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供稿︰中國工控網 2018/6/13 9:51:04

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  • 關鍵詞︰ 能源管理 EMS 信息化
  • 摘要︰“十二五”規劃要求實現能耗強度下降16%、單位工業增加值用水量降低30%、資源產出率提高15%的約束性目標,在中國再次吹響了節能降耗的集結號,紡織行業作為節能的重點行業,傳統的計劃型能源管理模式已難以為繼,迫切要求行業企業以節能減排為抓手,著力改善能源管理及環保監測機制,以有效推進“十二五”規劃的順利實施。而能源管理中心的建設正是這一發展方向的必然產物,能源管理中心的EMS(Energy Management System,能源管理系統),以管控一體化為目標,集成企業能源系統數據采集、處理和分析、控制和調度、平衡預測和能源管理等功能,提高能源介質的回收和梯級利用水平,實現多能源介質協同平衡與優化利用的企業能源管控系統,並通過環保數據監測和碳足跡監控,為集團提供強大的能源管理系統和指揮調度平台。

1. 項目背景及必要性
1.1. 企業概況

中國紡織工業排頭兵企業、中國棉紡織精品生產基地---安徽華茂集團有限公司是有著50多年歷史的國有紡織企業,現有本部及3個工業園和一個工業城,從事紡織、燒毛絲光染色、服裝、房地產、典當拍賣、金融投資等多元經營。華茂現有紗錠54萬枚,年產“乘風”牌6-330支高檔紗線5.5萬噸,精梳紗比重佔70%以上;無梭織機1054台,年產120-360厘米幅寬“銀波”牌高檔坯布8000余萬米。為當今國際先進紡織生產線。“乘風”牌精梳紗線和“銀波”牌高支高密純棉坯布雙雙榮獲“中國名牌產品”稱號。經濟效益始終保持全國同行業先進水平。
    科技華茂,國際華茂,百年華茂,是華茂人不懈的追求。在創建能源節約型、創新發展型企業的道路上,華茂集團正穩步前行。
1.2. 現狀分析

一直以來,華茂集團公司就把實施“信息強企”作為增強整體綜合實力的基礎戰略,把企業信息化定位于全局發展的戰略高度,在組織結構、基礎建設、資金政策等方面加大對信息化建設的力度,因地制宜,適應發展,以管理信息化不斷提升企業發展水平。

華茂集團在國內棉紡織業率先建立全面的信息化管理體系,自1999年起,已逐步建成起涵蓋MIS、ERP框架的管理信息系統。現在的華茂,已通過信息管理手段的充分運用,完全達到對信息處理和輔助決策的多功能、網絡化綜合管理等技術進行系統分析和系統設計,真正實現企業物流、資金流、信息流“三流合一”的目標,以信息化帶動企業管理的科學化,從而進一步提升企業的市場競爭力。使各級管理者能夠實現從合同訂立、生產計劃、過程控制、實績歸集、評價分析等全過程信息透明化管理,為提高管理水平,提高勞動生產率,推動企業持續發展打下堅實的基礎。

華茂集團在能源計量和能源管理方面,一直走在紡織業前列,近年來也不斷進行技術改造,面貌有了很大改變,但先進落後技術共存、新舊設備共存,管理水平也有進一步提高的潛力,主要表現在︰
1.2.1. 全公司計量配備率較高,但是已配備的部分能源計量檢測設備落後,計量數據為人工采集,現有的能源計量管理不能滿足企業精細化能源管理的需求。
1.2.2.各能源介質的異地分散管理,造成能源管理的信息孤立,缺乏對企業能源產能與用能的集中統一調度管理,不利于能源優化。
1.2.3.企業的能源介質以電力、水、壓縮空氣為主,其中電力為主要能源,相關的萬元產值綜合能耗、單位工業增加值綜合能耗、單位工業增加值電耗等能耗指標相對較高,同時各單位的能耗指標也不均衡,具有較大的提升空間。
1.2.4.企業要廢棄粗放的能源管理模式,要求實現集中與統一調度管理,實現精細化的能源管理。
1.3. 項目必要性
1.3.1. 社會及行業發展的需要

 “十二五”規劃要求實現能耗強度下降16%、單位工業增加值用水量降低30%、資源產出率提高15%的約束性目標,在中國再次吹響了節能降耗的集結號,紡織行業作為節能的重點行業,傳統的計劃型能源管理模式已難以為繼,迫切要求行業企業以節能減排為抓手,著力改善能源管理及環保監測機制,以有效推進“十二五”規劃的順利實施。而能源管理中心的建設正是這一發展方向的必然產物,能源管理中心的EMS(Energy Management System,能源管理系統),以管控一體化為目標,集成企業能源系統數據采集、處理和分析、控制和調度、平衡預測和能源管理等功能,提高能源介質的回收和梯級利用水平,實現多能源介質協同平衡與優化利用的企業能源管控系統,並通過環保數據監測和碳足跡監控,為集團提供強大的能源管理系統和指揮調度平台。
1.3.2. 企業騰飛的需要

作為“安徽省制造業信息化集成示範企業”和安徽省“數字化”先進企業,華茂集團已將企業信息化定位于全局發展的戰略高度,在基礎建設、資金投入等方面加大對信息化建設的力度,幾年來公司累計對信息化投入達千萬元,因地制宜,適應發展,企業信息化建設取得了長足進步。到目前為止,華茂企業網含有三個工業園和一個工業城,改變了過去人工傳送生產日報,實現了各種業務數據網上流轉與共享。

隨著世界範圍內的紡織產業競爭的加劇,為了合理應對紛紜復雜的國內外環境,華茂集團一直致力提升傳統制造業水平,加快運用現代實用技術和信息技術改造傳統制造業的步伐,加大信息技術在紡織行業傳統生產技術和裝備改造方面的應用力度,並組織各業務部門代表研究了國內外多家企業資源計劃、經營管理信息化系統,對紡織企業信息化應用、能源管理案例進行實地深入考察,結合企業自身的MIS、ERP框架的管理信息系統,對集團的經營以及生產全面實施資源調度的規範化和標準化管理,以產品設計電子化、生產過程自動化、印染設備智能化、企業管理現代化、信息交流網絡化為優化升級目標,全面提高集團內各企業的信息化水平。
而在紡織行業經濟形勢日益嚴峻的今天,企業想要獲得持續穩步發展,在完成主營產業的升級和生產工藝優化的基礎上,進一步提高能源利用效率、節約用能成本,已經成為提高企業競爭力的有效手段。

2. 解決方案
2.1. 項目目標

華茂集團的“能源管理中心解決方案”旨在通過能源和環境管理技術,利用完善的數據采集網絡獲取產過程的重要參數和相關能源數據,經過處理、分析並結合對生產工藝過程用能評估,實時提供在線能源系統平衡信息和調整決策方案,將集團化企業內部各個單元的不同能源系統相互關聯,確保能源系統平衡調整的科學性、及時性和合理性,實施能源的在線監視、動態經濟分配、用能合理化和能源事故緊急處理,從而實現從單純設備監控轉向過程和系統綜合監控,並繼續向管控一體化方向發展,合理利用預測模型和平衡模型等技術,優化節能調度和用能平衡;最終為企業用能管理提供系統支撐。

其設計思路是︰
2.1.1. 使企業了解能源使用現狀,實時掌握能耗情況,建立能源消耗看板,監視關鍵設備運行狀況,確保能源供應安全可靠,計算分析工藝流程的能耗水平和能源使用效率,實現能耗成本分攤,提供能源消費賬單。
2.1.2.為企業建立節能降耗目標,能源消耗對比;節能降耗實績(KPI)完成情況。
2.1.3.  督促現場人員采取節能降耗行動
找出能源的不合理消耗,發現節能機會。提供能源降耗設備/工藝改造依據,促進生產工序流程優化。
2.1.4.  檢驗節能措施的實際效果
節能量計算,節能量驗證。該解決方案不僅能夠滿足華茂集團當前的需求,而且能夠隨企業的可持續發展需求的增長而拓展。利用該解決方案能夠有效降低企業因能源消耗數據統計、表單維護以及報表、數據處理而產生的費用;通過對環境監測數據的在線分析,實時有效的識別資源節約、環境改善機會,幫助企業進行能源消耗的實時監測、準確統計和詳細預測,最終為企業節能降耗和自我完善提供確鑿的數據基礎和有力的決策支持。
2.2. 項目工作範圍
“能源管理中心解決方案”初步規劃以集團下屬企業的用電、用水、用汽、用氣、用煤三級計量。
對于系統能源管理所需的部分暫不具備在線監測的用能數據,結合現有電能源消耗的數據錄入,保證能源基礎數據的完善,以達到統一實施能源指標管理的目的,針對公司的重點設備管理建立全面的監測、管理機制,在完善企業三級計量體系的基礎上,為集團及各分公司領導的經營管理提供實時、準確的數據支持和決策輔助。
能源管理系統的建設涵蓋全集團三個工業園和一個工業城。其中第一工業園︰五分廠、六分廠、華鵬、華維;
第二工業園︰七分廠、華經公司、華意、服裝公司;
第三工業園︰華泰公司;
工業城︰織染公司、德生印染、百斯特公司。具體區域見下圖︰

3、能源管理中心系統架構

綜合解決方案其典型的系統架構包括能源管理中心、通訊網絡和遠程數據采集單元三級物理結構,能為用戶提供能源自動化、能耗計量、能效分析方面的方案設計、軟硬件產品集成,能源審計、用能問題診斷、節能改造建議、節能改造項目效益評估咨詢服務,節能改造工程項目實施。

工業企業能源管理系統基于最新的自動化技術、高級量測技術、軟件技術、網絡通訊技術,構築在靈活、開發的技術平台之上,可以連接各種應用。借助能源管理平台,企業可以獲得更簡單、更透明、更節省的能源管理系統。
3.1  系統構成

工業能耗管理中心系統是一個集成網絡通信技術、短信平台技術、多媒體監控技術、Intranet/Internet網絡技術、Web GIS技術、Web Service軟件技術、數據庫技術等于一體的大型數據綜合管理系統。系統提供管理者、各級能耗內部用戶、瀏覽者訪問的網絡通道,搭建一個合理、高效的信息傳輸平台、管理平台,並建設一個良好的安全保障體系來保證本系統的安全。系統主要完成對能耗進行實時監測和分類、分項計量;能源數據可穩定、精確采集與存貯;計量數據可遠程傳輸;能夠對計量數據查詢、統計與分析。工業能耗分項計量實時監測分析系統由監測工業企業中的各計量裝置、智能數據采集器、數據中心組成。

圖3.1 工業能耗在線監測系統組成圖

(1)計量裝置︰是用來度量電、水、汽(氣)、煤,等工業能耗的儀表及輔助設備。
(2)數據采集器︰是在一個區域內進行各種能耗信息采集的設備。它通過信道對其管轄的各類表計的信息進行采集、處理和存儲,並通過有線或無線網絡方式與數據中心交換數據。
(3)數據中心︰采集並存儲工業企業的能耗監測數據,並對能耗數據進行處理、分析、展示和發布。數據中心建立在集團企業總部。
3.2  傳輸網絡的建設
系統通過GPRS網絡訪問公網服務器,也可通過現有局域網訪問公網服務器,進行數據傳輸。
 

圖3.2采集、傳輸組網示意圖

3.3  計量裝置

計量裝置包括三相三線有功功率變送器、三相三線電子式多功能電能表、流量計、溫度傳感器、壓力變送器、料斗秤和地磅等。其中流量計包括電磁流量計、渦街流量計、V錐流量計、標準孔板和插入式多喉徑流量裝置。
多功能電表除可計量有功電度外,還可計量無功電度、各相電流、各相電壓、功率因數及諧波頻率等參數以及具備尖、峰、谷、平分時段計量功能,並進行數據遠傳。
精度要求︰電壓0.2級、電流0.2級。
流量計、溫度傳感器、壓力變送器采集流量、溫度和壓力值送達積算器實現煤氣和熱蒸汽的計量,積算器通常帶有遠傳通信接口。
應用軟件系統︰
能源中心軟件主要包括操作系統軟件、數據采集軟件、監視調度軟件、實時數據庫軟件、關系數據庫軟件、管理平台軟件、與現有信息化系統的接口軟件等。

4.  實施過程
4.1成立項目建設小組
為了保證企業生產和項目實施的同步進行,我們制定了詳細的施工進度安排計劃,成立項目建設小組,保證項目按期、按質完成,發揮效益,具體工作包括︰
4.1.1.成立能源管理中心(EMS)專業建設小組,小組成員涉及的專業包括工藝設備管理、通用設備管理、計算機信息管理、財務統計、物資供應、安全保障等。
4.1.2.制定項目施工進度安排計劃。
4.1.3.對全公司用能計量系統進行了一輪摸底,形成了較為詳細的能源計量儀表台賬,為後期項目建設提供依據。
4.1.4.建設小組成員到生產現場對用戶進行需求分析調研,力求系統方案完善、實用。

在項目的建設過程中,我們克服了較多的困難,積累了一些施工經驗。主要有︰能源管理中心建設在集團內涉及的面廣,建設過程中需要協調的工作量較大,施工進度難以提速。我們采取分專業、按單位、逐步實施的辦法,加強施工前、中、後的溝通。

智能電表的更換改造,帶電操作有一定的危險性,停電更換則有則嚴重影響生產。我們在施工中結合電網停電、設備檢修、生產壓電等工作,進行穿插進行。
智能水表更換改造,更換較為困難。閥門的完好程度、水表井的尺寸,停水影響生產情況等等對施工均有影響。在施工前,周密細仔準備施工方案。

因智能儀表分布範圍較廣,數據傳輸布線工作量大,有高空、地溝、路面、車間等,施工難度較大。前期開展大量的實地調研工作,制定多套施工方案,在保證安全的前提下,減少施工工作量,保證生產正常進行。
4.2.項目建設情況

華茂集團能源管理中心工程項目,主要建設內容包括“三個系統”,即數據采集系統建設、信息管理系統建設和重點用能環節改造,實現能源計劃、能源計量管理、能源監控、能耗分析、數據報送、重點設備能耗管理等功能。
4.2.1.數據采集系統建設

數據采集系統是能源管理中心建設的保障。企業各能源介質存在于工業現場的不同環境中,因性質不同,計量方式差異較大,結合現場實際情況,采用不同采集方式建設數據系統。

配備能源計量器具。對重點用能設備加裝或改造能源計量器具,實現用能數據的數字化讀取及傳輸,計量準確度等級達到國標要求。

定期檢定計量儀表。編制檢定、校準計劃,對計量器具進行定期檢定、校準。根據計量類型不同,分別由質監部門或自行檢定,確保能源計量器具的準確性。
   健全能源計量管理制度。建立完善的計量管理體系,明確崗位工作職責,提高能源計量數據基礎管理能力,規範能源計量管理制度。
4.2.2.信息管理系統建設

信息管理系統是能源管理中心建設的核心。通過基礎軟件、控制系統、基礎硬件、現場視頻監控和能源管理中心大廳建設,實現企業能源管理的集中控制。

4.2.2.1.基礎軟件建設。軟件建設是能源管理中心數據采集、傳輸、存儲的基。 峭瓿上低臣囁、進行數據分析、處理和加工的先決條件。重點建設網絡監管軟件、操作系統、遠程運行維護軟件、實時數據庫、服務器平台軟件、服務器驅動、現場操作站軟件等。
4.2.2.2.管理系統建設。控制系統是對基礎軟件功能的開發應用,企業根據行業特點采用不同的控制系統。一是監控系統。對采集的不同能源介質實時數據進行集中監控,呈現實時調配的“人機界面”。二是基礎能源管理系統。進行能源計劃管理、能源調度管理、用能過程管理、能源計量管理、能耗數據統計分析、能源指標績效管理考核、能源成本結算等。三是運行維護系統。能源管理中心的數據采集、網絡支撐、軟件系統是同步運行的整體,依靠運行維護系統保障整體的持續穩定運行。
4.2.2.3.基礎硬件建設。硬件建設是構築能源管理中心實時數據采集、交換的平台,包括工業網交換機、數據采集器、無線路由器、光縴線路以及其它建設安裝材料和設備等。
4.2.2.4.現場視頻監控建設。視頻監控是通過監控裝置實現對生產環節和用能環節的現場實景展示,是保證調控可靠性的直接反映。主要是在生產用電各主要控制點安裝視頻,通過遠程監控實施協調調度,進行扁平化的故障監測及分析處理等。
4.2.2.5.能源管理中心大廳建設。能源管理中心大廳是企業能源調度指揮中心,是實現能源調度、分析、調控的核心組成。包括能源管理中心機房、大屏幕顯示系統、空調和電源系統、通信和安防系統等基礎設施建設。
系統建成後實現了能耗遠程實時監控、能源報表統計分析、節能專家系統、重點能耗設備監控系統、友好的操作界面和強大的兼容性五大功能。
4.2.3.重點用能環節改造
主要是通過企業重點用能環節進行信息化節能改造,為能源管理中心的采集、傳輸、調控提供用能數據支撐。
4.2.3.1.對企業的空調系統、空壓系統、濾塵系統、供電系統等環節進行節能改造,實現動態管理、實時監測。
4.2.3.2.關鍵生產環節改造。根據企業生產經營狀況,結合工藝、結構、產品優化升級,逐步對落後的生產環節進行改造,提高生產自動化水平,實現能耗監控與能源管理中心的有效對接。5.實施效果

本系統目前處于綜合運行階段,已初步實現管理功能。主要包括7大功能模塊︰用電模塊、用水模塊、蒸汽模塊、空壓模塊、空調模塊、報警模塊、視頻監控模塊。每個模塊分別包括以下內容︰
5.1.用電模塊︰包括能耗概況、能耗總覽、配電盤展示、電流展示數據一覽、支路查詢、縱向比較、峰谷用電比、峰谷用電詳單、功率因數、用電盤存基礎數據表、分路統計表、用電統計表、用電分攤表、空調用電報表、空壓站用電報表、折40單耗、混合用電單耗縱向比較、混合車間用電單耗、混合能耗指標配置等。

5.2.用水模塊︰包括能耗總覽、用水展示、數據一覽、支路查詢、縱向比較、用水單耗、用水同比報表、用水單耗查詢等功能。
5.3.蒸汽模塊︰包括能耗總覽、數據一覽、支路查詢、縱向比較、用汽單耗、用汽同比報表、用汽單耗查詢等功能。

5.4.空壓模塊︰包括能耗總覽、數據一覽、支路查詢、縱向比較、氣電比、用氣單耗、用氣同比報表等功能。
5.5.空調模塊︰以平面圖形式,展示各生產區域的實時溫度和濕度數據及變化情況。
5.6.報警模塊︰包括能耗報警、高壓室水位報警、生產運行異常情況報警等。

5.7.視頻監控模塊︰對重要生產區域進行視頻監控。

系統建立建全公司電、水、氣、汽等能源的供能決策、供能計劃、供能分配與傳輸、供能結算與考核、供能安全預警、自動化分析與報表等系統。提供了自動化控制及實時監測,完成整體供能的優化調度和管理,實現安全、優良供能,提高工作效率、降低能耗等。從而實現企業總體節能減排目標從管理層向企業每一名員工進行可量化目標分解並得以落實;企業整體節能意識的提升結合有效的能效考核機制的建立,幫助企業員工從被動節能向主動節能的轉變,形成全企業各個層面的管理者和員工為企業發展群策群力的大好局面。
經安徽省節能監察中心審核,本項目實施後,年節能6659噸標煤,其中節約用電2000萬度,實現節約能源成本1450萬元/年。隨著系統的廣泛深入應用,各類管理、專家系統逐步發揮作用,項目將達到並超過年節能7000噸標煤。
6.存在問題及建議
1.因紡織行業設備機台多、機型雜、分布廣,系統目前未完全做到對所有用能設備細化到逐台監測。隨著技術的不斷進步,我們將繼續升級改造,逐步完善。
2.下一步我們將努力運行、維護、使用好現有系統,使其充分發揮作用。同時,根據需求適時進行軟件升級和功能拓展。
 

審核編輯(王靜)
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