EMS软件功能的设计

摘  要： 以某公司EMS软件设计为背景，进行系统功能模块的确定。在确定模块的基础之上，进行模块功能的分析与设计，以实际应用为背景进行软件实现，最终完成EMS的系统设计工作。经验证，EMS上线后，满足既定的节能降耗的目标，大幅提高人员生产效率，吨钢能耗下降10%以上。

关键词： 钢铁行业; 节能降耗; EMS; 软件设计; 界面实现

中图分类号： TP 311.52          文献标志码： A          文章编号： 1671-2153（2019）01-0098-04

0  引 言

如何保证能源需求与供给的可靠穩定已经成为我国最为关注的问题之一;如何解决较低单位能耗与较高的经济发展之间的矛盾越显突出[1-4]。本文以信息技术为重要支撑，努力提高钢铁行业能源利用效率与管理水平，以期实现社会的可持续发展。

能源管控系统（以下简称EMS，Energy Management System）是利用信息化与自动化技术，对企业能源生产消耗的全流程的实现集中式扁平化的动态监控与数字化管理，可以实现能源消耗预测、能源产用平衡、能源全流程优化等目标[5-6]。

EMS能够实现生产与管理的相互统一，具体包括：降本增效，节能将耗，内部管控，系统运行，后续系统发展。本文将主要集中于EMS系统软件部分的模块功能的设计，以期确保初始系统设计目标的实现。

1  EMS软件功能模块设计

能源管控工作需要与生产流程、设备检修等多因素密切相关，所以系统在设计初期就提出应能够与ERP系统进行协同工作，以期实现真正意义上实现无缝集成，以便于科学高效的利用各种能源介质[7]。

因此，本文设计的EMS通过中间件与Web Service的方式，可以直接调用ERP中的生产计划与实绩、能源介质和物流信息等数据，实现既定的与ERP无缝集成目标。此外，考虑到生产的需要，本文将EMS与现场设备进行直接相连接的，系统通过I/O服务器对于现场设备进行操作，进行能源供需计划与实绩的上传与下达，进行现场设备状态的在线实时监控，具体的系统结构如图1所示。

1.1  能源计划和实绩管理模块

能源计划和实绩管理模块主要分成几个不同部分，其中能源计划主要进行能源计划的数据的收集与维护，如生产计划与实绩数据、能源介质数据与物流数据等，进而利用模型计算来分析能源消耗情况，以期实现能源计划的管理，该部分的重点涉及到与ERP系统接口部分，在1.3中有详细的论述。此外，该部分还涉及到计量点数据的管理与实绩管理。

1.1.1  计量点管理

对于各种能源介质的计量简称为计量点，计量点的信息主要包括有计量点的编号、名称与别名等信息，系统支持操作人员进行计量点基础数据的维护，当实际需要时能够进行计量点信息的查询、新增、修改与删除。

实际维护过程中应注意保证计量点编码应当与预先设定的I/O服务器采集数据点保持一致，以减少系统维护的工作量。同时，考虑到现场生产的实际需要，对于系统中尚不具备采集条件计量点，系统支持人工录入的方式进行解决，当后期系统完成后，在I/O服务器中增加该计量点信息以便于数据上传，达到减轻工作人员的工作量的目的。

I/O服务器以小时为单位，将各采集点数据保存起来，EMS每日定时（每日24时）自动进行计算，得出前一日各计量点的日累计值、日最大值、日最小值、日平均值等数据，其中计量点日累计值数据在系统中作为能源实绩计算的基准数据。

此外，考虑到设备可能存在的异常，这会造成计量点数据的不准确，系统提供计量点日累计值修正功能，保证数据能够真实反映实际生产情况。这里应考虑人员舞弊等因素，应当限制该功能的使用，保证数据的真实准确性，并将该操作人员的操作信息进行记录，以便于日后明确划分各相关责任人的责任，这方面的内容会在系统配置管理中进行论述。

1.1.2  实绩管理

该部分主要是对各种能源介质的使用分配情况进行统计与分析，具体涉及到使用量、损失量、回收量等等，并按需生成必要的实绩报表。此外，考虑到系统的扩展性与完整性，系统支持用户进行基础信息的查询、新增、修改与删除，以达到满足系统不停变化的需要。图2为实绩管理的流程。

图2中，日计量数据指的是经计量点管理模块每日计算后得到的数据，结合到本模块的供需实绩项目维护后，利用公式计算得出每个供需实绩项目的数值，最终汇总形成实绩报表。

工序工位信息维护主要包括查询、增加、修改和删除功能，后期系统发生变化时，用户能够通过系统增加工序工位。此外，系统还对工序工位进行了相关属性的定义，如该工序是否参与分析预测、工序使用状态（使用/停用）等信息，以满足后续其他模块开发的需要。

能源介质信息的维护与工序工位信息的维护基本一致，此处不做过多的论述。供需实绩项目的维护是依据各工序能源介质种类以及能介属性， 结合数据具体来源以及来源项之间组合，进而制定出具体项目的计算公式。

日实绩数据计算是利用供需实绩项目配置各项计算公式，结合各种能源介质数据汇总计算，统计出各个工序下每种能源介质的日实绩消耗数据，为生成日实绩报表做准备。日实绩计算在每天凌晨（略晚于计量点管理中日累计值数据计算的时间）自动计算前一天的日实绩数据。

1.2  能源分析与支持管理模块

本部分可以通过历史数据进行分析与挖掘，以直观的形式展现出来，实现指导能源管理工作的目的，提升能源管理水平与提高能源管理效率，流程如图3所示。

图3中，能源计划分析通过某一段时间（如月）的能源计划、能源实绩的对比，来检查能源计划编制的合理性及精确性，提高能源计划的编制水平。能源实绩分析用来评价能源消耗完成情况，确定能耗水平是否得到改善。工序能耗分析主要是通过各生产工序的吨钢综合能耗的对比分析，确定各工序的能耗水平。生产工序能耗预测是利用模型结合生产计划预测出未来的吨钢综合能耗，便于管理层进行生产决策。经济指标对比分析是指通过与行业类标杆企业的对比或者与自身前期进行对比，明确公司整体的能耗利用水平，确定下一步的能源优化方向。

1.3  能源质量管理模块

本部分主要依据在线检测仪表或者企业检化验部门对于能源介质的检验数据，实现能源介质质量的在线实时监控，避免非标能源介质的使用，确保总体能耗的可控以及能源供应的可靠。

系统设计到的能源质量管理主要包括有水与煤气质量，这部分主要采用人工输入的方式进行维护，后期可根据实际进行补充。此外，考虑到环保的要求，将公司原有环保系统中测量的實时数据进行在线显示，即直接读取原有系统数据库中实时数据然后进行显示的方式的来呈现。图4为能源质量管理的流程。

1.4  系统设备管理模块

系统设备管主要是对系统范围内重点能源设备的基本信息、运行状态与维修信息等的管理，其中重点用能设备包括有空气压缩机、变压器、水泵、煤气加压机、锅炉、鼓风机、煤气柜、球罐与汽轮机等等。其中，对于某些重大的能源设备，系统实现在线运行状态的监控，特别是紧急情况下能够快速做出判断，由I/O服务器下达指令来保证现场生产的安全。

1.5  系统配置管理模块

系统配置管理主要是进行用户管理、权限配置、画面配置与日志查询等功能。用户管理供管理员进行用户信息的维护，其中用户登陆初始密码设置为固定值。结合到权限配置，用户新增过程中需要进行功能组与所属职能部门配置，前者确定用户的权限，后者确定用户所属的部门以便于用户的维护。

系统通过将拥有相同操作权限的用户共同设置一个操作组，然后对操作组进行系统操作权限的分配，实现不同用户登陆系统拥有不同得的操作权限，也便于后续进行整体的权限配置管理。权限配置流程如图5所示。

日志查询是系统中比较重要的部分，EMS通过对于用户在操作过程中行为的记录，将所有的用户关键操作进行记录与存储，用户可以依据不同的条件进行操作日志信息的查询。

2  系统接口设计

如图1系统结构所示，EMS需要与ERP进行通讯，获取必要的生产计划与实绩数据、能源介质数据和物资信息数据等，因此需要考虑EMS与ERP系统之间的接口设计。此外，EMS与现场设备的通讯采用I/O服务器的方式，所以这里不对这部分做过多的描述。

如文献[6]中论述，异构系统之间的通信一般可采用Web Service、中间件、共享数据库与共享文件等方式来进行，本文采用的Web Service与中间件两种方式相结合的方式来进行。

其中，EMS获得ERP系统生产管理与能源介质管理模块采用SAP XI/PI中间的方式进行通讯，与物流管理模块采用Web Service的方式进行通讯。具体的通讯方式的配置，以及具体的软件开发过程本文不做过多的论述，本文主要关注于数据的获取时间参数的确定。

2.1  中间件模式

某公司生产部每月在ERP中制定下月生产计划，EMS每月月底24时定时自动接收下月各生产工序生产计划数据，以便于EMS确定能源计划。每月3日18时EMS自动向ERP发出请求，获取上月各工序产品结算产量数据，以供EMS能源计划与实绩管理模块使用。

2.2  Web Service模式

物资采购部门、物资管理部门定期维护ERP中的物资量采购、库存、使用与计量等信息，EMS每月3日18时向ERP发出申请，请求发送上月的物资信息中燃料部分的所有数据，以供EMS能源计划与实绩管理模块使用。

3  结果与展望

本文完成EMS的功能模块的设计工作，从EMS系统结构出发，进行了比较详细的阐述。同时，考虑到异构系统的通讯，进行了系统接口论述。EMS经过现场调试与试运行，已投入正常生产，取得多方用户的一致好评。经过用户进行实测统计，系统上线后使得每吨钢能耗下降10%以上，已达到每吨钢的煤耗为593.3 kg的历史最佳数值。

EMS在能源计划和实绩管理模块与能源分析与支持管理模块中尚存在不足，部分模型的构建尚有很大的改进余地，特别是生产单元发生重大变化时，模型中变量需修正的数量过多，可以采用更加先进的模型算法，提高系统的鲁棒性、自适应性，降低后续用户进行系统维护的工作量。

总之，EMS的开发与实施使得公司的能源管理水平得到进一步的提升，实现了既定的企业整体节能降耗、降本增效的初始目标。

参考文献：

[1] 万鲁愚. 新一代钢铁厂协同智能管控中心研究[J]. 冶金自动化，2014，38（4）：1-6，20.

[2] 张捍东，姚园园，凌羡彥，等. 转炉炼钢炉料配比模型的构建与分析[J]. 钢铁研究学报，2016（7）：32-37，43.

[3] WANG Y F，LI H M，SONG Q J，et al. The consequence of energy policies in China：A case study of the iron and steel sector[J]. Resources，Conservation & Amp，Recycling，2017，117.

[4] 胡哲，姚园园，张捍东. 转炉炉料配比最优参数的分析与求解[J]. 云南冶金，2016（03）：41-46，66.

[5] ZHANG Z H. The Construction and Analysis of Industrial Innovation System for China's Iron and Steel Industry[A]. Zhejiang University，P.R. China，University of Cambridge，U.K..Proceedings of the First International Symposium on Global Manufacturing and China[C]. Zhejiang University，P.R. China、University of Cambridge，U.K.，2005.

[6] 万江，张志霄. 钢铁企业信息化能源管理系统的软件开发[J]. 机械制造与自动化，2015，44（1）：137-139.

[7] WANG H F，ZHANG C X，QIE J M， et al. Development trends of environmental protection technologies for Chinese steel industry[J]. Journal of Iron and Steel Research（International），2017，24（3）：235-242.