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工业企业能源管理系统在啤酒企业中的设计与应用

发布时间2021-04-26        浏览次数:309

崔庭宇

江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214405

摘要∶无论就我国用能形势,还是企业的自身发展而言,国内啤酒行业需不断提高节能降耗水平。搭建能源管理系统,可通过实时监测、统计和分析各种能耗数据,优化用能管理,从而提高啤酒企业整体能源利用效率。本文试从系统建设规划、系统建设需求两方面,浅谈啤酒企业如何构建集团能源管理系统。

关键词∶集团能源管理系统;工业能源管理系统;节能降耗;多功能电力仪表;物联网仪表;智能网关


1 前言

1.1 我国当前能源形势

我国目前是全球能源消耗大国。根据"十三五"节能降耗的总体规划,到2020年,全国万元国内生产总值能耗比2015年下降15%,能源消费总量控制在50亿吨标准煤以内。全国化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物排放总量分别控制在2001万吨、207万吨、1580万吨、1574万吨以内,比2015年分别下降10%、10%. 15%和15%。全国挥发性有机物排放总量比2015年下降10%以上。

近年来,国务院和有关部门相继发布了一系列政策措施,全力推进节能减排和发展循环经济,节能减排在全国各行业形成浓厚氛围。

1.2建设必要性

啤酒是百姓日常生活中的日常消费品,市场需求量大。啤酒生产企业在制造大量爽口的啤酒提供给消费者的同时,在生产包装过程中也存在能源消耗大、资源浪费的弊端。

目前,国内啤酒市场的竞争日趋激烈,如何降低啤酒生产成本,对于啤酒企业十分重要。通过能源管理系统可以实时计算每吨啤酒的能源综合能耗或单耗以及重要生产工段的能源消耗量,建立有效的用能考核指标,为降低啤酒生产成本提供重要依据,为节能改造项目提供基础数据。

1.3能源管理系统概述

能源管理系统主要由现场监控设备(主要包括电力仪表、水表、蒸汽表等)、网络通讯设备以及能源管理系统软件组成,通过对能源供应、分配和消耗进行监测,实时掌握能源消耗状况,计算和分析各种设备能耗数据,结合对生产工艺过程的评估,实时提供在线能源系统平衡信息和调整决策方案,确保能源系统平衡调整的科学性、及时性和合理性,从而提高能源利用水平,实现生产工序用能的优化分配及供应,保证生产及动力工艺系统的稳定性和经济性,并实现提高整体能源利用效率的目的。

本文试从系统建设规划、系统建设需求两方面,浅谈啤酒企业如何构建集团能源管理系统。


2 系统建设规划

2.1系统建设目标

2.1.1建立全集团统一的能源管理平台

1)在各分公司建立能源管理中心,通过准确记录啤酒生产线各个环节和设备的能耗状况,记录分析和评价整体能耗费用水平以及各工序的能源使用情况实现能源使用的可视化、可控化、智能化。

2)在集团能源管理系统平台实时展示各分公司能源消耗过程,并通过对标等方式比较各厂综合能效指标,挖掘企业降耗潜力;通过能耗结构分析、用能计划与实际绩效对比分析,为集团提供能源信息决策支持。

2.1.2建立三级能源管理模式

系统应采用多级管理技术,提供不同的管理窗口,以满足当前主流的三级能源管理模式,即操作级能源管理、管理级能源管理、决策级能源管理:

1)操作级能源管理实现能源介质的实时监控和基本统计分析功能;

2)管理级能源管理实现能源数据的分析和能源监管功能;

3)决策级能源管理实现能源监管功能和决策支持功能。

2.1.3实现能源管控一体化

通过能源实时在线计量、监测和优化控制,实现能源管控一体化。

2.1.4其他信息管理系统提供集成接口

系统需具有可靠性高、扩展性强、升级简便等特点,并且能够为企业其他信息管理系统提供集成接口。

系统应提供与现场PLC、DCS、电能控制系统等系统的接口,并根据需要从现场PLC、DCS、电能控制系统中获取能源数据。

2.2 建设内容

通过能源管理的系统的建设,主要实现集团公司和各分公司能源数据在线监测、优化节能控制,对能源数据进行采集、分析、处理、存贮、显示、打印、发布、上传等,包含以下等内容的建设:

1)工业光纤环网的建设

2)现场计量采集站系统建设

3)能源管理系统硬件平台建设

4)能源实时监控软件系统建设

5)基础能源管理应用软件设计开发

6)其它第三方系统通讯接口设开发


3 系统建设需求

3.1系统功能架构

集团的能源管理系统建设的重点在于加强对各生产子公司的能源计划和能源消耗的统计分析,能源质量以及设备的统计分析,做到集团内部企业的对比分析,指导和管理各生产子公司的能源生产、消耗和考评。

系统的核心应为:

l 数据采集:对下属单位的能源数据、生产数据进行数据抽取、转换、加载。通过合理的数据抽取方式,进行数据采集。

l 数据存储:数据存储要考虑未来的系统扩容性,同时数据存储要分层设计,合理规划,对不同单位、不同类型的数据存储要合理分配,同时考虑数据安全性。

l 数据应用:通过能源监视、能源分析、能源看板、统计分析、监控预警等多种数据应用模式,满足不同层次管理者对数据应用的需求。

系统设计通用性要求:

l 啤酒企业能管系统必须结合生产工艺,对电能,蒸汽,水等资源进行监控分析。

l 利用可视图表,丰富的表现力,直观性、实时性。

l 实现报表及趋势查询。

l 系统登录可采用B/S(浏览器/服务器)架构,便于用户在办公网络访问。

l 采用组态形式,方便增改报表图形等,满足发展需求。

l 采用大型数据库,满足数据存储、管理要求。

l 提供多种数据交换方式,满足数据交换要求。

l 全集成架构,便于集团扩展和建立集团能管中心。

3.2 网络结构设计

3.2.1网络总体架构

集团和各生产厂之间可通过VPN等方式进行通讯,实现数据库之间的数据共享。能源管理系统主要目标为能耗实时数据的采集、整理、存储和分析决策,在整个系统中,实时数据的汇聚点主要有以下三层:

1)监控数据采集层:该层系统采集生产现场的各类实时信号,是能耗实时数据体系存储的源头,生产工况信息和生产控制信号都经由该层系统开展。

2)厂级能源管理数据库层:由厂内各能耗实时监控、生产实时控制系统采集、整理各类能耗实时数据,并统一存储和综合分析利用。

3)集团能源管理数据库层:根据管理需要,由各啤酒厂的数据库中抽取部分能耗实时数据,有体系地进行整理、汇总和存储,形成集团的能耗实时数据库,辅助集团的生产乃至市场决策管理。

3.2.2分公司系统结构

分公司实时监视归集在集团能源管控系统中运行,其主要功能是调用各分公司能源管理系统监控用能的实时数据和监控画面,通过展示对应分公司的能源管网的逻辑示意图和对应工序段的能耗情况监控页面,实现对各分公司生产流程的实时的能耗监控

1)分公司啤酒厂需要接入的生产控制系统包括:

PCS、电能监控等系统。接入系统的方式应根据现场实际情况,采用专门的接口机、运行终端,或其它合适的方式。

2)分公司啤酒厂将上述系统的能耗实时数据及时、周期性写入到厂级数据库中,考虑到控制系统较多、数据采集量较大,数据采集的并发规模和历史数据规模以采用高性能的实时数据库系统为宜。

3)尽管各分公司啤酒厂的生产线、各PLC,以及选择的厂级实时数据库可能各不相同,但是各啤酒厂应按集团公司的统一要求(包括实时数据的格式、单位、周期等)将有关实时数据报送到集团公司的实时数据库中。


4 安科瑞工业企业能源管理系统介绍

安科瑞工业企业能源管理系统采用自动化、信息化技术和集中管理模式,对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理,监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况,通过数据分析、挖掘和趋势分析,帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、重大能耗设备的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、用能预测、碳排分析,为企业加强能源管理,提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

4.1 系统结构

4.2 应用场所

钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、物流、铁路、航空工业、木材、化学原料以及机电设备、电器产品、工器具制造等。

4.3 系统功能

4.3.1 可视化展示

展示企业各类能耗总量、折标值、能源成本、能源消耗趋势、分项能耗占比、区域能源消耗对比,以及当前天气情况、污染情况,并三维展示企业重要工艺或工段的能源消耗动态。

4.3.2 实时监控

对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况,同时能快速有效的掌握点位的报警。

4.3.3 变压器监控

展示各电压器的负载情况,从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析,找出较佳运行模式。根据较佳运行模式调整负载,从而降低用电单耗,使电能损失降低。

4.3.4 用能统计

从能源使用种类、监测区域、生产工艺/工段时间、分项等维度,采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析,折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计,找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方,从而调整能源分配策略,减少能源使用过程中的浪费。

4.3.5 产品/产值单耗

与企业MES系统对接,通过产品产量以及系统采集的能耗数据,在产品单耗中生成产品单耗趋势图,并进行同比和环比分析。以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺,从而降低能耗。

4.3.6 绩效分析

对各类能源使用、消耗、转换,按班组、区域、产线、工段等进行日、周、月、年、时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核,帮助企业了解内部能效水平和节能潜力。

4.3.7 能耗预测

通过对企业生产工艺、生产设备等的能耗使用情况进行分析,建立能耗计算模型,根据人工智能算法对数据和模型进行修正,对未来企业能耗趋势进行预测分析,为节能提供有效的决策依据。

4.3.8 运行监测

系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集,监测重点设备及工艺运行状态,如温度、湿度、流量、压力、速度等,并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据,支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。

4.3.9 分析报告

以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行多方面的统计分析,让用户多方面了解系统的运行情况,并为用户提供数据基础,方便用户发现设备异常,从而找出改善点,以及针对用能情况挖掘节能潜力。

4.3.10 事件报警

持续监测设备和系统运行,对通讯失败、数据异常、定额超限、工艺参数异常越限、设备异常或故障进行报警,提醒企业注意和查找问题,并形成报警日志。

4.3.11 移动端支持

APP支持Android、iOS操作系统,方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、效率分析、同环比分析、能耗折标、用能预测、运行监视、异常报警等。

4.4 现场设备选型


5 结语


各啤酒企业在计量设备选用,生产现场条件,网络条件等方面具有特异性,构建能源管理系统应符合自身特点,量体裁衣。然系统的总体设计和建设应遵循统一标准、统一规划和统一设计的原则,本文试归纳如下几条:

1.安全性原则:系统设计要充分考虑系统的安全性。重点包括数据传输、系统登录身份认证以及系统稳定安全稳定运行等方面。

2.标准化原则:该系统为啤酒企业能源数据平台,系统设计上要充分考虑数据和功能的标准化,为将来系统的深化应用、扩展应用奠定基础。

3.可维护性原则:系统的架构设计应充分考虑系统的易维护性和友好性,提供友好的操作界面,简化用户的操作。

4.可扩展性原则:系统的技术框架、业务功能、数据处理能力、数据存储能力等方面,要具备足够的可扩展性,以适应和满足企业未来发展的需要。

5.开放性原则:基于啤酒企业各分公司信息系统的基础不同,系统设计及实现要充分考虑开放性,以便有效集成各种类型的信息系统的业务数据,并能够为其他外部系统提供数据接口服务。


参考文献

[1] 耿佳节.浅谈钢铁企业能源管理系统建设应用[J].现代信息科技,2018,2(05):125-127.

[2] 赵文帅.浅谈啤酒企业构建集团能源管理系统[J].

[3] 安科瑞企业微电网设计与选型手册.2020.06版.

[4] 安科瑞企业能源管控平台.2020.08版.


作者简介:崔庭宇,男,本科,江苏安科瑞电器制造有限公司,主要研究方向为工业能源管理系统