摘 要：基于亞控科技公司在數據采集、系統集成、算法設計等方面的優勢，以及在智能制造信息化系統方面多年的經驗，本文研討可復用的基于能耗優化的能源管理系統。亞控能源管理EMS項目已經投入企業實體運營。
關鍵詞：亞控 能源管理 EMS 計劃 閉環
Abstract: Based on the advantages of Wellintech technology company in data collection, system integration, algorithm design and many years of experience in Intelligent Manufacturing Information System, This paper discusses the reusable energy management system based on energy consumption optimization. Wellintech energy management EMS project has been put into business entity operation
Key words: Wellintech Energy management EMS Plan Closed-loop
【中圖分類號】F206 【文獻標識碼】B 文章編號1606-5123（2019）11-0062-04
1 引言
隨著全球氣候變暖，國際社會對節能減排的重視程度越來越大。我們作為能源消耗大國，并且資源不足，以及粗放型的經濟模式，能源利用效率低，能耗高，造成能源嚴重浪費。在我國的能源消耗中，工業是我國能源消耗的大戶，能源消耗量占全國能源消耗總量的70%左右，而不同類型工業企業的工藝流程、設備情況、產品類型、能源管理水平對能源消耗都會產生不同的影響。因此在國家節能減排政策號召影響下，企業提升能源管理水平，節能增效勢在必行。
對于制造企業而言，能源質量對產品優劣有著直接的關系，同時能源消耗直接影響到高耗能產品的成本，進而影響到一個企業的市場競爭力。因此制造型企業迫切希望能夠通過先進的自動化、信息化技術建立能源管理系統，實現從能源數據采集—能源消耗監控—能源消耗分析—能源優化等全過程的自動化、高效化、科學化管理。從而使能源采購、能源生產以及能源使用的全過程有機結合起來，優化能源介質平衡、最大限度地高效利用能源，提高環保質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平。
目前，市場上有很多能源管理系統，涵蓋了能源數據采集、能耗實時監控、能耗統計分析等一系列比較全面的功能，對大部分企業能源管理起到了一定的作用。但是，現有大部分能源管理系統都停留在監控層，缺乏有效的能源實時數據存儲，以及能源消耗預警報警等功能。另外，缺乏有效地能耗分析、節能降耗分析、預測算法，只是為企業提供了能源消耗數據，并沒有幫助企業節能降耗。因此，基于我們在數據采集、系統集成、算法設計等方面的優勢，以及在智能制造信息化系統方面多年的經驗，開發一套可復用的基于能耗優化的能源管理系統是非常必要的。
2 能源管理EMS系統
2.1 主要問題/主要場景
◆節能意識不夠：生產、管理人員固有的觀念，能源就是為生產服務，為了保障生產，就不考慮能源的消耗，員工的節能意識有待進一步提升；
◆缺乏有效的管理手段：能源管理制度不完善，缺乏有效的管理手段和考核方式；
◆不知道“能”用在了哪里：只知道能源總體消耗，無法清楚的知道能源具體消耗到了哪里、消耗了多少？哪里消耗的多了？多消耗多少？為什么多消耗了？
◆能耗不能早知道：如何監控和分析能耗異常，預測能源消耗？
◆節能依據不足：如何通過能耗大數據分析，尋找節能機會？
◆能耗成本：如何將能耗成本細化，獲取各能源類型、加工產品等的能耗，分析出詳細能耗成本結構，為節能降耗、降成本提供依據。
2.2 亞控EMS解決方案主要功能
亞控方案產品適用于以電子原材料、電子組裝、半導體、電器、鋰電等生產制造行業的能源管理系統,參見下圖所示：
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功能模塊
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一級子功能
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二級子功能
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能源管理
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能源計劃
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計劃制定
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計劃查詢
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能源監控
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能流圖
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能耗實時
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單耗實時
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能效實時
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負荷平衡
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參數報警
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網絡監控
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能耗歷史
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歷史統計
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能耗報表
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趨勢曲線
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單耗統計
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能源分析
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空耗分析
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能源平衡分析
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能耗對標分析
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能耗預測
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產量能耗分析
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工單能耗分析
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關鍵參數分析
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基礎數據管理
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基礎數據
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空間位置配置
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數據采集配置
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工程服務配置
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系統管理
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能耗指標設定
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用戶管理
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角色管理
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2.3 亞控EMS方案核心優勢
市面上目前市場上幾家功能模塊比較全面的供應商做的能源管理系統，如InduView EMS、易往EW-EMS、優穩UWinEMS、中控EMS-Suite、世紀楚林EIOT-CEMS等。能源管理系統功能模塊包含內容基本相似，但偏重點和面向的行業對象有所不同，基本屬于定制開發模式，部分功能模塊可以進行簡單配置和復用。而我們的能源管理系統平臺是基于模型的，不同的客戶根據自己工廠的實際情況實例化對象并通過簡單配置即可完成系統搭建；另外，我們的能源管理系統從實時數據采集、能耗監控、能耗統計、能耗分析到節能優化，實時了解企業的能源需求和消耗狀況，有效地分析出節能環節，提高能源的利用率。
2.4 亞控EMS方案已用投產
本解決方案產品適用于以電子原材料、電子組裝、半導體、電器、鋰電等生產制造行業的能源管理系統。下面將從電子組裝行業與覆銅板行業舉例說明本解決方案產品的適用性。以應用企業項目：鄭州富士康能源管理項目、陜西生益設備與能源管理項目、江蘇貝特瑞能源管理項目等等。
3 亞控EMS解決方案詳解
3.1 EMS技術架構
（1）系統架構參見下圖所示：
系統架構分為三層，數據采集監控層、能源管理層和企業管理層。
l 數據采集監控層：負責用能設備、產能設備、計量儀表數據的采集、傳輸，以及能源子系統的監控、設備運行狀態監控、設備控制等。
l 能源管理層：包括能源管理系統的各功能模塊，以及系統開發態、運行態的配置管理、數據存儲等。在該層進行數據的匯總、分析、展示。
l 企業管理層：與能源管理系統進行數據交互，獲取能耗數據支撐，為企業提供建議、決策。
（2）解決方案部署架構參見下圖所示：
EMS系統包括設備端、中心端、客戶端，設備端是EMS系統基礎設備數據、能耗數據、工藝數據的來源，包括設備本身具備的數據和人工錄入數據；中心端是系統主要數據及業務計算的中心，包括數據采集、數據存儲、業務邏輯計算、系統建模、實時數據庫、歷史數據庫、計劃數據庫、采集引擎、計算引擎等；用戶端主要是客戶與服務中心交互的方式，可通過web、移動端等方式進行查看。
3.2 EMS技術功能
（1）能源計劃
能源計劃是對企業能源消耗、分配及其平衡所作的部署和安排，主要包括計劃的制定、下發以及實績統計分析。
l 人工手動編制計劃。系統需要提供手動編制計劃、調整計劃功能，具體為在計劃編制界面，手動編制工廠各地理空間位置、時間粒度下的能源消耗計劃，并實現能源計劃的調整（查詢、增加、刪除、修改）。
l 自動生成計劃。系統需要根據設定條件，自動生成能源計劃。比如：在獲取到一定量的能耗歷史數據以及各主要設備的開機時長、開機臺數等數據基礎上，可根據能耗歷史以及能源預測相關算法公式自動生成能源計劃。計劃實績。該功能是為了落實與執行能源計劃，保障能源計劃制定的科學性與合理性。主要包括以下兩個方面：1、實現能源計劃的審批、下發、流轉等；2、實現能源實績統計分析、提供未來能源計劃制定參考數據。
l 工單/產品能耗計劃。系統需要根據產品類型或者工單制定能源計劃，具體通過將生產的產品以及工單將能耗關聯到一起，按照某類產品或者工單制定能耗計劃。
（2）能源計劃能耗實時監控
能耗實時統計在于對工廠各地理空間位置、時間粒度下的能源實時消耗情況進行實時計算匯總，便于管理人員實時掌握工廠實時的用能情況。具體主要包括以下內容：
l 能源流向圖。需要以地圖等方式展示能源流向，它可以直觀顯示能源在各級的消耗、損耗情況，明確整個廠區能源的具體去向。此外，還可以實時監控能源計量儀表的各項電參數，若出現能源異常情況，能夠及時預警報警。
l 能耗實時統計。需要實時統計能源消耗情況，并用圖表等方式展示。該功能可用于實時統計工廠各空間位置、時間粒度下的實時能耗、單耗/綜合能耗數據。
l 能耗異常報警。異常報警是對于能源管理系統必不可少的功能，在能源系統中發生異常時，管理中心能夠第一時間知道并作出及時、快速和準確的處置，確保系統穩定運行。該功能主要體現在實時能耗與計劃能耗對比預警報警。此外，針對重點用能設備能耗計量儀表電參數的實時報警以及報警記錄。
l 負荷監控。能管系統應該根據實際需求，可實時監控廠區能源計量總表和主要用電設備的負荷波動，通過設置負荷限值，實現負荷不平衡時報警提醒，該功能需要根據以往經驗，制定合適的公式計算負荷。
l 網絡狀態監測。系統需要實現網絡狀態的實時監測功能，它主要用于監測采集設備的通訊狀態，網絡狀態異常時可實時報警；此外，還可查詢一段時間范圍內的通訊曲線以及通訊故障率。
（3）能耗歷史統計
能耗歷史統計是企業制定能源計劃、節能分析的主要數據依據，為企業提高經濟效益、降低能源消耗等提供數據支撐。能耗歷史統計包括以下幾點：能耗歷史記錄、能耗對比排名、參數歷史記錄。利用以上歷史記錄數據，并以報表、曲線、餅狀圖等形式進行展示。
l 能耗歷史記錄。系統需要按照行業靈活制定能耗統計規則。主要包括以下兩個方面：（a）按照不同空間維度、時間維度對各類能源記錄存儲能耗（消耗與供給）情況。（b）統計重點用能設備自定義時間段內各類能耗（消耗與供給）情況。并通過圖、表等多種方式展示。
l 能耗對比排名。系統需要靈活制定能耗對比規則，并進行統計排名。主要包括以兩個方面：（a）系統需要針對同空間維度下不同時間維度能耗情況，計算出相應的能耗（消耗與供給）同比和能耗（消耗與供給）環比。（b）系統需要對同等級空間維度按照同時間維度進行能耗（消耗與供給）橫向對比。
l 參數歷史記錄。系統需要靈活添加能源參數，記錄的參數歷史趨勢情況，為能源使用安全、使用質量等方面提供依據。
（4）能耗數據分析
能耗數據分析是在已有的能耗歷史數據基礎上根據需求按照不同的分析方式和算法進行分析處理，挖掘出其中的某種規律并給出節能優化建議，提供給管理人員作為參考決策，是能源管理中最重要的一個分支。能耗分析主要包括以下內容：能效分析、重點用能設備狀態能耗分析、能源平衡分析、能耗對標分析、能耗預測、能源審計、產品類型/工單能耗分析、基于影響能源消耗的關鍵參數分析。
l 能效分析。系統需要統計并分析出能效：1、結合實際產量與能耗，統計出工廠各空間位置、時間粒度下的產量、能耗、單耗/綜合能耗；2、計算主要產能設備（空壓、空調、鍋爐、制冷等設備）的能源轉換效率（能效比）。
l 重點用能設備狀態能耗分析。系統需要計算并統計重點用能設備不同狀態下的能耗，分析重點用能設備的運行狀態、運行時長、停機時長、故障時長、能耗等。
l 能源平衡分析。系統需要分析能源平衡，基于能源計量總表與各分表之間的差異，通過差異分析能源使用過程中存在的問題。按照能源平衡關系定義指定的平衡雙方參數，將主表計的能源消耗量與各分表計的消耗量和進行比較，按天、月、年計算差異。
l 能耗對標分析。系統需要實現能耗對標功能，該功能主要采用報表與曲線的形式對比展示實際能耗與計劃能耗，實現能耗歷史與計劃對標。此外，對能耗指標進行多角度比對分析，與國家標準、企業標準進行對比、限額和節能量目標對比。當對比發現問題的時候，查找異常點（偏高或偏低），可迅速分析判斷能耗變化趨勢及原因，便于管理者挖掘節能潛力，找到節能管理的關鍵所在。
l 能耗預測。系統后期可采用算法實現能耗預測功能，通過周期性的采集匯總能源統計數據并建立合適的能源數據預測模型，挖掘以往數據中的潛在規律，基于此可預測廠區未來一段時間內的用能信息。
l 能源審計。系統要實現能源審計功能，能源審計將系統采集到的能源數據和相關資料，分析企業生產運行中能源消耗的現狀，找出企業節能的薄弱環節，擬定出節能改造目標，提交業主組織評審，確立企業節能改造目標。首先，將水、電、天然氣、蒸汽、汽油等能源消耗數據指標審計，并折算成折標煤量。其次，根據能源名稱、能源消耗量、單價、能源費用總價、占比等數據核算企業年能源費用成本。
l 產品類型/工單能耗分析。在具備一定條件的基礎上，需要實現按照產品類型或者工單計算能耗，并分析對比同一產品類型在不同設備的單耗，提出工藝優化建議。
l 基于影響能源消耗的關鍵參數分析。在大量能耗歷史數據與工藝參數歷史數據的支持下，系統需要實現參數與能耗關系分析功能。通過分析關鍵工藝參數對產品質量的影響程度，繪制工藝參數與產品質量曲線、工藝參數與能耗關系曲線，并通過建模確定最優的工藝參數，在滿足產品質量的前提下，盡可能降低能耗，實現企業節能優化目標。參數可分為：環境參數、設備工藝參數。
3.3 技術實施方案
系統硬件主要由二臺主機、多臺顯示器和一個交換機組成，并連接在一個局域網內。系統軟件部署：在一臺主機上部署KingFusion3.5工程服務、庫服務；第二臺主機上部署KingFusion3.5數據計算引擎、采集引擎以及WEB服務；系統看板數量若干個，KingSCADA負責產線生產監控；KingIOServer負責采集工廠產線數據，參見下圖所示：
4 結束語——亞控EMS核心優勢
4.1 組態式管控一體化平臺
? 系統快速在線配置、擴展
? 數據采集、工程服務、數據計算等分布式部署
? 基于模型開發，解決方案產品可復用
? 可視化組態界面，web端全組態
? 功能模塊化，按需配置、授權，可直接復用
? 與第三方系統的配置化集成
? web端方便嵌入第三方系統界面、開源圖表等
4.2 閉環能源管理系統
從能耗數據實時采集—能耗預測—能耗實時監控—能耗統計—能耗分析，實現能源的閉環優化分析，通過能耗數據分析不斷優化能耗預測，挖掘出企業節能機會。
參考文獻（略）
作者簡介：敖旭 北京亞控科技發展有限公司第二輕工事業部解決方案工程師，負責亞控數據采集、存儲&轉發、BS前端開發、智能制造、生產管控方面的平臺及解決方案推廣。參與多項解決方案產品開發，主要負責電子行業、能源管理為主的解決方案產品的開發工作。