一、引言

進入21世紀后，我國印染行業資源消耗大、污染排放大的問題日益顯著，面臨環保的要求、能源成本的巨大壓力。近年來，有些印染企業在節能環保方面做了許多工作，如余熱回收、中水回用等，對減少排放和節約能源有一定幫助，但對整個生產過程中能源數據還遠未實現可視化、信息化，且在工序過程管理中仍然相對粗放，產品一次成功率比較低，“過烘”、“過洗”及能源不必要的浪費現象嚴重。若能在生產過程中引入能源精細化管理，不管是從社會能源資源保護，還是從企業自身經濟效益提升，乃至對企業數字化工廠建設都有十分重要的意義。

目前一些企業已經認識到能源管理重要性，在生產車間安裝了水、電、蒸汽等計量儀表，然后采用實時監控軟件實現自動化抄表。這相對于以前手工抄表統計在信息化程度上有很大的提升，也能統計出車間和班組的能源信息報表。但由于其無法與相關信息系統互聯，只能是一個能源信息孤島，無法結合生產工藝數據和ERP管理信息數據來形成能源診斷體系和能源考核體系。基本這些原因，我們針對本行業的特征和需求來進行印染行業能效管理信息系統的設計和研發。

二、   需求分析

本系統由上海勝易能源有限公司與紹興市一家印染公司共同合作研發，該公司位于紹興袍江新區，占地面積21萬平方米，擁有先進的制造設備和生產流水線，是一家具備現代化制造生產能力的印染企業。公司生產能耗主要有電能、水能、天然氣、蒸汽、熱能等能耗構成，在生產過程中能耗成本占據全部生產成本的很大比例，為了降低印染生產成本，提高企業的經濟效益，要求能效管理信息系統需要實現如下功能：

?  實時采集整個企業多級能源計量系統的實時數據，顯示能源的分布和流向，對能耗數據越限、異常等故障實時報警。

?  能以友好的、靈活的圖形界面來顯示能源數據的趨勢和走向，以及各能源數據之間的關系和對比。

?  具有靈活的報表統計、能源核算、能源需量預測功能。

?  具備能源成本考核功能，即把能源成本細化到每筆訂單上，把每筆訂單能耗成本細化到每道工序上，把每道工序的能耗成本細化每個設備和操作員工上。

? 具備能源診斷體系，為企業高層能源診斷、分析決策提供數據基礎和科學依據。

三、方案設計

系統基于C/S架構和B/S架構混合設計，通過C/S架構可以保證能耗數據在人機界面實時顯示，以及實時響應能耗異常和報警信息。B/S架構可以讓所有管理人員在遠程通過IE瀏覽器即能查看能耗數據變化、成本核算、統計報表、考核排名等信息。

系統的總體實現架構如圖所示：

從上圖中可以看出，系統按照功能邏輯分為三層：

能耗采集儀表層

現場根據能源類別安裝電、水、汽、熱計量儀表，然后將各類型計量儀表通過總線組成能耗采集子網，再分別與通信管理機連接，實時上傳能耗數據。

通信層

數據采集服務層作為通信層的核心，既要采集儀表層的能耗數據，寫入數據中心實時數據庫；還要與生產控制系統、公司ERP系統連接來實現能效信息管理系統的數據信息交換與共享。

能效管理層

能效管理層是能效管理管理信息系統的功能呈現平臺，根據不同角色用戶關心的功能內容不一樣，我們再細分為工程師平臺，能效公司平臺、宣傳考核平臺。

軟件功能包括如下：

<!--[if !supportLists]-->a、    <!--[endif]-->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表信息；

<!--[if !supportLists]-->b、    <!--[endif]-->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；

<!--[if !supportLists]-->c、    <!--[endif]-->能耗分析：對各能耗設備、能耗區域之間進行橫向考核評比，也可以對歷史數據進行縱向分析對比，結合其能耗特點，提供節能改造的方向和能源優化的重點，還可以參照回歸運算經驗值分析對比、參考行業標準值對比、計劃需量值對比進行能源精細化管理和控制；

<!--[if !supportLists]-->d、    <!--[endif]-->報表管理：形成基于各種通用模板的能耗數據報表，也可以根據用戶自定義需求模板的數據報表；

<!--[if !supportLists]-->e、    <!--[endif]-->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。

<!--[if !supportLists]-->f、    <!--[endif]-->成本核算：提供詳細訂單能耗成本核算，以及訂單能耗成本分解到工序能耗成本以及班組個人能耗成本。

四、子系統設計

能源采集子系統、能源監測子系統設計技術已經比較成熟，限于篇幅，本文不再贅述。在此重點介紹印染行業能耗成本分解和節能考核，如何實現能耗成本具體分解到訂單、工序和班組個人。

首先我們要了解印染行業ERP信息管理生產流程如下圖：

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從上圖中可以看出一筆銷售合同從開始到結束要經歷生成訂單、生產計劃、加料配色、染色、定型、然后入庫發貨等多道工序流程，在過程中產生的主要成本有：能耗成本、染料成本、人工成本，其中能耗成本最大，占整個訂單成本一半以上。由此可見，為了提高企業經濟效益，降低生產成本，必須從占比最大的能耗成本著手來挖掘節能潛力。雖然節能改造的具體措施方法眾多，但改造方式基本可歸納分為三類：

<!--[if !supportLists]-->1，         <!--[endif]-->設備更換，用低耗能設備來替代原來的高耗能設備。

<!--[if !supportLists]-->2，         <!--[endif]-->工藝優化，在一定的條件下通過不影響生產目標任務方式對生產工藝進行局部優化，可以降低能耗。

<!--[if !supportLists]-->3，         <!--[endif]-->精細化管理，實現生產過程能源消耗的“三個不必要”的管理，即杜絕“不必要的時間、不必要的地點，不必要的量”的能源消耗。

    至于采取何種方式可以發揮更大的節能潛力，或者采取哪種方式投入回報比最高，在采取措施之前我們先有必要對整個生產的能耗成本細化分解，把把每筆合同的能耗成本分解成多個生產計劃訂單的能耗成本，然后把每筆生產訂單能耗成本分解成不同工序和不同班組的能耗成本。具體分解實現流程見下圖：

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->    即生產員工在生產每個訂單時必須在能效管理信息系統客戶端計算機上正確輸入自己的用戶名、密碼和訂單號然后，啟動能源開關，系統記錄該道工序起始時間；在生產結束后再次正確輸入自己的用戶名、密碼和訂單號然后，關閉能源開關，系統記錄該道工序的終止時間。系統通過起始和終止時間可以計算出該道工序電、水、汽、熱各自的能耗數據，并將該道工序的能耗成本數據和生產用戶信息傳送到能效管理信息平臺。

實現該流程的硬件控制系統框架圖為：

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各道工序的能耗成本數據經過能效管理信息系統進行計算處理，用戶可以查詢到各筆訂單各種能耗成本占比，對出現的能耗異常可以具體定位到某道工序過程和某位生產員工，然后有的放矢采取有效措施來降低能耗成本。

<!--[if !supportLists]-->五、  <!--[endif]-->小結

節能減排一直為政府和企業所重視的工作，但在具體開展過程中，如何抓住重點和理清脈絡，通過最優的投入實現最大的收益。必須要先要建立能源診斷體系和能源考核體系，才能避免在實際改造工作中胡子眉毛一把抓，節能不增效。

本系統在該印染企業實施應用以來，改變過去能源使用放任自流的狀態，實現了能源使用的可視化和信息化。不僅將每筆銷售合同的各種能耗成本進行可視化分析，為工廠降低生產成本提高經濟效益提供數據基礎和理論依據；同時也為工廠數字化管理提高了一個臺階，在過去設備的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體系的完善，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作用，讓所有人改變過去被動節能思想觀念，到現在主動加入和參與節能行動中，隱形的經濟效益也非常明顯。

參考文獻：

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