化工厂能源管理系统设计与实现

化工厂能源管理系统的设计与实现
摘要：本文通过设计一套化工厂能源管理系统，实现能源数据的采集、监测及分析处理，为企业领导和生产调度管理提供全面、及时、准确的现场实时能源信息，为能源管理的决策提供可靠的数据基础。

关键词：汽车衡；dcs；计量
中图分类号：tp311.52
当前，资源与环境问题已成为世界各国关注的焦点问题，特别是化工行业，其生产运营更是能源消耗大户，在当今国家大力提倡和严格执行节能减排的形势下，如何降低能耗，进而降低工厂的运营成本是各大化工厂正在寻求的解决方案。

很多化工厂一说到节能减排，都想做，但却不知如何从何做起，其实，能源计量数据作为计算成本和产品产量完成情况的重要依据已渗透到企业各部门、各生产厂的各个环节，搞好能源计量及其数据管理是企业加强经营管理的重要环节，也是工厂进行节能减排工作规划和落实执行的基础。

目前，化工厂的能源数据主要有以下几种：
（1）物料进厂数据，如煤、矿等，通过汽车衡秤重，手工记录、汇总；
（2）出厂产品数据，也是通过汽车衡秤重，手工记录、汇总；（3）生产过程的数据，通过dcs系统监控、记录；
（4）外围的水、电等数据，通过人工抄录、汇总。

以上所有数据，基本上都散落在各个管理班组，并且都是手工管
理方式，很难进行横向、纵向对比分析，这些信息孤岛只能进行有限的利用，很难为决策层提供节能减排的决策数据。

因此，设计、建立一套能源管理系统，强化数据收集、数据分类汇总、预测预警和信息交流，在当今形势下，是非常必要的。

1 系统设计
1.1 软件架构
本系统软件部分包括两个方面的内容：现场操作员使用的物流计量、数据采集及计量单据打印程序；企业各分厂及管理层使用的查询、统计、平衡分析工具。

系统软件总体架构图如下：
图1 系统软件架构图
从上图可以看出，计量的数据主要来自于生产设备的dcs自动采集，汽车衡器称重接口自动采集，数字化水电表接口采集，老实机械水电表人工抄表录入等。

生产过程控制的数据采集需要从dcs的中控系统中导出，dcs的控制数据点位很多，可根据需要挑选导出，需要特别注意的是，导出接口必须是单向的，并加防火墙保护，以防在操作时误操作造成生产停车。

汽车衡器的数据可通过rs232或rs485接口直接采集到数据库。

水电表数据采集分以下几种情况：
（1）具备rs232或rs485接口的水电表，直接采集数据库；（2）老式水电表没有接口，可采用人工抄表，然后录入到数据库系统；
（3）把老式水电表更换成新表，再通过rs232或rs485接口采集到数据库；
（4）对老式水电表进行改造，把模拟数据转换成数字化数据，再通过rs232或rs485接口采集到数据库。

1.2 系统物理结构
图2 系统物理结构图
2 功能说明
2.1 数据采集
数据主要来自于以下几个方面：关键设备的能耗指标一般都进入到生产控制系统中，可直接从dcs中采集；部分具有输出接口（rs232/485接口）的智能仪表，可通过数据采集模块自动获得数据；一部分物理距离分布较远或使用老式仪表、硬件改造费用较高的计量点，可以采用人工抄表输入系统的方式获得数据。

实时数据库用于保存从仪表采集过来的秒级数据，具有刷新频率快、保存时间长的特点。

关系数据库用于保存统计数据，为各种应用报表准备数据。

对于采集到的实时数据，可以提供类似的流程图查看功能，将分散在厂区的各计量点统一起来管理。

基于数据库的数据管理，面向企业领导和各相关管理人员，针对水、电、煤、汽等提供自动监测与计量、能源平衡、成本管理等应用。

2.2 能源监测自动化
（1）对于各类智能仪表、传感器，采用专用数据采集模块/就近接入dcs的方式，屏蔽硬件差异采集其实时数据并以统一格式存储；（2）对于电度表等通过rs232/485口采用自动抄表系统，采集电能数据；
（3）形成网络的外购能源可通过移动gprs接入；
（4）通过自定义组态画面进入原实时信息系统，供各级管理人员实时查看；
2.3 能源平衡
（1）从实时信息系统自动计算各部门能源使用量，与各车间、工段、公司提交月/周能源使用计划形成比照数据；
（2）通过计算全厂瞬时能源使用情况，对比各部门能源使用计划，调度可平行进行的生产工序，达到削峰填谷的目的；
（3）通过对比过磅数据、能源使用量、使用计划及当前库存数据（以煤为主），自动对能源需求产生预警；
（4）对于总表数据≠分表数据之和的情况，根据耗能比例进行平摊，以计算各车间/工段/部门成本。

2.4 成本分析
通过指定各项能源的单价，并将其与数据自动采集系统结合起来。

在此基础上，能自动计算各班组、工段、车间、分厂、部门以及全公司的能源使用成本。

与产出量相结合，能自动计算出能源消耗的产出比。

（1）班组能源成本分析：班组能源消耗成本的对比。

用以考核
同一工段不同班组间操作的优劣。

（2）车间能源成本分析：工段成本分析，分析要生产某一产成品/中间产品，需要消耗哪些能源，每一项所占的成本比例。

（3）企业各部分能源成本分析：企业各部门能源的使用情况，前提是，企业内部各部门都有单独的计量仪表，并且接入到本系统中。

或者，有专业人员负责抄表并录入到本系统。

2.5 能源使用情况统计分析
（1）可分班、日、月、季、年统计班组、工段、车间、分厂、公司消耗的能源计量数据；
（2）将每个环节的能源消耗与工作产出的关系清晰呈现出来，并且与各个单位乃至个人的绩效考核结合起来，真正做到能源管理的精细化和全面化，将节能降耗工作落到实处；
（3）按工序进行能耗分析及按成本中心分析相结合，向管理者提供权威的消耗和核算数据，对公司重要的能耗指标进行预测分析，包括能源供需计划分析和能源消耗预测分析；
2.6 计量设备管理
主要是为了解决计量设备不准确的问题。

核心在于计量设备的检定。

对于达到检定周期的计量器具，要根据不同周期和不同的检定要求对器具进行检定，企业自身没有检定条件或者国家法定要求指定机构强制检定的，还应委外进行检定。

无论是企业自身检定还是委外检定，都需要录入的检定结果，并对器具检定的结果进行判定。

对于检定结果不合格的计量器具，如能降低精度级使用的，按低精度级使用；经维修合格的，也可交还使用部门正常使用；经维修仍不能达到使用标准的，则只能做报废处理，原计量器具使用部门（人）可根据报废单据申领新的计量器具。

3 结论
通过本系统的实现，基本上摸清了工厂的能耗情况，使领导决策层能精确知道工厂那些地方能耗高，那些地方有改进空间或改进空间较大。

具体来说，本系统的实现取得了以下好处：
（1）通过计量与监测自动化，将分散的各能源点集中起来管理；（2）所有报表自动生成、统一发布，不仅节约了人工成本，还提高了数据传送效率；
（3）通过供需比照，达到能源的总/分、购（产）/耗/存平衡和削峰填谷的目的；
（4）通过考核生产过程中各环节的能源消耗情况找问题，激励各部门通过优化操作、开源节流等降低生产成本。

参考文献：
[1]褚大华.电子式电能表[m].北京：中国电力出版社，2009.
[2]樊崇理.自动抄表系统的研究及实现[d].北京化工大学，2001.
[3]魏江，章凌，黄文君.基于dcs的多语言编程软件的设计与实现[j].化工自动化及仪表，2005，32（2）：39-42.
[4]李金海.衡器计量[m].北京：中国计量出版社，2007.
[5]郭继联.港口汽车衡管理软件的设计与实现[d].华东师范大学硕士论文，2009，11.
作者简介：符耀庆（1962-），男，高级工程师，本科，从事信息技术专业；苑舒斌（1980-），男，工程师，硕士，从事信息技术专业。

作者单位：中海油能源发展股份有限公司北京分公司，北京100027。