摘 要：基于亚控科技公司在数据采集、系统集成、算法设计等方面的优势，以及在智能制造信息化系统方面多年的经验，本文研讨可复用的基于能耗优化的能源管理系统。亚控能源管理EMS项目已经投入企业实体运营。
关键词：亚控 能源管理 EMS 计划 闭环
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
【中图分类号】F206 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2019）11-0062-04
1 引言
随着全球气候变暖，国际社会对节能减排的重视程度越来越大。我们作为能源消耗大国，并且资源不足，以及粗放型的经济模式，能源利用效率低，能耗高，造成能源严重浪费。在我国的能源消耗中，工业是我国能源消耗的大户，能源消耗量占全国能源消耗总量的70%左右，而不同类型工业企业的工艺流程、设备情况、产品类型、能源管理水平对能源消耗都会产生不同的影响。因此在国家节能减排政策号召影响下，企业提升能源管理水平，节能增效势在必行。
对于制造企业而言，能源质量对产品优劣有着直接的关系，同时能源消耗直接影响到高耗能产品的成本，进而影响到一个企业的市场竞争力。因此制造型企业迫切希望能够通过先进的自动化、信息化技术建立能源管理系统，实现从能源数据采集—能源消耗监控—能源消耗分析—能源优化等全过程的自动化、高效化、科学化管理。从而使能源采购、能源生产以及能源使用的全过程有机结合起来，优化能源介质平衡、最大限度地高效利用能源，提高环保质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平。
目前，市场上有很多能源管理系统，涵盖了能源数据采集、能耗实时监控、能耗统计分析等一系列比较全面的功能，对大部分企业能源管理起到了一定的作用。但是，现有大部分能源管理系统都停留在监控层，缺乏有效的能源实时数据存储，以及能源消耗预警报警等功能。另外，缺乏有效地能耗分析、节能降耗分析、预测算法，只是为企业提供了能源消耗数据，并没有帮助企业节能降耗。因此，基于我们在数据采集、系统集成、算法设计等方面的优势，以及在智能制造信息化系统方面多年的经验，开发一套可复用的基于能耗优化的能源管理系统是非常必要的。
2 能源管理EMS系统
2.1 主要问题/主要场景
◆节能意识不够：生产、管理人员固有的观念，能源就是为生产服务，为了保障生产，就不考虑能源的消耗，员工的节能意识有待进一步提升；
◆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：只知道能源总体消耗，无法清楚的知道能源具体消耗到了哪里、消耗了多少？哪里消耗的多了？多消耗多少？为什么多消耗了？
◆能耗不能早知道：如何监控和分析能耗异常，预测能源消耗？
◆节能依据不足：如何通过能耗大数据分析，寻找节能机会？
◆能耗成本：如何将能耗成本细化，获取各能源类型、加工产品等的能耗，分析出详细能耗成本结构，为节能降耗、降成本提供依据。
2.2 亚控EMS解决方案主要功能
亚控方案产品适用于以电子原材料、电子组装、半导体、电器、锂电等生产制造行业的能源管理系统,参见下图所示：
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功能模块
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一级子功能
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二级子功能
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能源管理
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能源计划
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计划制定
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计划查询
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能源监控
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能流图
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能耗实时
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单耗实时
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能效实时
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负荷平衡
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参数报警
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网络监控
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能耗历史
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历史统计
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能耗报表
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趋势曲线
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单耗统计
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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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能耗对标分析
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能耗预测
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产量能耗分析
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工单能耗分析
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关键参数分析
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基础数据管理
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基础数据
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空间位置配置
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数据采集配置
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工程服务配置
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系统管理
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能耗指标设定
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用户管理
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角色管理
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2.3 亚控EMS方案核心优势
市面上目前市场上几家功能模块比较全面的供应商做的能源管理系统，如InduView EMS、易往EW-EMS、优稳UWinEMS、中控EMS-Suite、世纪楚林EIOT-CEMS等。能源管理系统功能模块包含内容基本相似，但偏重点和面向的行业对象有所不同，基本属于定制开发模式，部分功能模块可以进行简单配置和复用。而我们的能源管理系统平台是基于模型的，不同的客户根据自己工厂的实际情况实例化对象并通过简单配置即可完成系统搭建；另外，我们的能源管理系统从实时数据采集、能耗监控、能耗统计、能耗分析到节能优化，实时了解企业的能源需求和消耗状况，有效地分析出节能环节，提高能源的利用率。
2.4 亚控EMS方案已用投产
本解决方案产品适用于以电子原材料、电子组装、半导体、电器、锂电等生产制造行业的能源管理系统。下面将从电子组装行业与覆铜板行业举例说明本解决方案产品的适用性。以应用企业项目：郑州富士康能源管理项目、陕西生益设备与能源管理项目、江苏贝特瑞能源管理项目等等。
3 亚控EMS解决方案详解
3.1 EMS技术架构
（1）系统架构参见下图所示：
系统架构分为三层，数据采集监控层、能源管理层和企业管理层。
l 数据采集监控层：负责用能设备、产能设备、计量仪表数据的采集、传输，以及能源子系统的监控、设备运行状态监控、设备控制等。
l 能源管理层：包括能源管理系统的各功能模块，以及系统开发态、运行态的配置管理、数据存储等。在该层进行数据的汇总、分析、展示。
l 企业管理层：与能源管理系统进行数据交互，获取能耗数据支撑，为企业提供建议、决策。
（2）解决方案部署架构参见下图所示：
EMS系统包括设备端、中心端、客户端，设备端是EMS系统基础设备数据、能耗数据、工艺数据的来源，包括设备本身具备的数据和人工录入数据；中心端是系统主要数据及业务计算的中心，包括数据采集、数据存储、业务逻辑计算、系统建模、实时数据库、历史数据库、计划数据库、采集引擎、计算引擎等；用户端主要是客户与服务中心交互的方式，可通过web、移动端等方式进行查看。
3.2 EMS技术功能
（1）能源计划
能源计划是对企业能源消耗、分配及其平衡所作的部署和安排，主要包括计划的制定、下发以及实绩统计分析。
l 人工手动编制计划。系统需要提供手动编制计划、调整计划功能，具体为在计划编制界面，手动编制工厂各地理空间位置、时间粒度下的能源消耗计划，并实现能源计划的调整（查询、增加、删除、修改）。
l 自动生成计划。系统需要根据设定条件，自动生成能源计划。比如：在获取到一定量的能耗历史数据以及各主要设备的开机时长、开机台数等数据基础上，可根据能耗历史以及能源预测相关算法公式自动生成能源计划。计划实绩。该功能是为了落实与执行能源计划，保障能源计划制定的科学性与合理性。主要包括以下两个方面：1、实现能源计划的审批、下发、流转等；2、实现能源实绩统计分析、提供未来能源计划制定参考数据。
l 工单/产品能耗计划。系统需要根据产品类型或者工单制定能源计划，具体通过将生产的产品以及工单将能耗关联到一起，按照某类产品或者工单制定能耗计划。
（2）能源计划能耗实时监控
能耗实时统计在于对工厂各地理空间位置、时间粒度下的能源实时消耗情况进行实时计算汇总，便于管理人员实时掌握工厂实时的用能情况。具体主要包括以下内容：
l 能源流向图。需要以地图等方式展示能源流向，它可以直观显示能源在各级的消耗、损耗情况，明确整个厂区能源的具体去向。此外，还可以实时监控能源计量仪表的各项电参数，若出现能源异常情况，能够及时预警报警。
l 能耗实时统计。需要实时统计能源消耗情况，并用图表等方式展示。该功能可用于实时统计工厂各空间位置、时间粒度下的实时能耗、单耗/综合能耗数据。
l 能耗异常报警。异常报警是对于能源管理系统必不可少的功能，在能源系统中发生异常时，管理中心能够第一时间知道并作出及时、快速和准确的处置，确保系统稳定运行。该功能主要体现在实时能耗与计划能耗对比预警报警。此外，针对重点用能设备能耗计量仪表电参数的实时报警以及报警记录。
l 负荷监控。能管系统应该根据实际需求，可实时监控厂区能源计量总表和主要用电设备的负荷波动，通过设置负荷限值，实现负荷不平衡时报警提醒，该功能需要根据以往经验，制定合适的公式计算负荷。
l 网络状态监测。系统需要实现网络状态的实时监测功能，它主要用于监测采集设备的通讯状态，网络状态异常时可实时报警；此外，还可查询一段时间范围内的通讯曲线以及通讯故障率。
（3）能耗历史统计
能耗历史统计是企业制定能源计划、节能分析的主要数据依据，为企业提高经济效益、降低能源消耗等提供数据支撑。能耗历史统计包括以下几点：能耗历史记录、能耗对比排名、参数历史记录。利用以上历史记录数据，并以报表、曲线、饼状图等形式进行展示。
l 能耗历史记录。系统需要按照行业灵活制定能耗统计规则。主要包括以下两个方面：（a）按照不同空间维度、时间维度对各类能源记录存储能耗（消耗与供给）情况。（b）统计重点用能设备自定义时间段内各类能耗（消耗与供给）情况。并通过图、表等多种方式展示。
l 能耗对比排名。系统需要灵活制定能耗对比规则，并进行统计排名。主要包括以两个方面：（a）系统需要针对同空间维度下不同时间维度能耗情况，计算出相应的能耗（消耗与供给）同比和能耗（消耗与供给）环比。（b）系统需要对同等级空间维度按照同时间维度进行能耗（消耗与供给）横向对比。
l 参数历史记录。系统需要灵活添加能源参数，记录的参数历史趋势情况，为能源使用安全、使用质量等方面提供依据。
（4）能耗数据分析
能耗数据分析是在已有的能耗历史数据基础上根据需求按照不同的分析方式和算法进行分析处理，挖掘出其中的某种规律并给出节能优化建议，提供给管理人员作为参考决策，是能源管理中最重要的一个分支。能耗分析主要包括以下内容：能效分析、重点用能设备状态能耗分析、能源平衡分析、能耗对标分析、能耗预测、能源审计、产品类型/工单能耗分析、基于影响能源消耗的关键参数分析。
l 能效分析。系统需要统计并分析出能效：1、结合实际产量与能耗，统计出工厂各空间位置、时间粒度下的产量、能耗、单耗/综合能耗；2、计算主要产能设备（空压、空调、锅炉、制冷等设备）的能源转换效率（能效比）。
l 重点用能设备状态能耗分析。系统需要计算并统计重点用能设备不同状态下的能耗，分析重点用能设备的运行状态、运行时长、停机时长、故障时长、能耗等。
l 能源平衡分析。系统需要分析能源平衡，基于能源计量总表与各分表之间的差异，通过差异分析能源使用过程中存在的问题。按照能源平衡关系定义指定的平衡双方参数，将主表计的能源消耗量与各分表计的消耗量和进行比较，按天、月、年计算差异。
l 能耗对标分析。系统需要实现能耗对标功能，该功能主要采用报表与曲线的形式对比展示实际能耗与计划能耗，实现能耗历史与计划对标。此外，对能耗指标进行多角度比对分析，与国家标准、企业标准进行对比、限额和节能量目标对比。当对比发现问题的时候，查找异常点（偏高或偏低），可迅速分析判断能耗变化趋势及原因，便于管理者挖掘节能潜力，找到节能管理的关键所在。
l 能耗预测。系统后期可采用算法实现能耗预测功能，通过周期性的采集汇总能源统计数据并建立合适的能源数据预测模型，挖掘以往数据中的潜在规律，基于此可预测厂区未来一段时间内的用能信息。
l 能源审计。系统要实现能源审计功能，能源审计将系统采集到的能源数据和相关资料，分析企业生产运行中能源消耗的现状，找出企业节能的薄弱环节，拟定出节能改造目标，提交业主组织评审，确立企业节能改造目标。首先，将水、电、天然气、蒸汽、汽油等能源消耗数据指标审计，并折算成折标煤量。其次，根据能源名称、能源消耗量、单价、能源费用总价、占比等数据核算企业年能源费用成本。
l 产品类型/工单能耗分析。在具备一定条件的基础上，需要实现按照产品类型或者工单计算能耗，并分析对比同一产品类型在不同设备的单耗，提出工艺优化建议。
l 基于影响能源消耗的关键参数分析。在大量能耗历史数据与工艺参数历史数据的支持下，系统需要实现参数与能耗关系分析功能。通过分析关键工艺参数对产品质量的影响程度，绘制工艺参数与产品质量曲线、工艺参数与能耗关系曲线，并通过建模确定最优的工艺参数，在满足产品质量的前提下，尽可能降低能耗，实现企业节能优化目标。参数可分为：环境参数、设备工艺参数。
3.3 技术实施方案
系统硬件主要由二台主机、多台显示器和一个交换机组成，并连接在一个局域网内。系统软件部署：在一台主机上部署KingFusion3.5工程服务、库服务；第二台主机上部署KingFusion3.5数据计算引擎、采集引擎以及WEB服务；系统看板数量若干个，KingSCADA负责产线生产监控；KingIOServer负责采集工厂产线数据，参见下图所示：
4 结束语——亚控EMS核心优势
4.1 组态式管控一体化平台
Ø 系统快速在线配置、扩展
Ø 数据采集、工程服务、数据计算等分布式部署
Ø 基于模型开发，解决方案产品可复用
Ø 可视化组态界面，web端全组态
Ø 功能模块化，按需配置、授权，可直接复用
Ø 与第三方系统的配置化集成
Ø web端方便嵌入第三方系统界面、开源图表等
4.2 闭环能源管理系统
从能耗数据实时采集—能耗预测—能耗实时监控—能耗统计—能耗分析，实现能源的闭环优化分析，通过能耗数据分析不断优化能耗预测，挖掘出企业节能机会。
参考文献（略）
作者简介：敖旭 北京亚控科技发展有限公司第二轻工事业部解决方案工程师，负责亚控数据采集、存储&转发、BS前端开发、智能制造、生产管控方面的平台及解决方案推广。参与多项解决方案产品开发，主要负责电子行业、能源管理为主的解决方案产品的开发工作。