集团型装备制造企业能源综合管理系统研究

石伯明　王坚

摘要：分析了我国装备制造行业节能减排存在的问题，指出构建装备制造企业能源综合管理系统的必要性。按照集团型装备制造企业的能源综合管理需求，提出了集团型装备制造企业能源综合管理系统框架，采用物联网技术实现了对能源计量数据的采集与监测，对系统的网络架构及其主要功能进行了阐述。

关键词：装备制造；集团型企业；能源管理；物联网；系统架构

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）14-0262-03

Abstract： Based on the analysis of the existing problems of energy saving and emission reduction in equipment manufacturing industry， the importance of constructing the integrated energy management for enterprises is presented. In terms of energy management demand required by equipment manufacturing group enterprises， a kind of integrated energy management system is proposed， in which Internet of Things technology is applied for energy data monitor. System networking architecture as well as the related functions is introduced.

Key words： equipment manufacturing； group enterprises； energy management； Internet of Things； system architecture

在资源与环境双重约束的时代背景下，提升装备制造业能源管理水平，实现能源消耗与污染物排放的精准化统计是实现装备制造企业节能减排目标的重要基础[1-2]。通过对装备制造业能源管理总体水平的分析，可以看出，我国装备制造行业的能源管理模式仍处在粗放型阶段，主要存在以下问题[3-6]：

1）重点能耗设备缺乏动态监控。设备的能量数据采集仍采用人工方式进行，现场数据传输的实时性不强，无法根据现场的生产情况及时调整能源的使用。

2）能源审计和技改工作缺乏科学的方法和工具支撑。能源审计工作主要依靠手工的信息分析与统计，需要大量的人工劳动。无法有效排查企业在能源利用方面存在的问题和薄弱环节。

3）缺乏精细化的能源管理方法。主要关注制造过程本身的运行，而淡化了能源消耗的分析和考量，加上现有复杂装备更新速度快，出现了粗放的能源计量和管理现象；

4）难以发挥历史能耗数据的潜在价值。对于装备制造过程，历史能耗数据是企业优化产品和生产工艺的宝贵财富。需要借助信息化手段，及时对企业能耗数据进行统计分析，为企业节能减排的优化措施提供依据。

为此，本文运用物联网技术和现代管理技术，从集团型装备制造企业的能源管理实际需求出发，提出并研制了一种面向集团运营模式的装备制造企业能源综合管理系统，可以为集团型装备制造企业实现能源

管理精细化提供必要的信息化手段。

1 系统网络架构

系统网络架构包含集团层、子公司层两大部分，如图1所示。集团层主要汇总来自于子公司层的能源计量数据，进行能源系统优化决策，该层部署的功能模块为能源系统优化及辅助决策子系统；子公司层负责采集来自于生产系统的现场计量数据，开展能源管理日常业务工作，执行能源系统的生产计划和管理，该层部署的功能模块为可视化能源监控平台子系统和基础能源管理子系统。

子公司层系统网络架构是整个系统架构的基础和关键部分，关系到整个系统的运行效率和可靠性保障。综合考虑技术的先进性、成熟性和可扩展性等多种因素，采用物联网技术构建子公司层系统网络架构，如图2所示。子公司层系统网络架构自底向上分为感知层、监控层和业务层。

感知层由现场仪表（包括多功能电能测量仪、热电偶及相应模块、流量计或水表等计量仪表）组成。网络基于短距离无线通信技术（Zigbee技术）和GSM通信网组成的传感器网络，它是由大量的无线传感器节点（簇）、汇聚节点（簇头）和GSM数据传输模块组成的分布式系统。传感器节点包括传感器模块、无线通信模块、处理器模块和能量供应模块。传感器模块负责对被监测区域内的能源计量数据进行感知和A/D转换；无线通信模块通过射频收发器（RFID），将能源计量数据传送给汇聚节点；数据在汇聚节点进行融合后，再通过GSM网络传送给能源实时数据库服务器。服务器采用冗余配置，一台为主，一台备用，并向能源数据库服务器传送历史能源计量数据。

监控层读取实时数据库中的数据，提供重点能耗设备计量数据的动态监测。该层包含多个操作站（HMI），对有关的动态监测数据和设备进行监控，包含实时数据显示、设备状态显示、操作画面，参数设定、曲线分析、语音报警等功能。在操作站上还可进行数据查询、报表查询、报表打印等工作。

业务层实现基础能源管理功能模块。该层包含能源数据库服务器、应用服务器、Web服务器。能源数据库服务器作为能源历史数据归档的重要设备，使用SQL数据库管理系统存储长时归档数据，向应用服务器系统提供能源消耗基础数据。应用服务器运行基础能源管理应用软件。Web服务器为外网用户提供Web服务，通过Web方式进行数据查询、报表查询、报表打印。另外，为保证系统安全性，应对实时数据库和历史归档数据库进行安全备份。

2系统功能构成

系统功能框架如图3所示。系统自底向上分为数据采集层、数据存储层、可视化监控层、基础能源管理层、能源系统优化及辅助决策层。采集层采用物联网技术构建计量系统，用于从现场生产系统采集重点能耗计量数据；数据存储层将实时计量数据通过企业网络传输至远程服务器，进行数据的统一存储和组织；可视化监控层提供重点能耗设备能量数据的动态监测；基础能源管理层提供重点能耗设备的能源计量数据的分析和统计，为能源管理的日常事务提供信息化手段；能源系统优化及辅助决策层基于对历史能源计量数据的分析，对能源系统的优化改造做出决策。

在上述层次中，采集层、数据存储层、可视化监控层和基础能源管理层部署在集团的各个子公司，每个子公司设置一个能源调度中心，负责公司生产用能的动态监控和基础能源管理工作。能源系统优化及辅助决策层部署在集团总部，通过对来自各个子公司的能源计量数据的系统化分析，从集团层面，提出能源系统的优化改造方案。

3系统展示及应用

系统已经在某装备制造企业集团进行了应用。覆盖了冶铸、锻造、热处理和机械加工等生产环节。实现了对重点能耗设备的动态监测，整合了电、煤、汽、油、水在内的多种能耗数据，图4描述了锅炉设备的能耗数据的动态监测界面。

按照不同部门和时间尺度，可以提供能源计量历史数据的分析和统计，为企业能源审计和监督提供了科学化和精确化的管理手段，改变了传统的以人工计算为主的分析模式，如图5所示。将能源约束性指标纳入人员绩效考核中，实现了班组能效实绩管理，如图6所示，该功能充分发挥了员工对节能减排理念的主观能动性，建立了设备用能、人员用能和管理方法相结合的能源管理体系。

4结束语

本文运用物联网技术，面向集团型装备制造企业的能源综合管理实际需求，构建了一种满足集团型运营模式的装备制造企业能源综合管理系统，为装备制造企业集团的能源综合管理业务提供了统一的数据平台和管理平台。通过系统建设，实现了涵盖集团总部及其各个子公司的能源活动的分散计量和集中管理，以及重点能耗设备的动态监控，为企业能源的综合利用提供了决策依据。

参考文献：

[1] 孙兴林，雷蕾，方杰.装备制造业节能减排技术发展现状与趋势[J].机电产品开发与创新，2012，25（2）：4-6.

[2] 张学军.以节能减排引领我国装备制造业转型升级的原则和路径[J].现代企业教育，2011，6：121-122.

[3] 王凤科.洛阳市装备制造业的现状与发展对策Ⅲ[J].河南科技大学学报： 社科版，2006，24（5）：88-90.

[4] 章柯.技能减排遭遇装备制造“不给力”[J].广西电业，2013（3）：5-7.

[5] 陈辉，刘贤堂，吴宝健.钢铁企业能源管理系统的应用研究[J].自动化与信息工程，2011（4）：20-23.

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