姚劉奕1，何文萱2，唐海亮3*

　?。?. 中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249；2. 北京燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司第四分公司，北京 100176；3. 太極計(jì)算機(jī)股份有限公司，北京 100012）

　　摘要：本文建立了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的各種資源有效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)信息化技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)深度融合，帶動(dòng)企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和管理組織模式變革，構(gòu)建精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)和高效的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集體系及生產(chǎn)信息管理體系，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

　　關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；能源管理系統(tǒng)；資源優(yōu)化配置

　　1　引言

　　隨著工業(yè)革命的爆發(fā)，能源的消耗越來(lái)越大[1]。目前企業(yè)僅靠提高設(shè)備利用率或降低能耗來(lái)節(jié)約資源，不能滿足實(shí)際需求，要對(duì)能源的計(jì)劃和消耗進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的[2]。

　　全球競(jìng)爭(zhēng)壓力正在挑戰(zhàn)工業(yè)制造企業(yè)，數(shù)字化智能工廠的建設(shè)正在迅速興起，高能耗低效率的傳統(tǒng)企業(yè)將漸漸被淘汰。隨著“新基建”的發(fā)展和國(guó)家政策支持，傳統(tǒng)工藝流程將會(huì)呈現(xiàn)出以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)來(lái)集成自動(dòng)化、智能裝備、生產(chǎn)管控、企業(yè)信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　新的生產(chǎn)規(guī)模、更高的生產(chǎn)速度，以及新一輪的激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局都需要企業(yè)以更低成本、更高的速度，生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)量的產(chǎn)品[3]。能源管理系統(tǒng)采用信息管理的方法降低能耗，提高資源利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率[4]。

　　能源管理系統(tǒng)采用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，是一套行業(yè)級(jí)的整體解決方案。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)全要素的互聯(lián)互通互用，滿足建設(shè)“企業(yè)云”的需求，是不可或缺的企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，是企業(yè)配置要素資源的新工具和新動(dòng)能。

　　為了實(shí)現(xiàn)工廠數(shù)字化、架構(gòu)平臺(tái)化、應(yīng)用APP 化及管控智能化，滿足各功能模塊信息集成和共享，實(shí)現(xiàn)管控一體和扁平化，在原有能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建設(shè)一個(gè)基于IaaS 部署、PaaS 平臺(tái)支撐和SaaS 應(yīng)用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，滿足能源管理系統(tǒng)各個(gè)功能應(yīng)用，基于微服務(wù)架構(gòu)和工業(yè)APP 應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)多租戶、自組織、可視化、移動(dòng)化和易用性，提高生產(chǎn)全要素效率。實(shí)現(xiàn)碎片數(shù)據(jù)規(guī)范化、生產(chǎn)信息數(shù)字化、過(guò)程控制協(xié)同化、信息管理集成化、經(jīng)營(yíng)管理可視化及輔助決策智能化的信息化建設(shè)目標(biāo)。

　　2　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是基于OpenStack、Kubernetes 和CNCF 的開(kāi)源組件構(gòu)建的開(kāi)放技術(shù)框架，基于開(kāi)放的技術(shù)框架和超融合基礎(chǔ)架構(gòu)首創(chuàng)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控及運(yùn)維一體化設(shè)計(jì)的微數(shù)據(jù)中心，具有占用空間小、功耗低、模塊化、快速部署、算力按需擴(kuò)展和遠(yuǎn)程管理能力的優(yōu)點(diǎn)，可支持Intel x86 和ARM。

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)生產(chǎn)管控一體化的核心，是生產(chǎn)指揮、性能指標(biāo)決策、優(yōu)化運(yùn)行與控制一體化軟件平臺(tái)系統(tǒng)的基礎(chǔ)?；谖?shù)據(jù)中心部署開(kāi)發(fā)各類工業(yè)應(yīng)用APP，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息自動(dòng)檢測(cè)采集、生產(chǎn)過(guò)程控制實(shí)時(shí)精確執(zhí)行。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能源數(shù)據(jù)采集接入、IoT 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、HMI/SCADA 應(yīng)用，GIS 地理信息和LSB 應(yīng)用、3DVR/AR/MR 應(yīng)用和移動(dòng)應(yīng)用等。可部署生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、能源管理、倉(cāng)儲(chǔ)物流和HSE 等管理軟件、優(yōu)化軟件和分析套件。

　　根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，為進(jìn)一步促進(jìn)節(jié)能減排、提高管理水平及增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，借鑒國(guó)內(nèi)外同行業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)覆蓋企業(yè)全流程的能源管控系統(tǒng)。

　　能源管理系統(tǒng)是通過(guò)采集能源數(shù)據(jù)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)與能源消耗進(jìn)行定量分析，實(shí)時(shí)掌握企業(yè)能源采購(gòu)、消耗和庫(kù)存情況，進(jìn)行科學(xué)的計(jì)劃分配和統(tǒng)計(jì)分析。

　　能源管控系統(tǒng)充分集成生產(chǎn)過(guò)程的能源相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，并通過(guò)集中監(jiān)控，對(duì)各類產(chǎn)、供能設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理，并對(duì)重要用能設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和管理。為能源管理和調(diào)度人員提供強(qiáng)大的生產(chǎn)事件追蹤和分析的工具，為公司能源決策提供重要依據(jù)，完成能源管理“一張圖”的建設(shè)目標(biāo)。

　　3　能源基礎(chǔ)管理

　　能源基礎(chǔ)管理主要由能源數(shù)據(jù)采集、能源綜合監(jiān)控、能源運(yùn)行支持和能源報(bào)表管理4 部分組成。

　?。?）能源數(shù)據(jù)采集　能源數(shù)據(jù)采集應(yīng)覆蓋能源管理功能需求，支持能源管控系統(tǒng)功能的完整實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)工藝或者公共輔助系統(tǒng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)類型，選擇5G網(wǎng)絡(luò)的接入方案。生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)主要采集以下幾方面數(shù)據(jù)：

　　1）從現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)以在線方式采集獲取能源和生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)提供其所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

　　2）通過(guò)離線方式輸入能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，包括定額、價(jià)格、資源量和生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。

　　3）從其它信息系統(tǒng)（生產(chǎn)管理、計(jì)量管理）及人工錄入的方式獲得的數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)量實(shí)績(jī)等。（2）能源綜合監(jiān)控　對(duì)能源介質(zhì)的發(fā)生量與耗用量、關(guān)鍵能源設(shè)備和重要能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線顯示和報(bào)警處理，其包括電力系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)和空壓系統(tǒng)等關(guān)鍵工藝系統(tǒng)、關(guān)鍵耗能設(shè)備進(jìn)行三級(jí)監(jiān)控（公司級(jí)、廠級(jí)和設(shè)備級(jí)）。管網(wǎng)發(fā)生異常時(shí)，可通過(guò)儀表數(shù)據(jù)反應(yīng)或通過(guò)設(shè)置報(bào)警功能進(jìn)行提示，同時(shí)通過(guò)算法模型生成能源點(diǎn)預(yù)警提示。報(bào)警可定義為若干級(jí)，如異常報(bào)警、事故報(bào)警等。

　?。?）能源運(yùn)行支持　能源運(yùn)行支持主要實(shí)現(xiàn)能源日常管理（用能申請(qǐng)、停復(fù)役和運(yùn)行支持管理等）、能源調(diào)度日志記錄管理和能源的調(diào)度管理。

　　能源調(diào)度管理主要實(shí)現(xiàn)管理協(xié)調(diào)下達(dá)各種調(diào)度指令，監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵用能設(shè)備和能源流程，及時(shí)處理能源生產(chǎn)和使用過(guò)程中的各種問(wèn)題，監(jiān)控各種能源介質(zhì)的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)交接班日志的電子化。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況及時(shí)生成調(diào)度信息、報(bào)表、調(diào)度日志及分析圖表，以協(xié)助能源調(diào)度管理。能源調(diào)度管理包括以下功能：

　　1）實(shí)時(shí)狀態(tài)預(yù)警。對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，記錄異常情況，提示給崗位人員，將出現(xiàn)的偏差進(jìn)行記錄。崗位人員要對(duì)較大偏差數(shù)據(jù)輸入偏差原因，異常原因能與異常指標(biāo)同畫面顯示授權(quán)用戶查看。

　　2）關(guān)鍵參數(shù)分析。對(duì)關(guān)鍵參數(shù)繪制時(shí)間趨勢(shì)圖、指標(biāo)可視化圖，對(duì)時(shí)間內(nèi)平均值、平穩(wěn)率、偏差、超標(biāo)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并展示。

　　3）實(shí)時(shí)監(jiān)視調(diào)度指令的執(zhí)行結(jié)果，與調(diào)度指令設(shè)定的目標(biāo)值比較，實(shí)現(xiàn)操作監(jiān)控。

　　4）對(duì)能源計(jì)劃執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控，管理協(xié)調(diào)下達(dá)各種能源指標(biāo)，并對(duì)能源計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)處理用能過(guò)程中的各種問(wèn)題。

　　5）生成當(dāng)班班組信息，進(jìn)行電子化交接班管理。（4）能源報(bào)表管理　能源報(bào)表管理主要實(shí)現(xiàn)對(duì)能源系統(tǒng)的計(jì)量與管理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算處理后以圖形、表格等方式進(jìn)行展現(xiàn)，便于各級(jí)管理人員準(zhǔn)確和清晰地掌握整個(gè)系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的計(jì)量信息。

　　基于全廠能源數(shù)據(jù)及與能源相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為企業(yè)各級(jí)部門提供能源相關(guān)報(bào)表，包括能源原始數(shù)據(jù)報(bào)表及累計(jì)報(bào)表、能源平衡后數(shù)據(jù)報(bào)表及累計(jì)報(bào)表、能耗指標(biāo)報(bào)表和能源消耗報(bào)表等。

　　4　能源分析管理

　　1）能源績(jī)效管理?；趯?duì)各能源介質(zhì)消耗數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計(jì)，按能源介質(zhì)分類采集記錄能源的產(chǎn)生、消耗和虧損量，對(duì)采集數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行判斷和修正，并實(shí)現(xiàn)各工序的能源消耗實(shí)績(jī)分解和匯總。

　　2）重點(diǎn)用能設(shè)備管理。對(duì)重點(diǎn)用能設(shè)備實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)設(shè)備信息管理、設(shè)備用能信息維護(hù)、設(shè)備用能情況分析和能耗分析。重點(diǎn)設(shè)備信息管理包含設(shè)備靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息的查詢、添加、修改、作廢、恢復(fù)和詳細(xì)功能。支持多種查詢方式，用戶可按照設(shè)備類型、設(shè)備名稱和狀態(tài)進(jìn)行查詢。設(shè)備用能分析是通過(guò)調(diào)取設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備歷史故障原因等對(duì)設(shè)備的運(yùn)行效率、故障率和KPI指標(biāo)等對(duì)設(shè)備進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以直觀地得出設(shè)備運(yùn)行的性能指標(biāo)。建立重點(diǎn)用能設(shè)備的能效分析模型，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行用能設(shè)備的效率分析，為主要用能設(shè)備提供運(yùn)行指導(dǎo)，給出最佳運(yùn)行方案，進(jìn)而降低能源成本。

　　3）能源質(zhì)量管理。能源介質(zhì)的質(zhì)量分析管理包括能源介質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和質(zhì)量指標(biāo)跟蹤分析等。天然氣、蒸汽、氧氣、氮?dú)夂蛪嚎s空氣等能源介質(zhì)的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)均可以從現(xiàn)場(chǎng)儀表和DCS 采集獲取。介質(zhì)純度、成分等數(shù)據(jù)從檢化驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)接口程序采集到能源管理系統(tǒng)。

　　5　能源平衡管理

　　利用多級(jí)計(jì)量體系規(guī)劃模型，根據(jù)用能單元的定義和結(jié)合能源管理、考核及結(jié)算的要求，將公司分為多級(jí)用能單元對(duì)象。

　　在用能單元基礎(chǔ)上確定每個(gè)用能單元的各種能源介質(zhì)投入量、供出量的計(jì)量點(diǎn)、主物料投入量和主產(chǎn)品產(chǎn)量的計(jì)量點(diǎn)，由此得出計(jì)量點(diǎn)清單。

　　能源平衡分析基于物料平衡和熱平衡，根據(jù)選定的分析范圍和指定時(shí)間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行能量平衡分析，對(duì)公司和分廠的重點(diǎn)設(shè)備的能量使用及耗能情況進(jìn)行整體分析，揭示重點(diǎn)設(shè)備不同層次每月的能源消耗情況及消耗趨勢(shì)。

　　6　碳排放管理

　　建立廠區(qū)碳排放實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析系統(tǒng)。該模塊主要包括數(shù)據(jù)采集、人工錄入、實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)查詢等功能。監(jiān)控流量值的變化情況，也可以監(jiān)控轉(zhuǎn)換后的能量和碳數(shù)據(jù)的變化情況。

　　對(duì)于不同活動(dòng)數(shù)據(jù)的實(shí)際消耗量、產(chǎn)量、平均低位發(fā)熱量和成本等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析為工業(yè)化生產(chǎn)提供參考依據(jù)，致力于幫助企業(yè)掌握自身排放情況，能夠更有效地實(shí)施溫室氣體減排，控制在國(guó)家政策允許的范圍內(nèi)，提升企業(yè)在低碳經(jīng)濟(jì)下的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　7　應(yīng)用效果

　　基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的能源管理系統(tǒng)建成后，實(shí)現(xiàn)企業(yè)能源管理信息化平臺(tái)、工業(yè)應(yīng)用的統(tǒng)一集成，實(shí)現(xiàn)各種資源有效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)信息化技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)深度融合，帶動(dòng)企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和管理組織模式變革，構(gòu)建精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)和高效的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集體系及生產(chǎn)信息管理體系，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

　　基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的能源管理系統(tǒng)在公司的應(yīng)用過(guò)程中，提高了能源的使用效率，實(shí)現(xiàn)了能源的優(yōu)化調(diào)控和節(jié)能降耗；提高了管理人員的能源管理水平；實(shí)現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理能源管理系統(tǒng)故障；結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃預(yù)測(cè)能源的使用情況，合理安排生產(chǎn)。

　　通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)項(xiàng)目建設(shè)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化及智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，為新基建和大型工業(yè)企業(yè)起到良好的示范和引領(lǐng)作用，大幅提升了企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力和知名度，為企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 陳濤．企業(yè)能源管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．自動(dòng)化與儀器儀表，2017 (3)：46-50.

　　[2] 金科逸．企業(yè)能源管理體系的構(gòu)建及管理要求[J]．應(yīng)用能源技術(shù)，2015 (8)：6-9.

　　[3] 蘇小明，李繼志，陳先才．鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]．中國(guó)設(shè)備工程，2019 (12)：27-28.

　　[4] 石宏圖，李桂海，馬振，等．智慧能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．科技和產(chǎn)業(yè)，2021，21 (8)：276-280.

　　收稿日期：2022-08-06

關(guān)注讀覽天下微信， 100萬(wàn)篇深度好文， 等你來(lái)看……