韓喜良，黃柏平，吳焜

（湖北中煙紅安卷煙廠，湖北 紅安 438401)

1 能源管理系統(tǒng)需求與設計

2021年前，紅安卷煙廠能源生產是相對分散、獨立運行的單功能工控系統(tǒng)，計量設備也不完善，只有總量沒有分支計量，能源統(tǒng)計效率也相對比較低，總之，全廠的能源管理水平偏低。

1.1 計量設施缺失

能源計量儀器儀表配置不齊全，電力和自來水實現2級計量標準，天然氣、蒸汽、壓縮空氣能源消耗統(tǒng)計不能滿足在線數據采集的功能，更不能提供能源消耗數據的實時采集以及動力設備的在線監(jiān)視等。

1.2 平臺缺失

僅空調制冷、真空空壓、鍋爐、配電系統(tǒng)等幾個子系統(tǒng)有監(jiān)控室，同時各個子系統(tǒng)完全獨立，所用軟件均不統(tǒng)一，無數據網絡，無法實現數據系統(tǒng)集成。

1.3 現有能源管理效率低

由于動力各系統(tǒng)均獨立運行，計量數據不完整，數據保存量少，無論對于高效能源調度還是能源精細化管理，都沒有數據支撐條件，導致現有的能源管理還是傳統(tǒng)的方式，能源調度通過電話層層溝通，能源數據統(tǒng)計憑借經驗預估，導致能源管理總體效率比較低。

隨著測量技術、自動化控制技術以及信息化管理技術的不斷發(fā)展，能源管理在煙草行業(yè)的不斷推廣應用，紅安卷煙廠迫切需要建立動力公用設備的集中管控中心系統(tǒng)，對動力能源進行有效控制和管理，保證動力設備的高效運行，提高能源生產效率，通過合理調配有效地減少能源消耗，通過減少人員和提高人員效率，達到提升綜合能源管理水平和全廠節(jié)能增效的目的。

2 能源管理系統(tǒng)建設與效果

紅安卷煙廠經過詳細調研，針對本廠能源管理痛點、難點進行了能源管理的詳細設計，2021年9月建立了能源監(jiān)控中心。

系統(tǒng)建立了能源管理平臺、實時監(jiān)控平臺“兩大平臺”，除制絲蒸汽外，落實了全廠“三級計量”（358塊計量表），對影響生產經營的六大功能子系統(tǒng)進行集中實時監(jiān)控預警；對鍋爐系統(tǒng)、空調制冷系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、恒壓供水系統(tǒng)等9大專業(yè)子系統(tǒng)進行參數趨勢分析，特別對動力中心制冷站系統(tǒng)、生產生活恒壓供水控制系統(tǒng)進行改造，將各功能子系統(tǒng)無縫植入能管監(jiān)控系統(tǒng)，完成多系統(tǒng)多專業(yè)的集控。

圖1

圖2

通過能源業(yè)務梳理并結合安全管理要求，梳理確定了各功能系統(tǒng)子安全工作指標（電壓、恒壓供水壓力、蒸汽分汽缸壓力、空壓分氣缸和真空罐壓力等）。根據指標報警區(qū)間特點和設備狀態(tài)信息，在能管中心實現報警聯(lián)動，大大提高了能源安全調度效率和水平。

實現了能源分類管理、能耗分析管理、能流圖、目標預警、設備管理、綜合管理、系統(tǒng)管理等“七大能源管理功能”（89張監(jiān)控畫面，數據點1513個，50個二級菜單，63張能源報表）。

與此同時，動力車間制定并落了實能源管理系統(tǒng)運行管理辦法，清楚界定了車間領導、設備管理員、能源管理員和跟班班長的職責和具體能管系統(tǒng)使用要求，并詳細制定了能管中心的日常運行制度和值班制度以及能管中心報警的處置機制和流程。

通過系統(tǒng)運行驗證，對能源設備的高效運行，能源精益化調度管理以及能源的有效利用等，取得了提升能源綜合管理水平和節(jié)能增效的初步設計成果，實現了能源為生產精準服務，發(fā)揮能源數據在多個生產單元的及時數據分析價值和融合價值。

3 能源管理系統(tǒng)優(yōu)化和提升

紅安卷煙廠雖然建立了能管系統(tǒng)并得到有效運行，但是，在能源能源平衡調度、設備故障和能效預警以及實現智能排產、能源管理深層廣泛協(xié)同等方面，需要進一步提升優(yōu)化。參考同行業(yè)新技術應用，系統(tǒng)可在以下方面進行優(yōu)化和提升。

3.1 邊緣計算與預測模型

邊緣計算是一種新興的計算模型，旨在將數據處理和計算功能更接近數據源或終端設備，以提供更快速、可靠和高效的計算服務。模型系統(tǒng)預測基于目前各車間數據執(zhí)行的實際情況，關注收集、存儲、分類及處理，對鍋爐、空壓、真空、除塵等主要耗能設備進行建模分析，與邊緣計算相結合，實現設備的負荷預測和能耗預測、設備的能效狀態(tài)和潛在的故障征兆，輸出最佳的運行參數組合，指導設備系統(tǒng)節(jié)能運行。

例如，空調系統(tǒng)作為最大的能源消耗系統(tǒng)，利用上述技術，根據MES下發(fā)的生產調度計劃，制定相空調系統(tǒng)運行計劃。包括空調開機模型、空調關機模型、空調溫濕度預測模型和空調能耗預測模型等。例如，鍋爐系統(tǒng)自動跟蹤用汽負荷的變化趨勢和預估算法來自動調節(jié)鍋爐的燃燒量和增減投入運行的鍋爐的數量，實現鍋爐設備的均勻時間運行和節(jié)能控制。2023年在生產總量增加的情況下，仍然實現能源費用節(jié)約50萬元的目標。

3.2 智能調度與聯(lián)動協(xié)同

智能工廠與智慧制造，是煙草企業(yè)數字化轉型的必然發(fā)展方向。紅安卷煙廠能源管理系統(tǒng)建立與物流、倉儲、生產、設備、環(huán)保、人員等管理系統(tǒng)的高度集成廣泛協(xié)同，是能源管理系統(tǒng)提升優(yōu)化的主要方向。

動力能管系統(tǒng)與卷包數采、制絲集控等具有直接的生產協(xié)同關系，根據車間生產計劃工單，以滿足正常生產為原則，生成動力系統(tǒng)能源平衡調度任務，制定動力能源設備和系統(tǒng)最佳的啟停時間、間歇式節(jié)能運行模式和最優(yōu)的能源參數供給。生產計劃執(zhí)行期間產生的工單，可根據實際生產進度進行供能計劃的滾動重排調整，如動力設備提前開停機等，識別需控制的干擾/調整信息實現按需供能，優(yōu)質供應、準確供應、經濟供應。

3.3 動力車間3D數字孿生系統(tǒng)

3D數字孿生目前已經發(fā)展成為較為成熟的應用技術，普遍應用在數字化工廠中控平臺建設中，基于與現實生產工藝過程的實時數據和業(yè)務相關聯(lián)，通過在虛擬環(huán)境中漫游和觀察，對設備預警、定位、故障處理以及運維、巡檢、維修、人員安全、培訓等，發(fā)揮著更加直觀、生動的虛實結合人機互動作用。

4 結語

綜上所述，紅安卷煙廠能源管理系統(tǒng)的優(yōu)化和提升，雖然有煙草行業(yè)比較先進的數字化轉型示范企業(yè)的參照，但是也有卷煙廠自身現狀的特殊性，任重而道遠。需要更進一步形成全廠對能源系統(tǒng)高度重視并高效使用能源管理系統(tǒng)，積累歷史大數據，為提升改造做充分的數據、技術以及管理經驗、人員素質準備，只有這樣，才能推動并再次取得能源管理提升優(yōu)化的設計效果，取得更大的能源管理效益以及卷煙廠全廠智慧生產的整體效益。