浅析玻璃企业能源管理系统

张向春

（秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司 秦皇岛 066001）

0 引言

能源是世界各国最重要的战略物资之一，随着世界经济的快速发展，能源需求与能源稀缺之间的矛盾日益加剧，如何利用能源、节约能源成为各行各业一项重要的研究课题。

目前，我国已成为世界平板玻璃生产的第一大国，总产量超过全球产量的60%，现阶段的玻璃工厂自动化程度虽然有了很大的提高，但仅限于对生产工艺控制环节相关的部分，对于各种能源消耗数据及生产数据还停留在人工采集阶段，手工录入统计报表，并逐级上报，导致资料留存不够完整，效率低下，受人为影响因素较大，不能满足大数据采集需要，更无法进行数据对比分析，对指导企业节能降耗没有达到实际效果。同时，各个生产与管理部门之间不能形成有效的信息共享链，存在信息孤岛现象，很难为全面决策提供科学准确的信息。随着玻璃产能、质量的不断提高，高能耗、粗旷生产的玻璃企业必将被淘汰，如何通过先进技术改造升级，建立玻璃企业能源管理体系，对平板玻璃节能降耗、降低生产成本、提高管理水平、增强核心竞争力具有重要意义。

1 能源管理系统

能源管理系统以能源为核心，能够为企业已有或者后续建设的生产管理、成本控制等系统及时提供准确的数据，是全厂资源统一调配、实现集约化生产的有力支撑。实现了绝大部分能耗数据的在线采集，并能够通过能管软件进行能源消耗的在线监测与分析。建立能管系统对能源采购、能源消费、生产原料、产品产量等信息进行采集与管理；并对各类能源在主要工段、车间、生产线、分厂及全厂管理各级别进行汇总与对比；对能耗计划和趋势进行分析；对关键工艺能源消耗量进行分析；监控计算单位产量所消耗的能源、原料等关键指标。能管系统预留MIS接口，可以无缝对接工厂的ERP软件，为精细化管理奠定基础。在技术层面上，能管系统使用了国际上成熟的物联网中间件平台，为企业架设好了“数据总线”，完成了构建企业物联网系统的基础；能管系统还引入了工业数据分析领域最为先进的数据分析引擎作为能管系统的核心，也为企业大数据分析系统奠定了基础。

2 系统设计目标

能源管理系统的目标就是提高能源系统的运行、管理效率，为企业提供一个成熟、有效、使用方便的能源系统整体管控一体化操作平台。以客观数据为依据，协助企业管理者快速准确地做出各项决策，确保生产安全、可靠、经济、高效运行，实现从经验生产到分析合理、调整高效的转变，使全厂生产达到安全稳定、经济平衡、节能减排、优质环保的基本要求。

（1）能源及生产信息的采集

通过现场改造，借助大数据开发平台，将全厂各类生产数据通过网络传递到系统数据库中，完成对全厂各种能源介质（主要为重油、天然气、水、电等）和重点耗能设备的实时监控。

（2）建立能源消耗评价体系

在数据分析基础上，实现能源质量、设备运行、生产等自动化和无纸化管理，建立以客观数据为依据的能源消耗评价体系，减少各项管理成本，优化生产流程，提高效率，及时了解实际的能耗情况，提出节能降耗的技术措施。

（3）减少运行成本，提高劳动生产率

传统玻璃厂的现场管理、运行和维护的工作量大，人员臃肿，运营成本非常高。而能源管理系统的投入，将简化能源和生产管理，减少日常运行所需的人力投入，节约人力资源成本，提高劳动生产率。

（4）提高应急反应能力

通过系统能够从全局角度了解设备运行状况、故障影响程度、发生故障的频率等，加快能源系统的故障和异常处理，及时有效地给出应急措施，限制故障范围进一步扩大，有效恢复系统的正常运行。

（5）节约能源，改善环境

改进能源平衡技术，实时了解企业能源需求和消耗的状况，有效减少蒸汽和氮气的放散，采用综合平衡和燃料转换使用的系统方法，使能源的合理利用达到一个新的水平。

3 系统架构

根据系统设计目标，能源管理系统的功能架构主要分为三个层次：底层为数据采集层，中层为数据处理层，上层为数据展示层，其结构如图1所示。

（1）数据采集层

数据采集层由DCS、PLC、现场数显表等现场设备结合中心的采集服务器组成，主要实现采集生产过程关键数据和设备状态信息、计量数据、质量数据等；中层主要设备是数据库服务器，主要实现实时数据处理和归档，以及对各种数据的分析；应用层实现过程监控、信息管理等功能，支持能源及生产调度人员、管理人员、决策层的业务需求。

（2）数据处理层

数据处理层设备有数据库服务器、应用服务器、网络存储、管理终端、综合显示系统等。数据处理层将采集到的数据进行挖掘、统计、分析、存储，并将信息发布及展示。

（3）管理应用层

管理应用层对能源消耗和生产数据实时监控、调度和管理。能源信息管理主要利用实时数据库提供的实时信息，其他信息化系统提供的生产、计划信息以及系统存入的一些技术参数，对能源进行精细管理，挖掘节能潜力。通过系统提供的总结数据作为基准对各用户进行考核，强化节能意识。主要包括有：能源计划管理、能源实绩管理、能源计量管理、能源成本管理、能源质量管理、能源设备运行管理、能源报表管理、运行支持、能源信息发布管理等。

4 能源管理系统在玻璃企业的应用

4.1 数据采集

玻璃厂数据采集主要是物质类计量器具、能源类计量器具、生产自动化系统的自动采集，并将检化验系统和库房系统的数据接入到调度指挥中心，形成一个综合性的数据管理平台，满足生产对能源调度的数据需求。

玻璃企业的数据采集主要有以下几个方面：

（1）自动控制系统的数据采集

玻璃厂各个工段一般都有相应的自动控制系统，如热端的DCS系统、冷端的PLC系统等。针对这些自动化控制系统，通常采用OPC技术实现数据的转换、采集。

（2）车间变配电系统的数据采集

变电站或配电所一般都有各自的电力自动化系统，这些自动化系统的通信管理机可以支持CDT规约，可以通过通信管理机的串口利用CDT规约来实现遥测、遥信、遥脉、电度及SOE等信号的采集，并预留遥控接口，以便实现变电站的无人值守。在没有自动化系统的变配电站，应从多功能表采集数据，并预留相应接口，待电力系统改造后连接。

（3）独立计量器具的数据采集

在玻璃生产中，一些独立的计量器具未接入DCS或PLC等自动控制系统中。针对这类设备，可改造后通过自动控制系统传送数据或是采用RS-485通讯接口采集数据。

（4）大设备的数据采集

风机水泵等设备的耗电量在玻璃厂中占有很大比例，这需要采集多方面的数据，进行耗能分析，如电压、电流、转速等。目前主流变频器均提供可RS-485通讯接口，用户可通过串口服务器转换成TCP/IP网络接口，再用PC实现集中监控。

（5）手工录入

对于不具备采集条件的数据，实施单位提供专门的数据录入界面和相应的数据存储机制，通过录入界面手工录入系统需要的重要数据。

4.2 数据处理及管理应用

（1）计划管理

能源计划主要录入各生产线的能源（包括煤、重油、天然气、电、水、氮氢气等）消耗计划，以及单位产品（重量箱）的能源消耗计划，并提供相应的数据管理及维护功能。

（2）能耗分析

能耗分析以实时历史曲线展现全厂各种能源的消耗情况，并加入计划曲线和行业规范数据曲线，进行鲜明的对比，并提供各个关键耗能设备的历史曲线，电价峰谷平时间段的设备运行数据，各种统计查询功能，利用数据分析技术，对历史能源和生产数据进行分析，并根据工厂生产与设备运行安排，进行能源供需、能耗实绩与计划的比较分析、能源技术经济指标分析等，以柱状图、饼状图和曲线图的方式给出结论数据。指导工厂的能源和生产管理，提高管理水平和效率。

（3）能源设备运行管理

主要对关键的大型能源设备（包括冷却风机、锅炉、空压机、给排水泵等）实行集中管理，并建立检修、使用档案，辅助制订设备检修计划。最终为能源安全及时、保质保量的稳定供应提供支持。

（4）能源成本管理

依据各种能源实际消耗数据和产品产量数据，对全厂各核算单位进行能源成本管理，对玻璃厂内各种能源消耗量进行统计计算，确定合理的能耗考核指标。对吨产品综合能耗、吨产品可比能耗、单位产值能耗、单位产品能耗等指标进行计算、分析和统计，实现玻璃厂的能源成本精细管理。

（5）报表管理

报表主要类型有：能源供需计划报表、能源供需平衡报表、主要经济指标统计表、能源设备检修计划表、能源介质质量报表、环境监测报表等。

4.3 实际应用

能源管理系统应用到某企业6条浮法玻璃生产线后，系统通过集中监控、数据分析、预警等高级功能，将原料数据、产量数据纳入到数据采集范围内。能源管理系统投产运行以来，全厂实现节能5%左右。

能源管理系统根据产量计划制定相应的能耗计划，随时监督玻璃原片单位产品能耗指标，从管理节能角度实现了3%左右的节能量；

系统针对设备工作状态的分析与预警所发现的异常情况能够及时得以解决，如冷却风机与电加热同时运行等不合理的情况得到杜绝，从生产运行角度实现了将近1%的节能量；

远程实时监测设备运行状态使得生产设备运行参数的调整和纠正更加及时，由此带来了产品合格率提升了一个百分点，减少了不合格产品产生的无用能耗，达到了节能1%左右的效果；

对全厂在产的6条生产线进行了全面的监控和分析，能源的统计查询包括电、水、煤、天然气、氢气、氮气等分类，均提供快捷方式折算为标煤和金额，通过柱状图、饼图及曲线图等一系列手段表现出来，并对生产消耗的异常做出判断并报警、提供报表，保存为多种格式的外部文件，使管理者能够尽快找出问题，解决问题，优化生产结构，节约能源及生产成本。

5 结语

玻璃厂能源管理系统的建立，是为了协助企业在扩大生产的同时，合理计划和利用能源，降低单位产品能耗，提高企业的经济效益。目前，能源管理系统已经在很多领域得到了应用和推广，随着工业的发展和社会的进步，发展的需要和能源的制约矛盾日渐突出，节能减排增效的呼声愈发高涨，能源管理系统在玻璃行业将会越来越受到重视。