装备制造企业的智慧耗能管理系统设计及分析

摘要通过对智慧耗能管理系统的架构、软件、功能进行合理设计可以达到对企业气、电、水等各项能耗的有效实时统计、趋势分析、监测预警为企业节能增效、提高能源利用率、提升生产效率做出贡献智慧耗能管理系统能够确保数据及时、便捷、准确地向管理者展示值得推广

关键词智慧耗能管理系统;架构;节能降耗;设计

中图法分类号：TP311文献标识码：A

Design and analysis of intelligent energy consumption management systemfor equipment manufacturing enterprises

XU Fangchao

（Tairui Machinery Co.，Ltd.，Hangzhou 310000，China）

Abstract：In this paper， the architecture， software and functions of the intelligent energy consumption management system are reasonably designed to achieve effective real-time statistics， trend analysis， monitoring and early warning of energy consumption of gas， electricity and water of enterprises， making great contributions to energy saving and efficiency improvement，energy utilization rate improvement and production efficiency improvement of enterprises. The management system can ensure that the data timely， convenient and accurate display to managers， and it is a kind of energy consumption management information system worthpopularizing.

Key words： intelligent energy consumption management system，architecture， energy saving and consumption reduction，design

1  引言

智慧耗能管理系统采用高科技、信息化手段对用能企业的设备进行能耗数据采集、数据报表、图形及曲线制作、数据动态管理以及能耗数据分析。通过以上程序来让管理者了解企业耗能结构及分析成本，可以为企业节能降耗措施选择、方式优化改进提供方案和建议[1 ～2]。

2  概况

2.1  现状

某装备制造企业在能源计量手段及信息化系统建设方面相对滞后。该企业能耗形式结构主要是水、电、气三种能源。据统计，该企业现有能源计量表86块，分散在各生产车间及部门。

2.2  需求分析

首先，该企业的能源计量统计大部分依据人工方式进行，不仅统计数据量大、统计时间长，还存在数据不准确、能源浪费及泄露发现不及时、历史数据无法查询、无法实时报警等现象;其次，该企业在能源管理方面仅是对各类能耗的总表进行了统计，而缺少各部门的能耗的详细数据，造成的不良影响有无详细的能耗数据、无法做节能分析及管控、不能根据能源超限情况进行相关考核;再次，该企业由于计量表较多，存在统计计量设备数据时部分数据未得到及时统计的现象，导致该企业能耗数据缺乏真实性、准确性，有碍于对企业及时分析能耗系统平衡性及做出决策调整[3]。

以上现状表明，该企业的能源管理需求已无法得到满足。因此，该企业迫切需要一套完整的、智慧的耗能管理系統来为耗能统计分析、节能减排措施调整、年度考核提供参考依据。

3  系统设计

3.1  系统架构

该智慧耗能管理系统利用分层次方式进行架构设计。通过将业务逻辑及基础服务分离设计，以最终实现相关功能。其系统架构主要包括计量层、网关层、服务层及展示层（图1 ）。

（1）计量层：通过在各厂区、生产车间、部门安装必要的导轨表、电表、水表、燃气表以及 ARCM 智慧终端来完成对相关能耗、生产数据采集工作。在采集数据时，也可根据需要利用人工手动输入或者其他各类方式收集能耗量的具体数据。同时，计量层利用的数据采集模块为 TCP/IP 模块。该模块在完成数据采集后，即可实现自动储存并上传;具备实时采集及上传功能，可以保证耗能数据获取的及时性和便捷性。

（2）网关层：采用的是ANet系列智能网关。作为计量层与服务层的桥梁，可根据不同的采集规约进行水表、气表、电表等设备终端的数据采集汇总，并采用以太网、RS485和 LORA 通信形式将现场设备的数据传送给平台系统。最终实现计量层与服务层数据的传送、接收。

（3）服务层：通过能耗云服务来对网关层传送的数据进行及时接收并储存。同时，通过 Web 服务、 APP 服务随时随地查询各类能耗数据。服务层获取的数据也可以通过硬件上传至展示层。

（4）展示层：利用门户和统计图表的方式对能耗进行分析及评估后，再将结果进行综合展示、预报预警。同时，可对已收集的数据、分析结果以及管理者做出的决策调整进行及时下发;管理者可通过展示层按照厂区、部门、班次、时区等需求进行相关能耗数据查询、统计。

3.2  系统软件设计

为保证灵活性和实效性，智慧耗能管理系统采用基于 B/S 与 C/S 结构相融合的 Web 软件系统（图 2） 。其中，在 B/S 结构的支持下，用户可以随时随地对服务器资源及程序进行访问。同时，无须下载相应应用程序，在系统扩容方面也表现突出;C/S 结构则能够最大限度地提高计算机处理数据的速度，操作简便，能确保用户对数据的及时分析。采用基于 B/S 与 C/S 结构相融合的 Web 软件系统，能够实现不同区域、不同类型网络结构的互相通信，是一个具备独立性的软件系统;当研发人员利用相异的应用程序及数据库来开发新的系统时，该 Web 软件系统也可支持其访问，极大地提高了不同系统之间的信息实时共享效率。

3.3  系统功能设计

（1）能耗综合主界面

能耗综合主界面可实现对能耗数据的显示、查询、折算等功能。显示功能是指对数据结果实时滚动、曲线分析、地图导航、时间计算等数据及信息的显示;查询功能是指按照区域、时间、产品进行能耗数据查询;折算功能是指对各类能耗按照标准煤折算方式进行能耗折算，以计算出企业单位面积上的具体能耗值，以供管理者参考。

（2）分项用能数据统计

该功能可以将企业所有能耗按照每时、每日、每月、每年的时间段进行统计。同时，可利用各类表格、图形等展示系统内数据，包括曲线图、柱状图、饼状图等。利用以上方式可以对能耗数据大小、数据发展趋势、数据关系、数据分布等信息进行直观反映。

（3）支路用能趋势分析

该功能主要是对各支路用能进行统计分析。具体包括多区域支路、设备支路进行能耗数据统计，以分析判定各支路用能情况;管理者则可根据支路用能趋势反馈信息，有理有据制定节能决策及节能考核方式，最终落实企业节能降耗方案。同时，该功能还具备跟踪、建档能力，即可对设备运行期间的能耗数据进行跟踪记录，包括对所有设备既往能耗值进行储存并建档记录，最终为设备的维护和保养提供数据支撑。

（4）能耗数据同环比分析

该功能可以完成对不同类型的耗能设备在某个时间段（某月、某年）能耗值与往年或上月同期值进行同环比计算分析。管理者可根据分析结果对该企业的节能措施进行检验，也可依据此结果对企业、生产车间、部门进行节能绩效核算及节能目标调整。

（5）能耗数据分时统计

该功能的主要作用是让管理者明晰不同时段的设备能耗情况。具体体现在可根据小时、天数、月份进行能耗数据统计，并进行数据比对分析，以准确掌握各时段的具体能耗值。也可根据企业能耗的高峰期、平稳期、低谷期进行数据统计分析，以提高能耗数据分析的真实性。

（6）能耗数据实时监测及预警

该功能可对设备能耗数据超高、超负荷进行及时监测及预警。其实现基于在智慧耗能管理系统内安装高精度、智能化仪表，该仪表具备24小时、自动监测功能;当所监测的能耗数据出现异常时，则会启动预警装置。同时，能够按照其自动匹配的信号要求向管理者提供合理管理方案，从而便于管理者及时、准确地调整节能方案。在完成一次预警后，其相关信息也会被主动记录在档。

4  系统特点及实效性分析

4.1  系统特点分析

（1）展示性：针对企业节能降耗需求，该系统在展示界面的风格形式、效果呈现上做到了简洁明了、信息齐全。同时，根据管理者日常需求习惯，可自动调节界面风格，体现了企业的个性化、专业化。

（2）实用性：该系统主要采集并分析能耗数据，以供管理者分析决策。其中，数据采集及分析全部由系统自动完成，不会额外给企业增加数据采集及分析负担;操作简便，用户学习、操作较为方便。

（3）兼容性：该系统具备操作与管理方便、兼容性强的特点。在设计该系统时，在系统数据端口预留了可输入及输出接口，以便于对相关数据进行拷贝、上传。

（4）可靠性：在设计该系统时，利用了必要的技术方式来提升其软件、硬件系统兼容性，以提高该系统的可靠性，从而确保该系统时刻处于正常温度状态下运行。

（5）易维护性：该系统提供了与计算机显示器相连接的功能，即维护人员利用鼠标就可实现对系统相关配置、管理的控制;具备后台维护功能，即可在系统运行期间利用后臺维护功能实现对系统的维护。

4.2  系统实效性

通过采用智慧耗能管理系统，企业管理者可以通过能耗深度数据分析，结合能效评估方法，获取系统、设备、工艺线等能耗及效率的实时分析数据，为生产调度、设备管理、成本核算、年度考核等提供决策依据。

通过对企业生产全过程的耗能实时监控，实现了各项指标的信息化、量化和系统化，大幅度提升了生产效率和节能降耗效果，增加了企业的经济效益。具体指标如下：设备利用率提升15～ 20%，劳动效率提升 10%以上，电、水、气的总体能耗节约率达18%。

5  结语

我国部分企业在统计能耗数据时，还是以人工定期统计为主，存在明显的数据不齐、滞后等不足，无法为企业及时了解设备耗能情况提供准确、清晰、及时的数据。为此，本文在分析某装备制造企业需求的前提下，设计了一种智慧耗能管理系统。该系统具备总体用能、分项用能、支路用能的实时统计、趋势分析、监测及预警功能;具有展示性、实用性、兼容性、可靠性、易维护性特点。通过采用该系统，该企业生产效率及节能降耗效果得到了大幅度提升，从而实现了增加了经济效益。

参考文献：

[1] 黄培.智慧能源管理系统的设计与实现[ J].办公自动化，2019，24（23）：59?61.

[2] 李秉林，韦钰，周香伶.智慧校园能耗监管平台方案设计[J].电脑与电信，2020，（12）：4?6.

[3] 郝飞，郑狄，陈素君，等.企业智慧能源管控系统架构设计与探讨[J].有色冶金设计与研究，2020，41（1）：25?30.

作者简介：

徐方超（1985—） ，本科，工程师，研究方向：信息技术。