基于iFix和WPF的能源精益管理系统

朱 锋，彭 勇，沈 博，孙纪周

(湖北烟草金叶复烤有限责任公司襄阳复烤厂，湖北 襄阳 441004)

0 引言

复烤行业新形势下，依靠传统经营模式，扩大生产规模来实现效益增长已不现实，只有通过精益管理，细抠生产过程，消除各种浪费行为，严格控制能耗、物耗水平，才能实现降本增效，促进企业稳定健康的发展。

因此，非常有必要建立一套完整有效的能源精益管理系统，利用信息化手段对复烤企业能源消耗的全过程进行综合管控，计算出有关能耗、物耗的定量标准，从而实现管理层对动力成本的过程控制，取得最佳的经济效益，建立集约型企业。

1 襄阳复烤厂能源监控现状

襄阳复烤厂能源供给由15 t燃气锅炉1台、24.2立方变频空压机两台、1 600 kVA变压器两台以及500 kVA变压器1台等设备组成。现有随机iFix能源监控系统一套，虽然对厂区水、电、汽、气等数据进行了实时采集，但统计分析功能较弱，未对相关数据进行可视化处理，无法对能源管理和故障分析起指导作用。

同时，厂区生产设备和动力设备的沟通衔接主要由对讲机来完成，生产设备启动时，各工序设备衔接会出现等待和空置；生产过程中，一旦发生停机，产线中断时间，会发生能源浪费；生产结束时，能源供应设备与生产设备关停衔接不畅，也会造成能源溢出或浪费；因生产工艺需要，预处理、均质化设备润筒长期单独开机，锅炉最低产量大于耗气量，造成部分蒸汽溢出，产生浪费，如果不处理好这些等待和空置的时间，必然会导致设备空转，从而带来能源的浪费。

2 系统结构

目前，厂区能源网络共两台服务器，一台iFix运行服务器，一台数据存储服务器。建立新的能源精益管理系统，中层网络可利用现有工业以太网络和配套硬件设施实现通信。同时，在底层增加智能设备，以总线形式与中层网络连接，实现对厂区各种能耗数据的实时采集。顶层用户界面部分采用WPF（C/S架构）进行开发，结合ECharts可视化库能够提供更好的用户体验。如图1所示。

图1 系统网络结构图Fig.1 system network structure diagram

iFix工业组态软件具有多样的API编程接口，可以通过 VB等程序语言调用相应接口获取 iFix实时数据库中的数据。本项目利用VB脚本程序和iFix工作台中的调度功能，将iFix实时数据库中的水、电、汽、气等数据保存到Microsoft SQL Server数据库中。程序运行后，iFix工作台将启动iFix Background Server服务窗口，该服务即VB脚本程序的进程窗口。如图2所示。

图2 系统数据采集过程图Fig.2 system data acquisition process diagram

iFix工作台脚本程序包含许多功能函数，其中readvalue()功能函数可读取iFix实时数据库。本项目实现数据采集的函数代码如下：

实时数据库和关系数据库之间存在差别，数据通信时需要用到数据库异步操作技术。本项目利用 ADODB实现 iFix实时数据库和 Microsoft SQL Server关系数据库连接，子程序代码如下：

精益能源管理系统数据统计部分调用开源JavaScript可视化库 ECharts与 Microsoft SQL Server数据库进行交互。 ECharts可实现折线图、柱状图、饼图等图表的绘制和动态展示，并支持WPF的WEB调用。整体数据流向如图3所示。

图3 系统数据流模型图Fig.3 system data flow model diagram

3 基于iFix和WPF的能源精益管理系统应用

为实现能源的精益管理，襄阳复烤厂在原有iFix能源监控系统的基础上，开发了基于iFix实时数据库和WPF(C/S架构)的能源精益管理系统。该系统分为用能设备状态监控，用能建筑能耗展示、能耗追踪数据报警、能耗数据统计分析四大部分。通过该系统可以及时发现用能设备的异常状态，启动相应的预案措施，达到节能降耗的目的。如图4所示。

图4 系统主界面Fig.4 system main interface

3.1 用能设备监控、异常报警功能

（1）用能设备状态监控。根据设备运行电流和设定的高低阀值显示车间生产设备的运行情况，设备四种状态：待机、偏低、正常、偏高，不同状态对应不同颜色的标记。操作人员可根据生产设备状态调整动力设备参数。如图5所示。

图5 生产设备电流值设定界面Fig.5 current value setting interface of production equipment

（2）用能建筑能耗展示。建筑上方的蓝色气泡框显示该建筑实时用能情况，点击气泡框显示近24 h用能折线图。如图6所示。

图6 锅炉房主要用能显示Fig.6 main energy consumption display of boiler room

（3）吨烟能耗监控。根据瞬时流量和瞬时能耗计算出实时吨烟能耗值，与相同流量下的历史吨烟能耗情况进行对比。

（4）能耗数据追踪报警。根据设定的报警阀值、频次、是否启用检测等信息，给以声光报警提示，操作人员根据报警提示信息进行处理。处理结果自动生成记录，在能源报警信息中进行查询。如图7所示。

图7 能耗异常预警值设定界面Fig.7 interface for setting abnormal energy consumption warning value

3.2 能源数据统计分析功能

（1）能耗查询。根据输入时间，以可视化形式表现各建筑物的水电消耗量。同时在底部显示锅炉耗天然气、用空压气、产空压气、锅炉出口蒸汽、烤片机耗蒸汽等动力信息。如图8所示。

图8 能耗查询界面Fig.8 energy consumption query interface

（2）动力能耗表。根据能源管理监控采集的数据，汇总生成动力能耗表和折线图，反映出每班、每日和月度、年度的动能消耗情况。如图 9所示。

图9 动力能耗表截图Fig.9 screenshot of power consumption meter

（3）用电损耗及电价查询。根据用电分类，汇总生成生活、生产、损耗的用电饼状图及电价表。通过分析峰平谷各个时间段的电量及电费，合理调整开机时间，错峰用电。根据生产用电和生活用电对比，合理将部分生产用电转到生活用电，从而降低总电费。如图10所示。

图10 电价统计表截图Fig.10 screenshot of electricity price statistics

4 精益能源管理系统的优势

精益能源管理系统将动力设备与生产设备联动管理，通过监控生产设备状态和追踪报警等手段提高能源管理的主动性。以信息化技术和可视化工具作为技术手段，实时展示整个动力系统各个环节的能耗数据。其优势有：（1）生产设备出现故障时，系统状态灯由绿灯变为黄灯，当班动力人员可实时了解情况，根据故障程度合理关闭能源供应，从而减少了供能设备的空置时间和能源的浪费，增加了能源管理的主动性；（2）通过对各建筑的追踪监控，找出各用能点的异常情况，实现各用能单位能耗数据的可追溯，为节能降耗和故障排查提供了数据支持；（3）通过动力能耗表可直接生成小到班组、大到年度的能耗统计数据，节省人力成本，提高统计效率，为能耗定量考核提供依据，动力能耗表可成为企业的能源成本核算基础；（4）通过电价的计算，统计出峰平谷各个时间段的电量及电费，合理调整开机时间，错过用电高峰期。根据生产用电和生活用电对比，可将部分生产用电合理转移到生活用电中来，降低总电费。

5 结论

基于信息化技术和可视化工具，搭建了集数据采集、状态监控、追踪报警、统计分析于一体的精益能源管理系统。实现了生产设备与动力设备的多方联动，能源管理由被动变为主动，提高了能源管理水平和统计效率，降低了能耗成本和人力成本。达到了向及时管理要效益，向及时改进要效益，向生产能耗要效益的目的。