān)控產(chǎn)品配置

電力儀表主要用于電網(wǎng)，特別是用戶(hù)端低壓的電參數(shù)測(cè)量、電能計(jì)量、故障診斷、電氣控制、報(bào)警、保護(hù)等功能；電能表用于電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)、用戶(hù)與用戶(hù)之間的電能結(jié)算，附帶有電參數(shù)測(cè)量，無(wú)診斷、控制和保護(hù)等功能。

（1）高壓回路或低壓進(jìn)線(xiàn)回路選ACR330ELH儀表

該表為電能質(zhì)量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計(jì)算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測(cè)量；4DI+3DO（DO3做過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、不平衡報(bào)警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開(kāi)孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進(jìn)線(xiàn)柜。

（2）低壓聯(lián)絡(luò)或出線(xiàn)回路選ACR220EL電力儀表

該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、大需量統(tǒng)計(jì)；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開(kāi)孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線(xiàn)柜。

（3）動(dòng)力柜、照明箱選ACR120EL電力儀表或?qū)к壥诫姳?nbsp;

ACR120EL電力儀表主要功能有：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、大需量統(tǒng)計(jì)；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：開(kāi)孔尺寸80×80mm，開(kāi)孔尺寸72×72mm。適用于動(dòng)力柜。

DTSD1352導(dǎo)軌式電表主要功能：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、大需量統(tǒng)計(jì)；電流規(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動(dòng)力柜。

DTSF1352導(dǎo)軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于用于耗能設(shè)備進(jìn)行計(jì)量。

照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測(cè)量；單相電能計(jì)量。

5　技術(shù)特點(diǎn)

1）以設(shè)備為對(duì)象構(gòu)建的內(nèi)置實(shí)時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)：這種結(jié)構(gòu)化、對(duì)象化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相比較傳統(tǒng)的平面數(shù)據(jù)庫(kù)，大大提高了數(shù)據(jù)檢索和訪(fǎng)問(wèn)的速度及效率；

2）靈活的進(jìn)程調(diào)度管理技術(shù)：進(jìn)程調(diào)度管理功能可以把大量的數(shù)據(jù)采集和處理任務(wù)分布到不同的服務(wù)器上運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。支持在線(xiàn)組態(tài)，在不影響操作的情況下，允許全部或部分應(yīng)用程序進(jìn)行修改；          　

3）系統(tǒng)的集中管理和維護(hù)：有權(quán)限的用戶(hù)，可以在EMIS系統(tǒng)中任意臺(tái)服務(wù)器或工作站上修改系統(tǒng)配置，在提交以后系統(tǒng)自動(dòng)同步數(shù)據(jù)庫(kù)的配置；

4）網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)：基于的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，支持多層次網(wǎng)絡(luò)冗余及故障切換。增強(qiáng)的Web功能和Internet/Intranet瀏覽器技術(shù)，直接支持多文檔；          

5）支持多種通信協(xié)議：I/O通信冗余，直接讀取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，同時(shí)具備良好的開(kāi)放性和靈活性。支持RS-232/422/485、Ethernet、Can、LonWorks、MODBUS等多種通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)；網(wǎng)絡(luò)通信采用標(biāo)準(zhǔn)的NetBIOS，支持IPX/SPX、TCP/IP等協(xié)議；

6）支持多種關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)：包括Oracle、SQL Server、dBASE等；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)置多種功能模塊，可實(shí)現(xiàn)累計(jì)、統(tǒng)計(jì)、控制、線(xiàn)形化、PID控制、各種運(yùn)算等功能。通過(guò)的壓縮技術(shù)和海量的存儲(chǔ)技術(shù)，可以處理10萬(wàn)點(diǎn)以上的數(shù)據(jù)；

7）豐富的圖形開(kāi)發(fā)工具以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的圖庫(kù)：新增更多的矢量子圖，使工程畫(huà)面制作更加豐富、靈活；提供面向?qū)ο缶幊谭绞?，?nèi)置間接變量、對(duì)象變量、模板變量，方便構(gòu)造強(qiáng)大的企業(yè)級(jí)運(yùn)行系統(tǒng)；

8）開(kāi)放性：支持DDE、OPC、ODBC/SQL、ActiveX標(biāo)準(zhǔn)，提供OLE、COM、DCOM、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)等多種接口，以便用戶(hù)利用各種常用開(kāi)發(fā)工具（如：VC++、VB等）進(jìn)行深層的二次開(kāi)發(fā)。  

6　應(yīng)用案例

廣達(dá)電腦成立于1988年，是目前*大筆記本電腦研發(fā)設(shè)計(jì)制造公司。以先群倫的技術(shù)與堅(jiān)強(qiáng)*的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，屹立于高科技市場(chǎng)地位；除了在筆記本電腦的領(lǐng)域中維持高成長(zhǎng)、高品質(zhì)與高評(píng)價(jià)之外，更將觸角延伸到企業(yè)網(wǎng)路系統(tǒng)、家庭產(chǎn)品、行動(dòng)通訊產(chǎn)品、車(chē)用電子產(chǎn)品以及數(shù)碼家庭產(chǎn)品等市場(chǎng)，積極拓展產(chǎn)業(yè)整合布局。2006年榮登美國(guó)「財(cái)富雜志（Fortune）」評(píng)定為五百大企業(yè)。2011年廣達(dá)電腦入住重慶，建成了個(gè)擁有七棟大樓（每棟十層，每層35個(gè)房間），員工總?cè)藬?shù)以萬(wàn)計(jì)的重慶廣達(dá)制造城。

江蘇安科瑞電器制造有限公司于2011年承接了重慶廣達(dá)生活服務(wù)區(qū)期能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。系統(tǒng)采用Acrel-5000型能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生活服務(wù)區(qū)內(nèi)用電量和用水量的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)（其中電力儀表2000只、水表5000只），方便了對(duì)該建筑群能耗的管理。

重慶廣達(dá)生活服務(wù)區(qū)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)包括該建筑群的七個(gè)子系統(tǒng)和中心監(jiān)控室的個(gè)總監(jiān)控系統(tǒng)。冷/熱水表數(shù)據(jù)和電表數(shù)據(jù)當(dāng)?shù)夭杉瓿珊蠹袀髦林行谋O(jiān)控室。 分控中心和中心監(jiān)控室之間用光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。每個(gè)子系統(tǒng)采用五臺(tái)通訊管理機(jī)，其中三臺(tái)通訊管理機(jī)采集樓內(nèi)每戶(hù)的冷/熱水表數(shù)據(jù)，另外兩臺(tái)采集樓內(nèi)電表的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控功能：

1. 界面開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)成美觀大方的圖形，設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系可自動(dòng)生成并根據(jù)設(shè)備帶電狀態(tài)動(dòng)態(tài)著色。

2. 可查看各宿舍的當(dāng)前電能值和當(dāng)前冷/熱用水量。

3. 具備遠(yuǎn)程抄表功能，可查詢(xún)到任意時(shí)刻某回路的詳細(xì)電參量。

4. 具有用電量和用水量的報(bào)表查詢(xún)功能，支持日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)的查詢(xún)及打印。

5. 具有Web訪(fǎng)問(wèn)功能，接入局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)可以打開(kāi)IE瀏覽器瀏覽軟件界面。

7　結(jié)語(yǔ) 

節(jié)能工作不僅是對(duì)某個(gè)設(shè)備和工藝的改造，而是對(duì)企業(yè)全系統(tǒng)用能過(guò)程的優(yōu)化，采用能效管理信息系統(tǒng)可以對(duì)企業(yè)能源效率水平進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和評(píng)估，找出生產(chǎn)過(guò)程中能耗問(wèn)題根源所在，科學(xué)、合理地制定生產(chǎn)工藝流程、建設(shè)能耗考核標(biāo)準(zhǔn)和體系，有針對(duì)性地制定節(jié)能改造方案，是企業(yè)節(jié)能增效工作的基礎(chǔ)和技術(shù)方向。 

參考文獻(xiàn)

[1]江蘇安科瑞電器制造有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2011.10版.

公司地址：江蘇省江陰市南閘鎮(zhèn)東盟路5號(hào)  ：214405 

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：鮑靜君