摘要：運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建一個覆蓋工廠的能源管理系統(tǒng)，是智能化工廠建設(shè)的一個重要組成部分。本系統(tǒng)由智能網(wǎng)絡(luò)儀表、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、計量子站、能源管理平臺等構(gòu)成，運(yùn)用分布在工廠生產(chǎn)現(xiàn)場的智能網(wǎng)絡(luò)儀表，采集能源和載能工質(zhì)的耗用數(shù)據(jù)，把這些采集到的數(shù)據(jù)通過計量子站和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上傳到能源管理平臺，由能源管理平臺對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為管理者提供需要的數(shù)據(jù)報表。結(jié)果表明，以工廠能源計量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建設(shè)一套與現(xiàn)代化智能工廠相適應(yīng)的科學(xué)的能源利用監(jiān)督、管理、評價系統(tǒng)，把傳統(tǒng)的人工抄表、零散管理、數(shù)據(jù)不可追溯、無法預(yù)警和實時報警，轉(zhuǎn)變?yōu)榧泄芾?、分散控制、?shù)據(jù)統(tǒng)一匯集，實現(xiàn)管理自動化、智能化，完成數(shù)據(jù)深度挖掘，做到預(yù)警與實時報警。這對于提升工廠能源管控水平，實現(xiàn)節(jié)能減排，具有強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；工廠能源管理系統(tǒng)；設(shè)計與應(yīng)用

一、引言

工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)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(zhì)。提升能源和載能工質(zhì)利用效率，提升能源管控水平，是智能工廠信息化建設(shè)的一項重要內(nèi)容。本文結(jié)合當(dāng)前能源計量儀表技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、數(shù)據(jù)信息技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，運(yùn)用各種計量儀表，對工廠生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)所耗用的能源和載能工質(zhì)進(jìn)行計量，及時準(zhǔn)確地獲取各類能源耗用數(shù)據(jù)。工廠運(yùn)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不僅為能源管理系統(tǒng)、動力自控系統(tǒng)、智能配電系統(tǒng)等提供一個共用的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)通道，還把分散在工廠區(qū)域內(nèi)的各計量儀表計量的數(shù)據(jù)和計量儀表的狀態(tài)信息，上傳到能源計量系統(tǒng)平臺。工廠運(yùn)用數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和數(shù)據(jù)報表系統(tǒng)，構(gòu)建一個能源管理系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)對能源耗用數(shù)據(jù)自動采集記錄，實現(xiàn)對能源數(shù)據(jù)信息的自動處理，實現(xiàn)與辦公OA系統(tǒng)、工廠ERP系統(tǒng)、各車間集控系統(tǒng)、物流采集系統(tǒng)等工業(yè)信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通。這對于提升工廠能源管理能力，落實節(jié)能降耗工作，提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

二、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集儀表、計量子站、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)器等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中智能網(wǎng)絡(luò)儀表負(fù)責(zé)采集工廠生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)所耗用的能源和載能工質(zhì)計量數(shù)據(jù)，根據(jù)計量儀表所處的工況特點(diǎn)，采用滿足計量要求的智能網(wǎng)絡(luò)儀表，及時準(zhǔn)確地獲取各類能源耗用數(shù)據(jù)。計量子站負(fù)責(zé)獲取分散在工廠區(qū)域內(nèi)的各計量儀表計量的數(shù)據(jù)、計量儀表的狀態(tài)、本子站的狀態(tài)等信息。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)把上述信息上傳到計量子系統(tǒng)服務(wù)器，通過能源管理軟件對計量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實現(xiàn)能源分類計量、分項考核，工廠能源管理智能化的基礎(chǔ)。

（一）數(shù)據(jù)采集儀表的配置

運(yùn)用數(shù)據(jù)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(jìn)行計量。依據(jù)《用能單位能源計量器具配備和管理通則》（GB17167-2006）的規(guī)范要求結(jié)合計量設(shè)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(shù)據(jù)。

1.用水計量儀表的配置

根據(jù)工廠供水管網(wǎng)布局和生產(chǎn)特點(diǎn)，采取總分式布局結(jié)構(gòu)安裝計量水表，分別在總進(jìn)水管，主供水管網(wǎng)、分支管網(wǎng)、主要用水設(shè)備用水管網(wǎng)，安裝智能計量水表或流量計，采集相應(yīng)部位的用水?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)合能流圖完成基礎(chǔ)用水?dāng)?shù)據(jù)采集。

在生產(chǎn)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(yīng)流量口徑相匹配的規(guī)格型號。

在自帶流量計的生產(chǎn)用水設(shè)備，從該流量計讀取用水?dāng)?shù)據(jù)，采用生產(chǎn)設(shè)備使用的工業(yè)以太網(wǎng)，把計量數(shù)據(jù)上傳到計量系統(tǒng)服務(wù)器。在沒有配備流量計的生產(chǎn)用水設(shè)備，分別安裝智能水表，可以把瞬時流量和累積流量進(jìn)行上傳。

2.用電計量儀表的配置

根據(jù)工廠設(shè)計圖紙要求，在配電室進(jìn)線口安裝多功能網(wǎng)絡(luò)儀表，獲取工廠總用電數(shù)據(jù)。對于車間生產(chǎn)線的主要耗電設(shè)備，采取專線配電，分別在配電回路的出口安裝多功能網(wǎng)絡(luò)儀表，對這些生產(chǎn)機(jī)臺用電進(jìn)行單獨(dú)計量管理。

3.用天然氣計量儀表的配置

根據(jù)工廠天然氣管網(wǎng)布局和生產(chǎn)特點(diǎn)，配置天然氣計量儀表，采取全覆蓋的方式，在工廠進(jìn)氣管道安裝流量計，在鍋爐、車間生產(chǎn)設(shè)備、職工餐廳等天然氣管路分支口安裝流量計，與總進(jìn)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(jìn)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(chǎn)的方式。在鍋爐蒸汽出口分別配置流量計，對每臺鍋爐生產(chǎn)的蒸汽進(jìn)行單獨(dú)計量，在鍋爐總供蒸汽出口、鍋爐分汽缸去熱力站出口、生產(chǎn)工序、空調(diào)機(jī)組、輔助工序等部位分別配置流量計。在主要生產(chǎn)用蒸汽機(jī)臺供熱管路，配置流量計，對這些生產(chǎn)用蒸汽機(jī)臺進(jìn)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(guān)、開關(guān)電源、端子排、網(wǎng)管等設(shè)備與部件構(gòu)成，如圖2所示。計量子站分布在生產(chǎn)現(xiàn)場，分別連接所在區(qū)域的計量儀表。

采用可編程邏輯控制器PLC作為控制設(shè)備，將智能數(shù)據(jù)儀表的數(shù)據(jù)及時進(jìn)行收集、解析、上傳。運(yùn)用PLC的抗干擾能力，能夠適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，能夠穩(wěn)定地運(yùn)行在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。

（三）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，采用三層網(wǎng)絡(luò)或雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，環(huán)網(wǎng)采用千兆級工業(yè)交換機(jī)組網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)架構(gòu)能夠把交換機(jī)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(fā)現(xiàn)存在的異常狀況，便于及時發(fā)現(xiàn)問題。匯聚交換機(jī)采用冗余型架構(gòu)，提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（四）服務(wù)器

采集軟件負(fù)責(zé)管理PLC上傳的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫通常采用Mysql數(shù)據(jù)庫存儲并支持各類數(shù)據(jù)協(xié)議。運(yùn)用先進(jìn)的主流數(shù)據(jù)管理軟件，構(gòu)建信息管理系統(tǒng)。把計量管理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，分類管理，為工廠各類用戶提供所需要的數(shù)據(jù)報表、圖表，實現(xiàn)能耗分析、能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計、查詢、信息共享。具有按照能源種類，進(jìn)行同比、環(huán)比分析功能，具有能源折標(biāo)綜合分析功能，把各類能源按照國家規(guī)定的折算系數(shù)折算為標(biāo)準(zhǔn)煤，分析工廠折算為標(biāo)準(zhǔn)煤后的綜合能耗和單箱實際能耗，并進(jìn)行同比、環(huán)比分析；具有能源統(tǒng)計功能，能夠自動生成上報工廠領(lǐng)導(dǎo)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(biāo)數(shù)據(jù)，自動生成崗位、工序、車間能耗運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可實現(xiàn)對各生產(chǎn)人員能源定量考核。具有能源查詢功能，具有能源計量數(shù)據(jù)信息的查詢和動力能源監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息查詢功能，具有系統(tǒng)信息發(fā)布，系統(tǒng)用戶管理、參數(shù)管理、資源管理等功能，通過預(yù)留接口可實現(xiàn)與行業(yè)主管部門、公司信息的管理系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)信息共享。

三、結(jié)束語

基于互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的覆蓋整個工廠能源管理系統(tǒng)的開發(fā)，是智能制造工廠信息化建設(shè)的一項基礎(chǔ)工作。通過對工廠能源計量管理，及時獲取能源消耗數(shù)據(jù)。通過對能源與載能工質(zhì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理，分析挖掘計量數(shù)據(jù)、完善數(shù)據(jù)對比實現(xiàn)預(yù)警與報警，為工廠智能化提供決策支持，將能源耗用數(shù)據(jù)指標(biāo)落實到各崗位和生產(chǎn)人員，把考核與工作人員直接掛鉤，提升員工責(zé)任意識，提高工廠能源管理和智能化管理水平，為企業(yè)帶來良好的效益。對于其他同行業(yè)工廠能源管理系統(tǒng)建設(shè)具有一定的借鑒意義。

作者單位：朱文林 江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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