一、     引言

隨著社會的發展和進步，能源危機問題日益嚴重，節能減耗是每個人應盡的責任和義務。據權威部門發布統計資料，工業企業每年10%以上能源損耗源于沒有能源監測及維護計劃，每年12%的能源損耗源于沒有能源管理及控制系統。歐美發達國家先進企業除了生產過程中廣泛采用計算機監測、控制系統（DCS，SCADA）外，能源數據的在線監測、分析和優化系統也占有重要的位置。通過現代計算機技術、網絡通信技術和分布式控制技術，建立完善的能耗監測、管理考核體系，實現能源消耗動態過程的信息化、可視化、可控化，通過對企業生產過程中能源消耗的結構、過程及要素進行精細化管理，提高能源使用效率，降低單位產量的能耗，為企業帶來經濟效益。

本案例介紹的是上海勝易能源科技有限公司自主開發的能效管理信息系統在上海某化工有限公司（以下簡稱工廠）的應用，該工廠位于上海松江工業開發區，工廠占地面積24000平方米，職工人數近兩百人。工廠的能耗主要由電能、氣（天然氣）能、水能構成，其中電能占絕大部分能耗比重。能源消耗涉及面廣、結構復雜、總能耗基數大為工廠的能耗特點，過去僅靠后勤部門人工通過原始的巡視抄表來統計能耗管理，無法形成完整的能源的臺賬和報表，更談不上有豐富的能源基礎數據來進行能源精細化管理和指導節能改造措施，所以就很有必要在工廠實行能效管理。能效管理不同于傳統的能源計量，它不僅具備能源計量的功能，而且更重要功能是對能源監測的基礎數據進行計算、統計、分析，對能耗信息進行評估和診斷，形成一套能耗評估體系和一套能耗考核體系，并以此來作為能源精細化管理的依據，還可用來指導設備或者工藝節能改造方案。工廠通過能效管理信息系統平臺可以實現以下幾個目標：

1、   建立詳細的能源臺賬，實時顯示能源分布、流向。

2、   通過能源診斷，實現能源精細化管理，實行“三個必要”的能源消耗，即：必要的時間、必要的地點、必要的量，可以減少能源不必要的浪費，讓能源的使用從放任自流的狀態轉化到盡在掌控之中的狀態。

3、   建立能源考核體制，節能任務具體到生產班組、部門、區域。實現過去被動節能到主動節能意識的改變，爭取為工廠節約每一滴能源。

4、   可以為數字化工廠管理提供能源基礎數據，可和其他信息系統實現數據共享，可以精確核算批次單位產品能耗成本。

二、    方案設計

根據工廠能耗特點，首先對能耗進行分類、分項、區域進行劃分，按照不同劃分內容進行能效管理和分析。

   系統根據上述功能劃分進行分別安裝一級計量多功能電能表、二級計量多功能電能表，然后通過網絡采集實時能耗數據，提供給系統進行能源監測、能源評估、能源分析和診斷，系統整體網絡框架如圖：

系統按照功能邏輯分為三層：

1、    現場儀表層

在本方案中對工廠進行能源監測的有多功能電能表、電磁流量計、渦輪流量計等。多功能電能表安裝在電壓進線柜、重點出線柜、動力柜、照明箱等重點能耗部位；電磁流量計和渦輪流量計根據能耗分布和流向選擇在管道合適位置安裝。

2、    通信層

數據采集器為嵌入式通信設備,實時現場采集電、水、氣能耗數據然后將數據打包轉發?？紤]到工廠車間較多，且配電間分布距離較遠，單獨通信布線成本較高，為了優化設計，采取利用工廠現成的計算機局域網通信。

通信管理機為數據采集服務器，通過局域網接收數據采集器的實時能耗數據，寫入實時數據庫。還可以提供與外面數據接口功能，如：和工廠ERP信息系統進行數據共享，用來核算批次單位產品的能耗成本等。

3、    能效管理層

數據處理服務器，對實時庫的能源數據進行計算、統計、評估、分析，形成診斷結論數據存入數據庫。

數據庫服務器，負責定時保存實時庫的能耗參數信息，根據計劃任務安排對能耗數據進行統計、計算，還提供歷史查詢和數據分析。

WEB服務器服務，負責能效管理信息系統網站服務發布，后臺程序計算、處理、分析運行，提供遠程用戶通過IE瀏覽能耗診斷圖表、評估報告、數據報表、信息查詢，還可以支持用戶遠程通過智能手機設備登錄系統。

工程師平臺，負責運行系統人機界面，上面可以實時顯示能源的分布、流向以及設備的運行工況，還可以在上面實時查詢能耗運行的相關工藝參數，以及根據需要設置自動控制能耗時間表、能源異常報警和控制預案處理等。

能效管理信息平臺，是系統的核心，功能包括如下：

a、    能耗監測：顯示詳細能耗運行信息，包括按能源分類、分項、分區域分別統計的圖標信息；

b、    能耗評估：對能耗設備評估診斷信息，對各區域能耗考核信息形成節能診斷報告；

c、    能耗分析：對各能耗設備、能耗區域之間進行考核評比，也可以對歷史數據進行縱向對比，分析其能耗特點，提供節能改造的方向和能源優化的重點，還可以參照回歸經驗值分析對比、參考標準之對比、計劃需量對比進行能源精細化管理和控制；

d、    報表管理：形成基于各種模板的能耗數據報表，也可以自定義模板的數據報表；

e、    能源臺帳：提供詳細能源臺賬，也可以歷史數據查詢分析，形成能源審計報告。

能效考核宣傳大屏，在過去工廠對能源基本都是粗放型管理，員工對節能理念感到與自己很遙遠，其實稍微改變生活的一點點習慣就可以有很好的節能效果。為了實現全體員工節能意識由被動到主動的轉變，在工廠進門口和食堂等公共場所地方安裝能效考核大屏。播放內容：

a、  播放節能宣傳動畫，讓員工感到節能無處不在，并且與自己息息相關，做到節能“勿以善小而不為”；

b、  播放工廠實時能源消耗，分類、分項統計的能耗信息，改變過去對能源消耗漠視感，建立內部激勵體系。

c、  播放工廠區域之間能耗考核信息，各設備能耗與上一個同期對比的削減率，并對消減率進行排名。采用獎勤罰懶宣傳體系，讓員工有節能的緊迫感和壓力感。

d、  播放國家節能政策、工廠節能策略。

e、  播放工廠的一些宣傳活動。

    遠程用戶，能效信息管理系統接入Internet網絡，這樣保證相關能源管理領導出差在外也可以通過網絡查看，也可以設置不同權限讓各種不同的上級部門可以遠程登錄信息系統查看相應的信息數據。

三、軟件功能

     能效管理信息系統軟件由數據采集系統、系統運行平臺、系統應用功能組成，應用功能基本分為三層：

1，         能源監測功能，顯示能源實時分布和流向、異常報警和狀態監視。

2，         能源初步評估分析功能，對能耗的統計信息進行初步分析評估，找出能耗薄弱環節和優化重點。

3，         能源專家分析功能，對能耗信息結合工藝參數、運行參數進行深度分析形成能源診斷報告，為提供用戶節能方案。

系統功能架構如下圖：

數據采集系統，采集現場儀表的能耗數據信息，提供整個能效管理系統的原始數據。數據采集器將現場采集到的數據通過通信網絡轉發給通信管理機。軟件支持RS-485/RS-232總線、光纖、電話網絡、電力線載波、ZigBee、GSM/GPRS/CDMA和TCP/IP網絡傳輸等多種方式。支持Modbus、DNP、DLT645以及各種廠家自定義規約。

數據運行平臺，是整個系統運行的基礎平臺軟件，可以支持在Windows XP、Win7等各種通用操作系統上運行。通過采集系統的原始數據進行統計計算，遞歸分析，回溯，同比，對比等各種計算方法，提供能耗診斷、分析評估、能耗報告的數據依據，最終實現能源信息化管理。

系統應用功能，包括對能源的監測、評估、分析、診斷，以及建立設備能耗評估體系和區域能耗考核體系。具體功能如下：

1、         能耗多維度采集和顯示功能

對工廠復雜紛亂的能耗設備進行分項、分類、分區域進行劃分，在線多維度統計、分析和管控，為精細化管理提供基礎數據?？梢杂玫乩聿季謭D方式顯示各種能耗的地理分布和實時變化；也可以用表格方式集中顯示各種能耗數據對比和比較。

2、         統計能耗數據，對標單位面積能耗

收集生產過程中的能耗數據，實現能源消耗過程的信息化、可視化管理，結合能耗區域面積核算單位建筑面積能耗指標。并通過棒圖的形式，對比各個部門的能耗和成本。

3、         報警和預案處理功能

當系統的各能耗參數出現超過額定值時或其他設備運行參數超過額定值運行時，系統可以通過聲光、短信等多種方式報警，并自動記錄報警時間、地點、報警內容等。若一些重要能耗參數或者設備參數可以進行預案設置，一旦出現報警應及時響應，在規定時間內沒有得到響應處理，系統會自動啟動預案進行隔離或者切斷處理。如設備電流過大、空調長時間運行等。

4、         報表統計和打印功能

系統按照計劃要求對工廠各能耗設備、能耗區域進行橫向和縱向對比統計，自動生成以表格、棒圖、曲線、餅圖等多種方式呈現數據的報表，也可以根據用戶模板每天自動生成報表，提交給用戶和自動打印。 

5、         能耗節點診斷、分析評估功能

根據采集上來的能耗數據和統計報表數據，結合運行的參數進行深入對比、分析，然后得出能耗節點能耗效率和浪費情況，形成對節點的評分和評估報告。

6、         能耗需量分析

設定每臺能耗設備或者能耗區域的能耗計劃，形成一套設備、區域能耗考核體系，為獎勤罰懶提供數據依據。當實際能耗低于需量值，進行鼓勵；當實際能耗數據高于需量值，系統會進行提示報警，并責成相關人員分析并查找原因，避免下次再次發生。

7、         能耗歷史記錄查詢

系統自動保存各種能耗采集數據和運行參數，以及系統故障報警數據信息，可以方便用戶通過局域網或者Internet隨時進行信息查詢。還可以設置不同的用戶，開放不同權限支持工廠上級部門查詢工廠能耗的運行信息、以及能耗評估、診斷報告。

8、         系統自檢功能

本系統具有完善的自診斷功能。當系統發生硬件或者軟件故障時，診斷功能將提供詳細的故障信息和地理定位，以便及時排除故障。即使出現在故障無法恢復情況下，系統可以自動隔離，采用備機系統自愈合方案，確保系統24小時365天不間斷運行。

9、         節能考核體系宣傳

能效管理系統對通過生產過程大量能耗數據進行回歸分析，形成一套工廠能耗設備、能耗區域每天能耗需量計劃，然后結合每天能效管理信息系統實際消耗數據進行對比?？梢栽谛麄髌脚_放映各班組、車間的能耗需量實際運行圖表。

當實際能耗小于計劃任務，進行表揚和獎勵；如上圖：

當實際能耗大于計劃能耗責令調查原因并提供分析報告，系統自動分類保存分析報告，形成能耗異常分析專家庫。當以后出現同類能耗異常，有助于分析異常原因和可以避免同樣問題發生。

如下圖：

   能效管理信息系統對根據不同車間相同設備、相同設備不同時段的能耗數據進行報表分析，然后進行橫向和縱向的比較，考核各部門的節能成績，在宣傳大屏顯示如圖：

   電能的實時分布顯示如圖：

    顯示大屏還可以根據需要顯示播放節能政策宣傳、節能活動內容、以及其他宣傳文件。

四、效益分析

工廠對能效管理信息系統平臺建立的前后6個月進行能耗進行統計分析如圖：

從圖中可以看出在通過能效管理信息對能源進行精細化管理前電、氣、水平均費用為90萬、30萬、5萬元，通過信息化節能后月能耗總體費用下降高達19萬元。在過去設備故障和隱患往往只能通過定時巡檢才能發現，而現在通過能耗實時監測對能耗效率低下的設備及時進行維護，既避免了能耗無謂的浪費，也挺高了設備的使用壽命。同時能耗考核體系的建立和節能宣傳軟件的不斷播放，對全公司所有員工節能意識和節能理念的灌輸也有非常積極左右，讓所有人都自愿加入和參與節能行動中。

而整個項目的所有投入費用不到一百萬，按照月平均收益計算基本在半年內就可以完全回收，并且還在提高設備使用壽命、提高員工主動節能意識都帶來隱形效益，還為企業建立詳細能源臺賬，為數字化工廠打下良好基礎，所以能效管理信息系統對制造工廠是一套非常有價值并且值得大力推廣的系統。

附錄：軟件界面