APROL EnMon能源管理系統

1 能源管理正在成為工業界關注的焦點

資源從來都是稀缺的，在過去的數十年里，經濟的快速發展尤其在中國，對于能源的消耗卻是飛速的，而如何降低能耗，對于國際是能源戰略問題，對企業本身，則切實關系到企業的運營成本、企業利潤的關鍵問題。

1.1 PDCA架構

ISO50001能源管理系統架構，其標準設計兼容ISO9001、ISO14001等標準。PDCA，即Plan-Do-Check-Action的戴明循環，這包括了兩個大的PDCA循環過程，一個是對管理層，一個是技術面。

就技術面而言，其PDCA循環由以下幾個方面構成：

（1）管理層

PLAN（計劃）：政策、目標設定、資源定義；

DO（實施）：文檔記錄、競爭、意識、培訓、溝通；

CHECK（檢查）：內部審計、糾正/預防行為；

ACT（行動）：管理層復審。

（2）技術層

PLAN（計劃）：能源審查、能源基準線、能源績效指標；

DO（實施）：設計、運營控制、能源采購；

CHECK（檢查）：監控、測量和分析；

ACT（行動）：能源績效指標審查。

PDCA是一個典型的管理方法，且廣泛應用于工業工程領域。就最基本的自動控制原理而言，PDCA也是一個經典閉環控制的結構，即設定目標、執行、反饋、調節，自動化技術的思路與能源管理是完全一致的，也會有不同的自動化系統為能源管理制定方案，但是，在過去的很長一段時間里，我們在能源管理方面仍然存在著一些問題。

1.2 能源管理需求對自動化行業的挑戰

（1）無適合的系統可用

盡管有眾多的PLC、DCS、SCADA產品，但是，事實上，并沒有真正專業聚焦于能源管理本身的自動化系統，DCS本身聚焦于控制而其若僅僅為了監控則顯得大材小用。成本也會為能源管理的實現帶來障礙，而利用PLC則顯然無法實現能源管理，因為這是對于信息化的更多需求而非對邏輯控制的需求。

（2）符合法規

能源管理所需的遵循ISO50001的方法與流程、標準等，在目前眾多系統里尚未有集成。

（3）出現偏差時快速行動

就目前而言，SCADA、DCS等若應用于能源管理，則對實時性、開放性的結構等提出了要求。

（4）成本問題

顯然，PLC、DCS、SCADA本身對于控制很擅長，但是，卻無法對目前的能源管理架構適應，也因為浪費了巨大的功能和性能，導致相對而言成本極高。

2 能源管理系統架構設計

貝加萊APROL EnMon是基于ISO50001對于能源管理的需求而實現，并且，它具有非常大的靈活性，以簡單的方式實現對不同工廠、過程的能源管理系統構建。

2.1 能源管理的基礎在于充分監控

哪些能源可以被納入到EMS中呢？水、蒸汽、電能、壓縮空氣、高爐煤氣等，這些數據以何種方式來組織呢？或者哪些是要采集和計算的呢？

（1）能源管理的目標設定

在對能源進行監控管理的基礎上，能源支出明顯減少；

能源信息化促使能源成本跟產品成本緊密聯系；

推動能源用戶的能源成本問責制（基于消耗量的成本核算）；

識別能源成本低廉的工程，同時找到能源節約的本質；

通過監視能源質量減少系統設備停機時間；

通過對能源的計劃和預期的把握，避免非計劃停機；

使用能源消耗監控數據，決策電力配額申請；

為能耗設備、過程、部門、工廠或者企業提供能源消耗的報表和趨勢圖；

用最少的透支換取能源信息及對能源使用的分析結果。

（2）數據對象

采集數據按照以下幾種情況被系統分類：

能源供給狀態數據主要是滿足實時監測的需要，一般采集頻率較高，無需長時間保存歷史數據。例如蒸汽實時溫度、壓力等數據。該數據主要完成企業對能源質量實時監測，及時調整能源供給質量。一般情況下無需實時保存每一個數據。

能源供給整點數據是為滿足管理、計量用的資料，主要記錄整點時能源供給的狀態值或累加值。具有采集頻率低，時間精度要求高的特點，一般形成報表，作為績效考核、管理、結算的依據，數據需要存檔成歷史數據。

能源供給累加數據是一段時間內能源供給值的累加，主要是為決策、核算提供資料依據，是企業管理層進行領導決策、企業財務核算所關心的重要數據資料，應存檔成歷史數據。

能源基礎數據采集為上層能耗分析和能耗控制提供了基礎保證。應該堅持一個原則：對于能源的管理只有在充分監控的基礎上才可能完成。

（3）數據采集的方式

對于數據的采集而言，必須考慮到最為開放的架構設計，EnMon為能源相關數據的采集提供了多種方式：

智能的電表采用M-Bus的輸入；

在線的電力計量：通過電流/電壓互感器模塊、模擬量等采集能源相關數據；

通過總線的智能傳感器：Profibus DP、Ethernet/IP、Modbus-TCP等方式均可被采集至EnMon；

手動的數據輸入：對于那些無法通過自動采集方式的數據，也可以手動導入；

對于那些流量、水、蒸汽等的計算滿足國際標準；

流量測量滿足ISO 5167-2(噴嘴和文丘里噴嘴)、ISO 5167-3（文丘里管）標準，高精度通過使用牛頓法計算質量流量率并考慮流速和雷諾數實現；

水和蒸汽的能源和流量計算負荷IAPWS-IF97標準，這樣就不需要使用昂貴的專用能源計算機，除非絕對需要校對證明。

2.2 能源的管理方法簡析

（1）通過負載管理調整能耗峰值控制負載

通過報表分析，可以避免產生峰值負載，防止因突然過載而導致的計劃外供應中斷，從而為降低能源成本提供最佳支持，創建峰值負載的“最壞情況”分析有助于確定能源供應商在合同中保證的能源供應與系統在最壞情況下需求之間的關系，可以通過安排或轉移負載來改善能源的分配，通過設定的甩負荷方案來斷開負載避免產生峰值負載。

（2）電能測量與監控確保電網可用性

監控電源頻率（可實現0.01Hz電源頻率精度，防止單機運行的電氣組件發生意外掉電）；

檢測不平衡；

檢測消耗避免無功負載。

3 EnMon能源管理系統設計思想

3.1 簡單的實現——開箱即用

自動化技術的未來發展，必然是要考慮到采購、實施、運營的成本問題，若是初始成本、實施成本高的話，這個投入簡便初始投入小，也會因為日常的運營、維護、升級的成本巨大而導致不經濟，不同于機器的運動控制、機器人或者多回路調節系統，能源更多的意義是管理，所以必須簡單不能復雜。

APROL EnMon的設計在簡單這個思想上是非常值得肯定的，因為，過往的自動化系統往往會設計復雜，而又欠缺靈活，事實上，這完全得益于今天的開放技術如C、C++等在軟件的模塊化與類操作方面所帶來的好處，并且，基于開放架構的應用可以集成眾多已有的、經過驗證的軟件代碼來實現新的系統開發，這樣成本低而又易于使用。

3.2 項目的實施簡單易用

對于EnMon的實施，其步驟僅為三步：

第一步：硬件配置

記錄能源數據的控制器是APROL EnMon的標準組件，硬件拓撲可以通過Automation Studio配置一個工程。

第二步：產生表格

在電子表格程序（如：Microsoft Excel）中定義測量點和相關的參數，同事分配所需的模板給傳感器，這些數據今后將用于自動生成記錄處理和歸檔能源數據的應用程式。

第三步：配置驗證與下載

自動驗證程序的錯誤，更正后即可下載到APROL EnMon的控制器和運行/操作員計算機上。

簡單的幾步即可實現能源管理系統的實施，對于工廠而言，這將意味著它不同于傳統的DCS、SCADA那樣需要非常專業的具有資質的項目工程師、非常長的實施和調試時間，對于小型工廠也可以自己在系統的指導書下實現能源管理系統。

3.3 操作人員也必須簡單

EnMon使用的是電子儀表盤的設計方式，如圖1所示，它以最為直觀的類似汽車儀表盤的設計方式體現能耗的狀態與變化。

圖1 EnMon顯示界面

3.4 時間費率的設定簡單

APROL支持對不同費率的輸入，既可基于一天中的時間（時間費率），也可以按照15分鐘為一個塊在一天24小時中分配，還可以基于季節或者假日的方式進行配置。

4 能源管理運營過程

為了實現企業級能源管理，必須為整個能源管理制定相關的測量與采集、發布形式與接口、分類、分析與趨勢顯示，以便為能源管理團隊提供數據決策支持。

4.1 選擇能源測量點

EnMon允許在系統里選擇任何可用的能源測量點，分為區域、子區域及耗能單元，然后反映到主配電盤/子配電盤/耗能單元層級，為了便于評估，已記錄的能源數據也根據能源類型（介質），成本單元和批次ID進行了分組處理。

4.2 計量所需的層次結構

必須確保能源不會被重復計算，可以通過分層、分區方案來實現。

4.3 視圖形式

表格：首選是按表格形式，它能防止任何信息的丟失；條狀圖；

餅狀圖。

4.4 趨勢顯示

趨勢圖視圖：平均值；

趨勢分析報告：時間序列趨勢；

線性圖：能耗單元狀態。

4.5 報表類

EnMon為能源管理提供按照不同方式所定制的報表：

計費報表；

消耗報表；

批次報表；

成本單元報表；費用報表。

4.6 分析能力

分析報表提供了對能源數據的初步處理，以便為更高的管理決策提供分析基礎：

EnPI（能源性能指示器）分析；

負載管理分析；

耗能單元狀態分析；

能源供應商分析；

趨勢分析（趨勢服務器）；

無計量消耗；

價格分析。

4.7 其它

報警和趨勢系統；

商業智能系統；

企業資源計劃。

APROL EnMon的設計體現了開放與靈活的特點，它可以為不同的工廠實現能源管理的系統快速構建，以及基于此的能源管理架構。