基于互聯網技術的工廠能源管理系統設計與應用

摘要：運用互聯網技術，構建一個覆蓋工廠的能源管理系統，是智能化工廠建設的一個重要組成部分。本系統由智能網絡儀表、工業互聯網、計量子站、能源管理平臺等構成，運用分布在工廠生產現場的智能網絡儀表，采集能源和載能工質的耗用數據，把這些采集到的數據通過計量子站和工業互聯網上傳到能源管理平臺，由能源管理平臺對這些數據進行處理，為管理者提供需要的數據報表。結果表明，以工廠能源計量數據為基礎，建設一套與現代化智能工廠相適應的科學的能源利用監督、管理、評價系統，把傳統的人工抄表、零散管理、數據不可追溯、無法預警和實時報警，轉變為集中管理、分散控制、數據統一匯集，實現管理自動化、智能化，完成數據深度挖掘，做到預警與實時報警。這對于提升工廠能源管控水平，實現節能減排，具有強有力的技術支持。

關鍵詞：互聯網技術；工廠能源管理系統；設計與應用

一、引言

工業企業在生產過程中，需要耗用電、天然氣、蒸汽、壓縮空氣、水、冷凍用水、冷卻用水、軟水、冷凝水等能源和載能工質。提升能源和載能工質利用效率，提升能源管控水平，是智能工廠信息化建設的一項重要內容。本文結合當前能源計量儀表技術、工業互聯網信息技術、數據信息技術的發展現狀，運用各種計量儀表，對工廠生產區域內所耗用的能源和載能工質進行計量，及時準確地獲取各類能源耗用數據。工廠運用工業物聯網技術，構建一個網絡系統，不僅為能源管理系統、動力自控系統、智能配電系統等提供一個共用的數據傳輸網絡通道，還把分散在工廠區域內的各計量儀表計量的數據和計量儀表的狀態信息，上傳到能源計量系統平臺。工廠運用數據存儲技術和數據報表系統，構建一個能源管理系統平臺，實現對能源耗用數據自動采集記錄，實現對能源數據信息的自動處理，實現與辦公OA系統、工廠ERP系統、各車間集控系統、物流采集系統等工業信息化系統數據互通。這對于提升工廠能源管理能力，落實節能降耗工作，提供強有力的數據支撐。

二、系統組成

本系統由數據采集儀表、計量子站、工業互聯網、服務器等組成。系統結構如圖1所示。其中智能網絡儀表負責采集工廠生產區域內所耗用的能源和載能工質計量數據，根據計量儀表所處的工況特點，采用滿足計量要求的智能網絡儀表，及時準確地獲取各類能源耗用數據。計量子站負責獲取分散在工廠區域內的各計量儀表計量的數據、計量儀表的狀態、本子站的狀態等信息。工業互聯網負責把上述信息上傳到計量子系統服務器，通過能源管理軟件對計量數據進行處理，實現能源分類計量、分項考核，工廠能源管理智能化的基礎。

（一）數據采集儀表的配置

運用數據采集儀表，對于工廠使用的各種能源如自來水、冷凍用水、冷凝水、冷卻用水電、天然氣、電量等能源消耗量進行計量。依據《用能單位能源計量器具配備和管理通則》（GB17167-2006）的規范要求結合計量設計要求以及管路走向，配置合適的計量儀表，采集完整的計量數據。

1.用水計量儀表的配置

根據工廠供水管網布局和生產特點，采取總分式布局結構安裝計量水表，分別在總進水管，主供水管網、分支管網、主要用水設備用水管網，安裝智能計量水表或流量計，采集相應部位的用水數據，結合能流圖完成基礎用水數據采集。

在生產工藝用軟水、鍋爐用軟水、回收的冷凝水方面，采用渦街流量計，選擇與對應流量口徑相匹配的規格型號。

在自帶流量計的生產用水設備，從該流量計讀取用水數據，采用生產設備使用的工業以太網，把計量數據上傳到計量系統服務器。在沒有配備流量計的生產用水設備，分別安裝智能水表，可以把瞬時流量和累積流量進行上傳。

2.用電計量儀表的配置

根據工廠設計圖紙要求，在配電室進線口安裝多功能網絡儀表，獲取工廠總用電數據。對于車間生產線的主要耗電設備，采取專線配電，分別在配電回路的出口安裝多功能網絡儀表，對這些生產機臺用電進行單獨計量管理。

3.用天然氣計量儀表的配置

根據工廠天然氣管網布局和生產特點，配置天然氣計量儀表，采取全覆蓋的方式，在工廠進氣管道安裝流量計，在鍋爐、車間生產設備、職工餐廳等天然氣管路分支口安裝流量計，與總進氣管道流量計選擇相同的型號類型，可以本地顯示瞬時流量和累計流量，可以把瞬時流量和累積流量進行上傳。

4.用蒸汽計量儀表的配置

工廠的蒸汽通常采取外購或者自備鍋爐自產的方式。在鍋爐蒸汽出口分別配置流量計，對每臺鍋爐生產的蒸汽進行單獨計量，在鍋爐總供蒸汽出口、鍋爐分汽缸去熱力站出口、生產工序、空調機組、輔助工序等部位分別配置流量計。在主要生產用蒸汽機臺供熱管路，配置流量計，對這些生產用蒸汽機臺進行計量管理。通常采用渦街式流量計。

（二）計量子站

計量子站由采集箱、開關、開關電源、端子排、網管等設備與部件構成，如圖2所示。計量子站分布在生產現場，分別連接所在區域的計量儀表。

采用可編程邏輯控制器PLC作為控制設備，將智能數據儀表的數據及時進行收集、解析、上傳。運用PLC的抗干擾能力，能夠適應工業生產現場復雜的運行環境，能夠穩定地運行在工業生產現場。

（三）工業互聯網

工業互聯網結構如圖3所示，采用三層網絡或雙層網絡結構，環網采用千兆級工業交換機組網，環網架構能夠把交換機本級的端口、自身的硬件故障報警信息上傳給PLC，便于用戶及時發現存在的異常狀況，便于及時發現問題。匯聚交換機采用冗余型架構，提升網絡系統的穩定性。

（四）服務器

采集軟件負責管理PLC上傳的數據，數據庫通常采用Mysql數據庫存儲并支持各類數據協議。運用先進的主流數據管理軟件，構建信息管理系統。把計量管理系統采集的數據，分類管理，為工廠各類用戶提供所需要的數據報表、圖表，實現能耗分析、能源數據統計、查詢、信息共享。具有按照能源種類，進行同比、環比分析功能，具有能源折標綜合分析功能，把各類能源按照國家規定的折算系數折算為標準煤，分析工廠折算為標準煤后的綜合能耗和單箱實際能耗，并進行同比、環比分析；具有能源統計功能，能夠自動生成上報工廠領導的各項能耗報表，能夠自動生成上報能源主管部門要求的能耗月報，自動生成上報公司的綜合能耗對標數據，自動生成崗位、工序、車間能耗運行數據，根據相關數據可實現對各生產人員能源定量考核。具有能源查詢功能，具有能源計量數據信息的查詢和動力能源監控設備運行狀態數據信息查詢功能，具有系統信息發布，系統用戶管理、參數管理、資源管理等功能，通過預留接口可實現與行業主管部門、公司信息的管理系統、ERP系統、MES系統信息共享。

三、結束語

基于互聯網架構的覆蓋整個工廠能源管理系統的開發，是智能制造工廠信息化建設的一項基礎工作。通過對工廠能源計量管理，及時獲取能源消耗數據。通過對能源與載能工質系統數據的管理，分析挖掘計量數據、完善數據對比實現預警與報警，為工廠智能化提供決策支持，將能源耗用數據指標落實到各崗位和生產人員，把考核與工作人員直接掛鉤，提升員工責任意識，提高工廠能源管理和智能化管理水平，為企業帶來良好的效益。對于其他同行業工廠能源管理系統建設具有一定的借鑒意義。

作者單位：朱文林 江西中煙工業有限責任公司

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