基于iFix和WPF的能源精益管理系統(tǒng)

朱 鋒，彭 勇，沈 博，孫紀周

(湖北煙草金葉復(fù)烤有限責任公司襄陽復(fù)烤廠，湖北 襄陽 441004)

0 引言

復(fù)烤行業(yè)新形勢下，依靠傳統(tǒng)經(jīng)營模式，擴大生產(chǎn)規(guī)模來實現(xiàn)效益增長已不現(xiàn)實，只有通過精益管理，細摳生產(chǎn)過程，消除各種浪費行為，嚴格控制能耗、物耗水平，才能實現(xiàn)降本增效，促進企業(yè)穩(wěn)定健康的發(fā)展。

因此，非常有必要建立一套完整有效的能源精益管理系統(tǒng)，利用信息化手段對復(fù)烤企業(yè)能源消耗的全過程進行綜合管控，計算出有關(guān)能耗、物耗的定量標準，從而實現(xiàn)管理層對動力成本的過程控制，取得最佳的經(jīng)濟效益，建立集約型企業(yè)。

1 襄陽復(fù)烤廠能源監(jiān)控現(xiàn)狀

襄陽復(fù)烤廠能源供給由15 t燃氣鍋爐1臺、24.2立方變頻空壓機兩臺、1 600 kVA變壓器兩臺以及500 kVA變壓器1臺等設(shè)備組成。現(xiàn)有隨機iFix能源監(jiān)控系統(tǒng)一套，雖然對廠區(qū)水、電、汽、氣等數(shù)據(jù)進行了實時采集，但統(tǒng)計分析功能較弱，未對相關(guān)數(shù)據(jù)進行可視化處理，無法對能源管理和故障分析起指導(dǎo)作用。

同時，廠區(qū)生產(chǎn)設(shè)備和動力設(shè)備的溝通銜接主要由對講機來完成，生產(chǎn)設(shè)備啟動時，各工序設(shè)備銜接會出現(xiàn)等待和空置；生產(chǎn)過程中，一旦發(fā)生停機，產(chǎn)線中斷時間，會發(fā)生能源浪費；生產(chǎn)結(jié)束時，能源供應(yīng)設(shè)備與生產(chǎn)設(shè)備關(guān)停銜接不暢，也會造成能源溢出或浪費；因生產(chǎn)工藝需要，預(yù)處理、均質(zhì)化設(shè)備潤筒長期單獨開機，鍋爐最低產(chǎn)量大于耗氣量，造成部分蒸汽溢出，產(chǎn)生浪費，如果不處理好這些等待和空置的時間，必然會導(dǎo)致設(shè)備空轉(zhuǎn)，從而帶來能源的浪費。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，廠區(qū)能源網(wǎng)絡(luò)共兩臺服務(wù)器，一臺iFix運行服務(wù)器，一臺數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器。建立新的能源精益管理系統(tǒng)，中層網(wǎng)絡(luò)可利用現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)和配套硬件設(shè)施實現(xiàn)通信。同時，在底層增加智能設(shè)備，以總線形式與中層網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)對廠區(qū)各種能耗數(shù)據(jù)的實時采集。頂層用戶界面部分采用WPF（C/S架構(gòu)）進行開發(fā)，結(jié)合ECharts可視化庫能夠提供更好的用戶體驗。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 system network structure diagram

iFix工業(yè)組態(tài)軟件具有多樣的API編程接口，可以通過 VB等程序語言調(diào)用相應(yīng)接口獲取 iFix實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。本項目利用VB腳本程序和iFix工作臺中的調(diào)度功能，將iFix實時數(shù)據(jù)庫中的水、電、汽、氣等數(shù)據(jù)保存到Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫中。程序運行后，iFix工作臺將啟動iFix Background Server服務(wù)窗口，該服務(wù)即VB腳本程序的進程窗口。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程圖Fig.2 system data acquisition process diagram

iFix工作臺腳本程序包含許多功能函數(shù)，其中readvalue()功能函數(shù)可讀取iFix實時數(shù)據(jù)庫。本項目實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的函數(shù)代碼如下：

實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間存在差別，數(shù)據(jù)通信時需要用到數(shù)據(jù)庫異步操作技術(shù)。本項目利用 ADODB實現(xiàn) iFix實時數(shù)據(jù)庫和 Microsoft SQL Server關(guān)系數(shù)據(jù)庫連接，子程序代碼如下：

精益能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計部分調(diào)用開源JavaScript可視化庫 ECharts與 Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫進行交互。 ECharts可實現(xiàn)折線圖、柱狀圖、餅圖等圖表的繪制和動態(tài)展示，并支持WPF的WEB調(diào)用。整體數(shù)據(jù)流向如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流模型圖Fig.3 system data flow model diagram

3 基于iFix和WPF的能源精益管理系統(tǒng)應(yīng)用

為實現(xiàn)能源的精益管理，襄陽復(fù)烤廠在原有iFix能源監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于iFix實時數(shù)據(jù)庫和WPF(C/S架構(gòu))的能源精益管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為用能設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控，用能建筑能耗展示、能耗追蹤數(shù)據(jù)報警、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析四大部分。通過該系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)用能設(shè)備的異常狀態(tài)，啟動相應(yīng)的預(yù)案措施，達到節(jié)能降耗的目的。如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)主界面Fig.4 system main interface

3.1 用能設(shè)備監(jiān)控、異常報警功能

（1）用能設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控。根據(jù)設(shè)備運行電流和設(shè)定的高低閥值顯示車間生產(chǎn)設(shè)備的運行情況，設(shè)備四種狀態(tài)：待機、偏低、正常、偏高，不同狀態(tài)對應(yīng)不同顏色的標記。操作人員可根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)調(diào)整動力設(shè)備參數(shù)。如圖5所示。

圖5 生產(chǎn)設(shè)備電流值設(shè)定界面Fig.5 current value setting interface of production equipment

（2）用能建筑能耗展示。建筑上方的藍色氣泡框顯示該建筑實時用能情況，點擊氣泡框顯示近24 h用能折線圖。如圖6所示。

圖6 鍋爐房主要用能顯示Fig.6 main energy consumption display of boiler room

（3）噸煙能耗監(jiān)控。根據(jù)瞬時流量和瞬時能耗計算出實時噸煙能耗值，與相同流量下的歷史噸煙能耗情況進行對比。

（4）能耗數(shù)據(jù)追蹤報警。根據(jù)設(shè)定的報警閥值、頻次、是否啟用檢測等信息，給以聲光報警提示，操作人員根據(jù)報警提示信息進行處理。處理結(jié)果自動生成記錄，在能源報警信息中進行查詢。如圖7所示。

圖7 能耗異常預(yù)警值設(shè)定界面Fig.7 interface for setting abnormal energy consumption warning value

3.2 能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能

（1）能耗查詢。根據(jù)輸入時間，以可視化形式表現(xiàn)各建筑物的水電消耗量。同時在底部顯示鍋爐耗天然氣、用空壓氣、產(chǎn)空壓氣、鍋爐出口蒸汽、烤片機耗蒸汽等動力信息。如圖8所示。

圖8 能耗查詢界面Fig.8 energy consumption query interface

（2）動力能耗表。根據(jù)能源管理監(jiān)控采集的數(shù)據(jù)，匯總生成動力能耗表和折線圖，反映出每班、每日和月度、年度的動能消耗情況。如圖 9所示。

圖9 動力能耗表截圖Fig.9 screenshot of power consumption meter

（3）用電損耗及電價查詢。根據(jù)用電分類，匯總生成生活、生產(chǎn)、損耗的用電餅狀圖及電價表。通過分析峰平谷各個時間段的電量及電費，合理調(diào)整開機時間，錯峰用電。根據(jù)生產(chǎn)用電和生活用電對比，合理將部分生產(chǎn)用電轉(zhuǎn)到生活用電，從而降低總電費。如圖10所示。

圖10 電價統(tǒng)計表截圖Fig.10 screenshot of electricity price statistics

4 精益能源管理系統(tǒng)的優(yōu)勢

精益能源管理系統(tǒng)將動力設(shè)備與生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)動管理，通過監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)和追蹤報警等手段提高能源管理的主動性。以信息化技術(shù)和可視化工具作為技術(shù)手段，實時展示整個動力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的能耗數(shù)據(jù)。其優(yōu)勢有：（1）生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)狀態(tài)燈由綠燈變?yōu)辄S燈，當班動力人員可實時了解情況，根據(jù)故障程度合理關(guān)閉能源供應(yīng)，從而減少了供能設(shè)備的空置時間和能源的浪費，增加了能源管理的主動性；（2）通過對各建筑的追蹤監(jiān)控，找出各用能點的異常情況，實現(xiàn)各用能單位能耗數(shù)據(jù)的可追溯，為節(jié)能降耗和故障排查提供了數(shù)據(jù)支持；（3）通過動力能耗表可直接生成小到班組、大到年度的能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，節(jié)省人力成本，提高統(tǒng)計效率，為能耗定量考核提供依據(jù)，動力能耗表可成為企業(yè)的能源成本核算基礎(chǔ)；（4）通過電價的計算，統(tǒng)計出峰平谷各個時間段的電量及電費，合理調(diào)整開機時間，錯過用電高峰期。根據(jù)生產(chǎn)用電和生活用電對比，可將部分生產(chǎn)用電合理轉(zhuǎn)移到生活用電中來，降低總電費。

5 結(jié)論

基于信息化技術(shù)和可視化工具，搭建了集數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控、追蹤報警、統(tǒng)計分析于一體的精益能源管理系統(tǒng)。實現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備與動力設(shè)備的多方聯(lián)動，能源管理由被動變?yōu)橹鲃樱岣吡四茉垂芾硭胶徒y(tǒng)計效率，降低了能耗成本和人力成本。達到了向及時管理要效益，向及時改進要效益，向生產(chǎn)能耗要效益的目的。