APROL EnMon能源管理系统

1 能源管理正在成为工业界关注的焦点

资源从来都是稀缺的，在过去的数十年里，经济的快速发展尤其在中国，对于能源的消耗却是飞速的，而如何降低能耗，对于国际是能源战略问题，对企业本身，则切实关系到企业的运营成本、企业利润的关键问题。

1.1 PDCA架构

ISO50001能源管理系统架构，其标准设计兼容ISO9001、ISO14001等标准。PDCA，即Plan-Do-Check-Action的戴明循环，这包括了两个大的PDCA循环过程，一个是对管理层，一个是技术面。

就技术面而言，其PDCA循环由以下几个方面构成：

（1）管理层

PLAN（计划）：政策、目标设定、资源定义；

DO（实施）：文档记录、竞争、意识、培训、沟通；

CHECK（检查）：内部审计、纠正/预防行为；

ACT（行动）：管理层复审。

（2）技术层

PLAN（计划）：能源审查、能源基准线、能源绩效指标；

DO（实施）：设计、运营控制、能源采购；

CHECK（检查）：监控、测量和分析；

ACT（行动）：能源绩效指标审查。

PDCA是一个典型的管理方法，且广泛应用于工业工程领域。就最基本的自动控制原理而言，PDCA也是一个经典闭环控制的结构，即设定目标、执行、反馈、调节，自动化技术的思路与能源管理是完全一致的，也会有不同的自动化系统为能源管理制定方案，但是，在过去的很长一段时间里，我们在能源管理方面仍然存在着一些问题。

1.2 能源管理需求对自动化行业的挑战

（1）无适合的系统可用

尽管有众多的PLC、DCS、SCADA产品，但是，事实上，并没有真正专业聚焦于能源管理本身的自动化系统，DCS本身聚焦于控制而其若仅仅为了监控则显得大材小用。成本也会为能源管理的实现带来障碍，而利用PLC则显然无法实现能源管理，因为这是对于信息化的更多需求而非对逻辑控制的需求。

（2）符合法规

能源管理所需的遵循ISO50001的方法与流程、标准等，在目前众多系统里尚未有集成。

（3）出现偏差时快速行动

就目前而言，SCADA、DCS等若应用于能源管理，则对实时性、开放性的结构等提出了要求。

（4）成本问题

显然，PLC、DCS、SCADA本身对于控制很擅长，但是，却无法对目前的能源管理架构适应，也因为浪费了巨大的功能和性能，导致相对而言成本极高。

2 能源管理系统架构设计

贝加莱APROL EnMon是基于ISO50001对于能源管理的需求而实现，并且，它具有非常大的灵活性，以简单的方式实现对不同工厂、过程的能源管理系统构建。

2.1 能源管理的基础在于充分监控

哪些能源可以被纳入到EMS中呢？水、蒸汽、电能、压缩空气、高炉煤气等，这些数据以何种方式来组织呢？或者哪些是要采集和计算的呢？

（1）能源管理的目标设定

在对能源进行监控管理的基础上，能源支出明显减少；

能源信息化促使能源成本跟产品成本紧密联系；

推动能源用户的能源成本问责制（基于消耗量的成本核算）；

识别能源成本低廉的工程，同时找到能源节约的本质；

通过监视能源质量减少系统设备停机时间；

通过对能源的计划和预期的把握，避免非计划停机；

使用能源消耗监控数据，决策电力配额申请；

为能耗设备、过程、部门、工厂或者企业提供能源消耗的报表和趋势图；

用最少的透支换取能源信息及对能源使用的分析结果。

（2）数据对象

采集数据按照以下几种情况被系统分类：

能源供给状态数据主要是满足实时监测的需要，一般采集频率较高，无需长时间保存历史数据。例如蒸汽实时温度、压力等数据。该数据主要完成企业对能源质量实时监测，及时调整能源供给质量。一般情况下无需实时保存每一个数据。

能源供给整点数据是为满足管理、计量用的资料，主要记录整点时能源供给的状态值或累加值。具有采集频率低，时间精度要求高的特点，一般形成报表，作为绩效考核、管理、结算的依据，数据需要存档成历史数据。

能源供给累加数据是一段时间内能源供给值的累加，主要是为决策、核算提供资料依据，是企业管理层进行领导决策、企业财务核算所关心的重要数据资料，应存档成历史数据。

能源基础数据采集为上层能耗分析和能耗控制提供了基础保证。应该坚持一个原则：对于能源的管理只有在充分监控的基础上才可能完成。

（3）数据采集的方式

对于数据的采集而言，必须考虑到最为开放的架构设计，EnMon为能源相关数据的采集提供了多种方式：

智能的电表采用M-Bus的输入；

在线的电力计量：通过电流/电压互感器模块、模拟量等采集能源相关数据；

通过总线的智能传感器：Profibus DP、Ethernet/IP、Modbus-TCP等方式均可被采集至EnMon；

手动的数据输入：对于那些无法通过自动采集方式的数据，也可以手动导入；

对于那些流量、水、蒸汽等的计算满足国际标准；

流量测量满足ISO 5167-2(喷嘴和文丘里喷嘴)、ISO 5167-3（文丘里管）标准，高精度通过使用牛顿法计算质量流量率并考虑流速和雷诺数实现；

水和蒸汽的能源和流量计算负荷IAPWS-IF97标准，这样就不需要使用昂贵的专用能源计算机，除非绝对需要校对证明。

2.2 能源的管理方法简析

（1）通过负载管理调整能耗峰值控制负载

通过报表分析，可以避免产生峰值负载，防止因突然过载而导致的计划外供应中断，从而为降低能源成本提供最佳支持，创建峰值负载的“最坏情况”分析有助于确定能源供应商在合同中保证的能源供应与系统在最坏情况下需求之间的关系，可以通过安排或转移负载来改善能源的分配，通过设定的甩负荷方案来断开负载避免产生峰值负载。

（2）电能测量与监控确保电网可用性

监控电源频率（可实现0.01Hz电源频率精度，防止单机运行的电气组件发生意外掉电）；

检测不平衡；

检测消耗避免无功负载。

3 EnMon能源管理系统设计思想

3.1 简单的实现——开箱即用

自动化技术的未来发展，必然是要考虑到采购、实施、运营的成本问题，若是初始成本、实施成本高的话，这个投入简便初始投入小，也会因为日常的运营、维护、升级的成本巨大而导致不经济，不同于机器的运动控制、机器人或者多回路调节系统，能源更多的意义是管理，所以必须简单不能复杂。

APROL EnMon的设计在简单这个思想上是非常值得肯定的，因为，过往的自动化系统往往会设计复杂，而又欠缺灵活，事实上，这完全得益于今天的开放技术如C、C++等在软件的模块化与类操作方面所带来的好处，并且，基于开放架构的应用可以集成众多已有的、经过验证的软件代码来实现新的系统开发，这样成本低而又易于使用。

3.2 项目的实施简单易用

对于EnMon的实施，其步骤仅为三步：

第一步：硬件配置

记录能源数据的控制器是APROL EnMon的标准组件，硬件拓扑可以通过Automation Studio配置一个工程。

第二步：产生表格

在电子表格程序（如：Microsoft Excel）中定义测量点和相关的参数，同事分配所需的模板给传感器，这些数据今后将用于自动生成记录处理和归档能源数据的应用程式。

第三步：配置验证与下载

自动验证程序的错误，更正后即可下载到APROL EnMon的控制器和运行/操作员计算机上。

简单的几步即可实现能源管理系统的实施，对于工厂而言，这将意味着它不同于传统的DCS、SCADA那样需要非常专业的具有资质的项目工程师、非常长的实施和调试时间，对于小型工厂也可以自己在系统的指导书下实现能源管理系统。

3.3 操作人员也必须简单

EnMon使用的是电子仪表盘的设计方式，如图1所示，它以最为直观的类似汽车仪表盘的设计方式体现能耗的状态与变化。

图1 EnMon显示界面

3.4 时间费率的设定简单

APROL支持对不同费率的输入，既可基于一天中的时间（时间费率），也可以按照15分钟为一个块在一天24小时中分配，还可以基于季节或者假日的方式进行配置。

4 能源管理运营过程

为了实现企业级能源管理，必须为整个能源管理制定相关的测量与采集、发布形式与接口、分类、分析与趋势显示，以便为能源管理团队提供数据决策支持。

4.1 选择能源测量点

EnMon允许在系统里选择任何可用的能源测量点，分为区域、子区域及耗能单元，然后反映到主配电盘/子配电盘/耗能单元层级，为了便于评估，已记录的能源数据也根据能源类型（介质），成本单元和批次ID进行了分组处理。

4.2 计量所需的层次结构

必须确保能源不会被重复计算，可以通过分层、分区方案来实现。

4.3 视图形式

表格：首选是按表格形式，它能防止任何信息的丢失；条状图；

饼状图。

4.4 趋势显示

趋势图视图：平均值；

趋势分析报告：时间序列趋势；

线性图：能耗单元状态。

4.5 报表类

EnMon为能源管理提供按照不同方式所定制的报表：

计费报表；

消耗报表；

批次报表；

成本单元报表；费用报表。

4.6 分析能力

分析报表提供了对能源数据的初步处理，以便为更高的管理决策提供分析基础：

EnPI（能源性能指示器）分析；

负载管理分析；

耗能单元状态分析；

能源供应商分析；

趋势分析（趋势服务器）；

无计量消耗；

价格分析。

4.7 其它

报警和趋势系统；

商业智能系统；

企业资源计划。

APROL EnMon的设计体现了开放与灵活的特点，它可以为不同的工厂实现能源管理的系统快速构建，以及基于此的能源管理架构。