基于互联网技术的工厂能源管理系统设计与应用

摘要：运用互联网技术，构建一个覆盖工厂的能源管理系统，是智能化工厂建设的一个重要组成部分。本系统由智能网络仪表、工业互联网、计量子站、能源管理平台等构成，运用分布在工厂生产现场的智能网络仪表，采集能源和载能工质的耗用数据，把这些采集到的数据通过计量子站和工业互联网上传到能源管理平台，由能源管理平台对这些数据进行处理，为管理者提供需要的数据报表。结果表明，以工厂能源计量数据为基础，建设一套与现代化智能工厂相适应的科学的能源利用监督、管理、评价系统，把传统的人工抄表、零散管理、数据不可追溯、无法预警和实时报警，转变为集中管理、分散控制、数据统一汇集，实现管理自动化、智能化，完成数据深度挖掘，做到预警与实时报警。这对于提升工厂能源管控水平，实现节能减排，具有强有力的技术支持。

关键词：互联网技术；工厂能源管理系统；设计与应用

一、引言

工业企业在生产过程中，需要耗用电、天然气、蒸汽、压缩空气、水、冷冻用水、冷却用水、软水、冷凝水等能源和载能工质。提升能源和载能工质利用效率，提升能源管控水平，是智能工厂信息化建设的一项重要内容。本文结合当前能源计量仪表技术、工业互联网信息技术、数据信息技术的发展现状，运用各种计量仪表，对工厂生产区域内所耗用的能源和载能工质进行计量，及时准确地获取各类能源耗用数据。工厂运用工业物联网技术，构建一个网络系统，不仅为能源管理系统、动力自控系统、智能配电系统等提供一个共用的数据传输网络通道，还把分散在工厂区域内的各计量仪表计量的数据和计量仪表的状态信息，上传到能源计量系统平台。工厂运用数据存储技术和数据报表系统，构建一个能源管理系统平台，实现对能源耗用数据自动采集记录，实现对能源数据信息的自动处理，实现与办公OA系统、工厂ERP系统、各车间集控系统、物流采集系统等工业信息化系统数据互通。这对于提升工厂能源管理能力，落实节能降耗工作，提供强有力的数据支撑。

二、系统组成

本系统由数据采集仪表、计量子站、工业互联网、服务器等组成。系统结构如图1所示。其中智能网络仪表负责采集工厂生产区域内所耗用的能源和载能工质计量数据，根据计量仪表所处的工况特点，采用满足计量要求的智能网络仪表，及时准确地获取各类能源耗用数据。计量子站负责获取分散在工厂区域内的各计量仪表计量的数据、计量仪表的状态、本子站的状态等信息。工业互联网负责把上述信息上传到计量子系统服务器，通过能源管理软件对计量数据进行处理，实现能源分类计量、分项考核，工厂能源管理智能化的基础。

（一）数据采集仪表的配置

运用数据采集仪表，对于工厂使用的各种能源如自来水、冷冻用水、冷凝水、冷却用水电、天然气、电量等能源消耗量进行计量。依据《用能单位能源计量器具配备和管理通则》（GB17167-2006）的规范要求结合计量设计要求以及管路走向，配置合适的计量仪表，采集完整的计量数据。

1.用水计量仪表的配置

根据工厂供水管网布局和生产特点，采取总分式布局结构安装计量水表，分别在总进水管，主供水管网、分支管网、主要用水设备用水管网，安装智能计量水表或流量计，采集相应部位的用水数据，结合能流图完成基础用水数据采集。

在生产工艺用软水、锅炉用软水、回收的冷凝水方面，采用涡街流量计，选择与对应流量口径相匹配的规格型号。

在自带流量计的生产用水设备，从该流量计读取用水数据，采用生产设备使用的工业以太网，把计量数据上传到计量系统服务器。在没有配备流量计的生产用水设备，分别安装智能水表，可以把瞬时流量和累积流量进行上传。

2.用电计量仪表的配置

根据工厂设计图纸要求，在配电室进线口安装多功能网络仪表，获取工厂总用电数据。对于车间生产线的主要耗电设备，采取专线配电，分别在配电回路的出口安装多功能网络仪表，对这些生产机台用电进行单独计量管理。

3.用天然气计量仪表的配置

根据工厂天然气管网布局和生产特点，配置天然气计量仪表，采取全覆盖的方式，在工厂进气管道安装流量计，在锅炉、车间生产设备、职工餐厅等天然气管路分支口安装流量计，与总进气管道流量计选择相同的型号类型，可以本地显示瞬时流量和累计流量，可以把瞬时流量和累积流量进行上传。

4.用蒸汽计量仪表的配置

工厂的蒸汽通常采取外购或者自备锅炉自产的方式。在锅炉蒸汽出口分别配置流量计，对每台锅炉生产的蒸汽进行单独计量，在锅炉总供蒸汽出口、锅炉分汽缸去热力站出口、生产工序、空调机组、辅助工序等部位分别配置流量计。在主要生产用蒸汽机台供热管路，配置流量计，对这些生产用蒸汽机台进行计量管理。通常采用涡街式流量计。

（二）计量子站

计量子站由采集箱、开关、开关电源、端子排、网管等设备与部件构成，如图2所示。计量子站分布在生产现场，分别连接所在区域的计量仪表。

采用可编程逻辑控制器PLC作为控制设备，将智能数据仪表的数据及时进行收集、解析、上传。运用PLC的抗干扰能力，能够适应工业生产现场复杂的运行环境，能够稳定地运行在工业生产现场。

（三）工业互联网

工业互联网结构如图3所示，采用三层网络或双层网络结构，环网采用千兆级工业交换机组网，环网架构能够把交换机本级的端口、自身的硬件故障报警信息上传给PLC，便于用户及时发现存在的异常状况，便于及时发现问题。汇聚交换机采用冗余型架构，提升网络系统的稳定性。

（四）服务器

采集软件负责管理PLC上传的数据，数据库通常采用Mysql数据库存储并支持各类数据协议。运用先进的主流数据管理软件，构建信息管理系統。把计量管理系统采集的数据，分类管理，为工厂各类用户提供所需要的数据报表、图表，实现能耗分析、能源数据统计、查询、信息共享。具有按照能源种类，进行同比、环比分析功能，具有能源折标综合分析功能，把各类能源按照国家规定的折算系数折算为标准煤，分析工厂折算为标准煤后的综合能耗和单箱实际能耗，并进行同比、环比分析；具有能源统计功能，能够自动生成上报工厂领导的各项能耗报表，能够自动生成上报能源主管部门要求的能耗月报，自动生成上报公司的综合能耗对标数据，自动生成岗位、工序、车间能耗运行数据，根据相关数据可实现对各生产人员能源定量考核。具有能源查询功能，具有能源计量数据信息的查询和动力能源监控设备运行状态数据信息查询功能，具有系统信息发布，系统用户管理、参数管理、资源管理等功能，通过预留接口可实现与行业主管部门、公司信息的管理系统、ERP系统、MES系统信息共享。

三、结束语

基于互联网架构的覆盖整个工厂能源管理系统的开发，是智能制造工厂信息化建设的一项基础工作。通过对工厂能源计量管理，及时获取能源消耗数据。通过对能源与载能工质系统数据的管理，分析挖掘计量数据、完善数据对比实现预警与报警，为工厂智能化提供决策支持，将能源耗用数据指标落实到各岗位和生产人员，把考核与工作人员直接挂钩，提升员工责任意识，提高工厂能源管理和智能化管理水平，为企业带来良好的效益。对于其他同行业工厂能源管理系统建设具有一定的借鉴意义。

作者单位：朱文林 江西中烟工业有限责任公司

参  考  文  献

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