CN104992298A - 能源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能源管理系统，包括：数据采集模块、能源实时监控模块、能源计划管理模块、能源综合统计模块、能效诊断优化模块、对标考核模块、能源成本分析模块、环保排放监控模块以及基础数据管理模块；本发明采用自动化、信息化技术和集中管理模式，集成不同车间的能量消耗、产量、生产工艺、产品质量等生产信息，对企业能源系统的购入储存、加工转换、输送分配和消耗使用四大环节，采用集中扁平化的全面动态监控和数字化管理，改进和优化能源平衡，实现系统性节能降耗的管控一体化系统。

Description

能源管理系统

技术领域

本发明涉及一种能源管理系统，具体一种用于高能耗生产企业的能源管理系统。

背景技术

能源是国民经济和社会发展的重要物质基础，我国资源不足，能源短缺已成为制约国民经济持续发展的重要因素，由于现阶段还是粗放型经济，能源利用效率低，能耗高，造成能源严重浪费，高能耗企业面临着能源成本和环境排放达标的双重压力。

大部分企业目前的能源管理工作存在以下问题：

生产协同、能源调度不便；

由于生产计划、原料消耗、产量、设备运转情况分散在各孤立系统，各工段之间采用电子表格或纸质报表传阅，数据滞后，影响能源统一调度与生产高效协同；

指标统计工作量大；

产量、原料/能源消耗、质量、工艺等数据分散，各工段之间多次转录汇总，导致综合能耗、分步能耗等综合指标统计工作量非常大；

缺乏可视化直观展示；

缺少一个能耗、产量、工艺参数相关性的可视化展示功能，不利于能源利用的精细化控制与改进；

过程跟踪困难；

缺乏相关生产过程数据的集成，导致当能源消耗超标时，很难在单一系统中通过业务数据追溯快速发现原因；

不利于后期分析；

很难利用长期存储的能耗、产量、质量、工艺等历史数据，对复杂工艺的生产设备在不同工况下的能效水平进行动态评价、诊断与优化分析。

发明内容

本发明在于提供一种能源管理系统，采用自动化、信息化技术和集中管理模式，集成不同车间的能量消耗、产量、生产工艺、产品质量等生产信息，对企业能源系统的购入储存、加工转换、输送分配和消耗使用四大环节，采用集中扁平化的全面动态监控和数字化管理，改进和优化能源平衡，实现系统性节能降耗的管控一体化系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能源管理系统，包括：数据采集模块、能源实时监控模块、能源计划管理模块、能源综合统计模块、能效诊断优化模块、对标考核模块、能源成本分析模块、环保排放监控模块以及基础数据管理模块。

以上模块信息传递及通信过程如下：由数据采集模块采集企业分散在各孤立系统的生产工艺、能源计量、环保排放及质量检测数据，集中存储至能源管理中心数据库，利用图形组态工具，制作上述能源系统四大环节及环保排放的监视画面，实现企业能源的可视化在线监控，通过对实时数据库的历史数据进行二次统计计算，自动生成能源综合报表，同时，通过能源计划管理模块，对企业各产品在不同周期不同工序建立能耗定额，作为能效诊断和对标考核基准，当某一能耗指标超出设定限额基准时，一方面在实时监控画面发出警报，另一方面通过精确计算超限值，根据考核规则明确责任岗位人员的加扣分值，同时依托能源诊断模型，分析能耗超标的工艺控制、质量偏差等具体原因，并结合优化知识库为各工序操作人员提供指导意见，实现能源管理组织对企业节能降耗减排的生产管理目标。

数据采集模块，用于对能源数据及相关生产数据进行自动采集、传输、集中存储；

能源实时监控模块，用于对企业不同能源网络的图形化实时展示；

能源计划管理模块，用于根据生产计划及能源定额管理自动生成能源需求计划，并实现能源计划与能源实绩的对比分析；

能源综合统计模块，用于根据采集的不同类型能源消耗计量数据，结合各工序的产量数据，自动计算、生成不同周期的能源统计报表；

能效诊断优化模块，用于分析重点耗能设备的能源利用效率，并结合能耗工艺优化模型，为能效综合优化提供指导；

对标考核模块，为企业建立完善的“企业-部门-工序-班组-岗位”五级能效对标考核管理体系，实现全厂能效闭环管理；

能源成本分析模块，用于统计计算企业能源消耗成本结构、单位产品能源成本变化趋势；

环保排放监控模块，用于企业生产过程中的有害排放物监测；

基础数据管理模块，用于企业能源相关基础数据和各类参数的设置、维护和查询管理；

能源自动采集子模块，用于与能源计量网络的通讯与自动采集；

手工录入子模块，用于不具备自动采集条件的能源数据定期维护；

指标趋势子模块，用于查询展示任意指标的长期变化趋势；

异常告警子模块，用于在线监测指标的异常状态；

历史回放子模块，用于调阅任意历史时间段的能源监视画面，还原任意历史时间点的能耗水平；

指标分析子模块，用于能耗指标与基准值的对标分析；

能量平衡表子模块，用于展示企业能源在四大环节的收支情况；

企业能流网络图子模块，用于以标准能流网络图展示能源损耗及能源利用效率；

实时能效鱼骨图子模块，用于以鱼骨图展示企业各工段的产品单位能耗及实时能效水平；

能源预测分析子模块，用于计算企业在未来一定周期各种能源介质的消耗量；

企业综合能效评价子模块，用于将企业能效水平的整体综合评价；

分步能耗分析子模块，用于企业生产线各工段的能效水平分析；

能效考核管理子模块，用于企业实现“工厂-部门-工序-班组-岗位”的五级能耗管理绩效考核制度；

环保排放管理子模块，用于监视、统计企业环保排放物指标信息；

计量器具管理子模块，用于维护能源相关计量的设备台帐和检定管理；

所述数据库，包含实时数据库和关系数据库，实时数据库用于存储、管理需要长期存储的高分辨率的原始计量数据及在线计算的能耗指标数据，关系数据库用于存储能源管理中心的程序结构、能源指标体系、能源统计报表数据等信息；

所述服务器，包括数据库服务器和应用服务器，用于部署数据库及能源管理应用软件；

所属数据采集设备，包括接口机及交换机，用于部署能源管理中心与能源计量仪表或子系统的数据采集软件。

本发明的有益效果是：采用自动化、信息化技术和集中管理模式，集成不同车间的能量消耗、产量、生产工艺、产品质量等生产信息，对企业能源系统的购入储存、加工转换、输送分配和消耗使用四大环节，采用集中扁平化的全面动态监控和数字化管理，改进和优化能源平衡，实现系统性节能降耗的管控一体化系统。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明所提出的能源管理中心系统的总体架构图；

图2是本发明所提出的能源管理中心系统的数据采集处理与其它业务系统的关系图；

图3是本发明所提出的能源管理中心系统的管控能源四大过程示意图；

图4是本发明用于能效诊断的原理结构图。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明公开一种能源管理系统，包括：包括：数据采集模块、能源实时监控模块、能源计划管理模块、能源综合统计模块、能效诊断优化模块、对标考核模块、能源成本分析模块、环保排放监控模块以及基础数据管理模块；

数据采集模块，对能源数据及相关生产数据进行自动采集、传输、集中存储；

能源实时监控模块，对企业不同能源网络的图形化实时展示；

能源计划管理模块，根据生产计划及能源定额管理自动生成能源需求计划，并实现能源计划与能源实绩的对比分析；

能源综合统计模块，根据采集的不同类型能源消耗计量数据，结合各工序的产量数据，自动计算、生成不同周期的能源统计报表；

能效诊断优化模块，分析重点耗能设备的能源利用效率，并结合能耗工艺优化模型，为能效综合优化提供指导；

对标考核模块，为企业建立完善的能效对标考核管理体系，实现能效闭环管理；

能源成本分析模块，统计计算企业能源消耗成本结构、单位产品能源成本变化趋势；

环保排放监控模块，企业生产过程中的有害排放物监测；

基础数据管理模块，企业能源相关基础数据和各类参数的设置、维护和查询管理。

能源自动采集子模块，与能源计量网络的通讯与自动采集；

手工录入子模块，用于不具备自动采集条件的能源数据定期维护。

指标趋势子模块，用于查询展示任意指标的长期变化趋势；

异常告警子模块，用于在线监测指标的异常状态；

历史回放子模块，用于调阅任意历史时间段的能源监视画面，还原任意历史时间点的能耗水平。

指标分析子模块，用于能耗指标与基准值的对标分析；

能量平衡表子模块，用于展示企业能源在四大环节的收支情况。

企业能流网络图子模块，用于以标准能流网络图展示能源损耗及能源利用效率；

实时能效鱼骨图子模块，用于以鱼骨图展示企业各工段的产品单位能耗及实时能效水平。

能源预测分析子模块，用于计算企业在未来一定周期各种能源介质的消耗量；

企业综合能效评价子模块，用于将企业能效水平的整体综合评价；

分步能耗分析子模块，用于企业生产线各工段的能效水平分析。

能效考核管理子模块，用于企业实现“工厂-部门-工序-班组-岗位”的五级能耗管理绩效考核制度；

环保排放管理子模块，用于监视、统计企业环保排放物指标信息。

计量器具管理子模块，用于维护能源相关计量的设备台帐和检定管理；

数据库，包括实时数据库和关系数据库，实时数据库用于存储、管理需要长期存储的高分辨率的原始计量数据及在线计算的能耗指标数据，关系数据库用于存储能源管理中心的程序结构、能源指标体系、能源统计报表数据等信息；

服务器，包括数据库服务器和应用服务器，用于部署数据库及能源管理应用软件；

数据采集设备，包括接口机及交换机，用于部署能源管理中心与能源计量仪表或子系统的数据采集软件。

下面结合实施例作进一步的说明：

实施例一，如图1所示，本实例的能源管理中心系统的整体架构包含数据采集、能源实时监控、能源计划管理、能源综合统计、能效诊断优化、对标考核、能源成本分析及环保排放监控等管理。

其中，数据采集模块主要用于系统基础数据的采集、处理以及能耗指标基本数据的计算，为系统中其他模块提供完整、准确可靠的基础数据及指标基本数据，是整个系统正常、准确、有效运行的基础和保障。

如图2所示，基于能源管理中心系统的业务需求，包括现场有关生产和能耗数据的采集、完善、外传、存储，控制系统工艺参数、煤、电、水、等数据从DCS、ERP、OA办公、物流一卡通系统、集中抄表系统等现有系统采集，化验室有关质检数据等无法自动在线采集的数据通过手工填报平台实现定期录入管理。系统构建了生产实时数据、企业管理数据集成应用的数据库系统，由实时数据库和关系数据库组成。生产过程数据通过实时数据采集平台采集存储至实时数据库，不具备自动采集条件的非实时数据通过手工填报平台采集存储至关系数据库。对于生产控制系统的工艺参数等自动化采集数据，包括客户端采集程序和服务端接收调度程序两部分，客户端采集程序部署在接口机上，负责读取控制系统OPC服务器的生产数据并打包发送至数据库服务器，服务端接收调度程序，部署在数据库服务器上，负责接收客户端采集程序发送的数据包并写入实时数据库，同时，兼具管理调度各客户端采集程序的功能。数据采集系统采用如下技术手段：其一，采用分布式架构，在数据采集的每个网络结点上，通过数据库服务器上的服务端控制模块对他们进行统一的网络化调度管理，同时各个结点有具有独立判断网络状况的能力，结点在与中心失去联系后能够启动自主控制方案，完成数据缓存等自救行为，同时不断测试网络情况，直到与数据中心恢复联系；通过该套分布式网络部署方案，实现多级缓存与离地网络缓存调度技术；其二，通过多端口分配管理与多种网络通信协议配合使用的方法，为每条数据传输链路分配独立的数据通道，同时管理通道与数据通道分离，从而达到数据传输互不干扰；通过对每条数据通道进行统计分析管理技术，达到数据通道之间的数据传输优先级与流量分配管理，保证数据传输在保证时效性的同事达到传输效率最大化，解决分布式网络监控与网络校时以及流量控制等技术难题，真正实现立体网络缓存调度技术；其三，借助朗坤数据库已有的高效数据存储与压缩技术，实现大量缓存数据的高效读写；其四，采用UDP与TCP双协议对网闸两侧的网络通信进行有效管理，发送端通过TCP连接确定网络状态，接收端通过TCP连接以及数据接收超时判断连接状态，同时服务端具有数据接收超时报警机制，确保对网闸两侧网络的完全掌控，实施过程中通过严格的网闸配置方案，保证内网数据与网络的安全性。

能源实时监控主要用于企业电、煤、水、气等各种能源介质在购入储存、加工转换、输送分配和终端使用过程中进行集中监视管理，对生产过程中实时能耗和能效数据进行在线监测，通过解析能耗定额规则，比较实际能耗和基准能耗的偏差，智能判断能效指标的实时状态，对异常指标提供在线报警，同时，通过调用能耗诊断优化模块的能效诊断知识库，针对报警信息处理给出合理的调度操作建议，确保能源介质在各个环节的安全性、可用性、经济性，能源过程监视通过模拟图、趋势图、棒状图、表格和文字等形式直观的显示到用户终端，主要通过以下几种方式实现：实时监视-采用画面组态技术，通过调用设备图元或组态新设备图形，制作能源工艺生产流程，模拟生产设备及能源流动介质，再配置实时数据库中的参数测点，并通过WCF服务与实时数据库通讯，实时刷新能源计量数据，动态反映在线监视能耗设备状态、能耗指标数据变化情况；历史回放-采用历史回放控件，调用实时数据库的历史数据查询接口，按照设定时间频率更新画面数据，回放再现任意历史时间段的能耗情况；趋势分析-通过双击画面指标，调用实时数据库历史数据查询接口，加载该参数指定时间段的历史数据，自动计算时间与画面像素的比例关系，可自由缩放参数变化趋势曲线；界面告警-通过设置关键参数在不同设备运行工况的限值范围，采用工况识别与规则解析算法，可以实时判断该参数的越限状态，利用报警信息推送机制，即可实现变色闪烁、弹窗等多种方式的告警功能，辅助用户快速发现能耗指标异常设备；通过在监视画面中配置设备图形的设备编码，作为工艺建模中的唯一设备标识，能够智能识别图形所代表的具体设备，可以通过右键菜单关联查询设备台帐、能耗指标、启停记录等扩展信息，辅助用户全面掌握设备运行状态综合信息。

能源计划管理用于帮助企业提前了解未来能源消耗数据，根据企业生产计划，结合当前工艺设备的耗能定额(各工序单位产品的标准耗能量)，参照历史耗能趋势曲线进行二次修正，建立产量能耗关联模型，从企业生产计划中抽取不同产品的产量数据，计算未来时间段各类能源的消耗量，生成企业的能源计划。通过关联能源存储数据，对未来时间的能源短缺现象进行预警，确保能源供应可靠；一方面，通过能源计划与实绩对比分析，管理人员可以检测能源计划制定的合理性，另一方面，也有助于企业发现各种能

能源综合统计，主要用于自动生成企业能耗综合报表、用电能耗综合报表、原煤消耗报表、余热发电报表、压缩气体统计报表、水源用水统计报表、电量报表(月报、日报、班报)等。能源管理中心系统提供报表工具，可根据企业能源统计报表格式进行组态，从其他报表以及实时数据库中读取所需数据，自动生成各种周期统计报表。能源综合统计采用数据金字塔服务技术，它将实时数据库数据接口与规则解析引擎相结合，识别综合统计报表中各个指标的统计条件、统计方式(最大值、最小值、平均值、累计值等)，自动抽取实时数据库的海量原始数据进行二次统计，并利用任务引擎驱动，可针对特定数据异常的情况，通过历史重算实现数据修补，保障综合统计报表的准确性。

能效诊断优化，主要用于分析重点设备的能耗水平、能耗异常原因及解决措施，为设备运行管理人员提供指导。如图4所示，能效诊断优化分析核心在于建立能源诊断模型，主要包括以下几个部分：知识库-包括影响设备(工序)能耗的主要工艺参数、工艺参数的最优值、工艺参数对设备能效影响权重；推理机-通过知识库建立各个主要工艺参数的隶属函数,结合实时数据库,对各主要工艺参数进行模糊化处理，对模糊化处理后的主要工艺参数进行动态和稳态的模糊运算；分析结论输出-当工艺参数动态模糊运算的结果大于阀值时,可以认为该工艺参数是生产过程不稳定主要因素,造成产量低\设备(工序)能耗大的主要原因，对于主要工艺参数动态和稳态模糊运算后所得到的两个模糊子集进行求“并”运算，最大隶属函数值的参数,是造成设备(工序)能耗大的主要原因；工况规则库-存贮以规则树描述的设备运行工况，并与实时数据库进行关联，当规则库中某条工况规则与数据库中的某些工况参数匹配时，该工况模型被激活，并把用它推出的结论存放到数据库中，作为后面推理的结果。

对标考核模块，为企业建立完善的“企业-部门-工序-班组-岗位”五级能效对标考核管理体系，有利用帮助管理人员定量分析各级能效指标偏离基准的程度，明确责任部门或岗位，发生的位置和时间，建立能效指标的“定量-定人-定时间-定位置”四维对标分析平台。系统利用规则可视化技术，提供企业能耗考核管理制度的考核规则配置界面，并生成指标考核逻辑代码，当指标考核任务引擎启动时，自动计算实际能耗值与考核目标值的偏差，并进一步根据考核规则计算指标得分。通过企业产品综合能耗得分，可以分析出企业的综合能效水平；根据工序能耗基准，结合部门与工序的关系，能分析出各部门的能效水平；根据各工序对总体综合能耗的影响比例，能分析出影响企业综合能耗最大的生产工序。管理人员利用能耗统计跟踪分析功能，快速查询企业、部门、工序、班组能耗指标统计值，比较不同时间周期(年、月、日)能耗指标与能耗基准的偏差量，分析能耗指标的长期变化趋势，并能实现“企业-部门-工序-班组”能耗纵向追溯分析，在此基础上，根据企业制定的考核规则，以量化管理为核心，实时对运行人员的工作进行考核，从而达到提高生产能源利用效率的目的。系统支持按照指标值区间、指标值越限时长、班值排名等方式进行考核，支持考核规则的语义化配置，支持考核人员及岗位系数的配置，提供考核结果的追溯性查询分析，提供指标的事后排它重算功能。

成本分析模块，用于企业生产能源成本计算分析。系统通过中间表方式，从企业的ERP系统获取实时能源价格及费率信息，从能源消耗报表中抽取能源使用量数据，直接计算能源成本，并提供丰富的图表展示功能，分析能源成本结构、分步工序能源成本、产品单位能源成本变化趋势、峰谷平用电成本、能源消费流向，辅助用户分析企业生产过程中的能源消耗成本。

环保排放监控模块，用于企业生产过程中的有害排放物监测。系统通过采集废气、粉尘、污水排放数据，利用页面组态图实时展示环保排放监测数据的实时变化；监视画面对环保参数进行智能判断，当数据超出排放指标限额时，则通过闪烁、变色等多种方式告警，并能快捷查询该参数的报警记录；双击任意参数可以查看历史变化趋势，连续双击不同参数，则形成综合趋势组，可以分析多个参数的同步变化过程；监视画面还支持历史回放功能，可以再现企业任意时间段的环保排放指标状态变化；系统根据存储在实时数据库中的环保数据，利用平台数据金字塔服务能够准确计算统计二氧化硫、氮氧化物、粉尘、二氧化碳等固态、气态、液态排放物，并自动生成不同周期的统计报表。

此外，能源管理中心系统按照能源管理中心组织结构，对能源管理中心业务进行全面设计，将工艺数据、质量数据、能源数据、环保数据等集中到统一数据平台，消除由于数据孤岛导致的业务处理断层现象，使能源管理实现满足生产计划、保证产品质量的最大化节能，满足能源供应计划、能源生产工艺、能源设备集中管理、能源动态调整、节能工作高效开展、环境保护等能源管理中心业务执行的集中管理需求。

此外，能源管理中心系统支持在企业建立能源指标标准体系、水泥企业能源管理模型以及能源数据中心基础上，建立运营区/生产基地集中监控和安全生产；根据能源趋势的科学预测和能源计划的结合，以及能源优化指导，做到能源高效利用；根据能源指标和实时采集数据，进行能源统计分析，做到工艺能源考核；同时为运营区领导提供下属生产基地的真实、实时的能源消耗、单耗等决策信息。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能源管理系统，其特征在于，包括：数据采集模块、能源实时监控模块、能源计划管理模块、能源综合统计模块、能效诊断优化模块、对标考核模块、能源成本分析模块、环保排放监控模块以及基础数据管理模块；

数据采集模块，对能源数据及相关生产数据进行自动采集、传输、集中存储；

能源实时监控模块，对企业不同能源网络的图形化实时展示；

能源计划管理模块，根据生产计划及能源定额管理自动生成能源需求计划，并实现能源计划与能源实绩的对比分析；

能源综合统计模块，根据采集的不同类型能源消耗计量数据，结合各工序的产量数据，自动计算、生成不同周期的能源统计报表；

能效诊断优化模块，分析重点耗能设备的能源利用效率，并结合能耗工艺优化模型，为能效综合优化提供指导；

对标考核模块，为企业建立完善的能效对标考核管理体系，实现能效闭环管理；

能源成本分析模块，统计计算企业能源消耗成本结构、单位产品能源成本变化趋势；

环保排放监控模块，企业生产过程中的有害排放物监测；

基础数据管理模块，企业能源相关基础数据和各类参数的设置、维护和查询管理。

2.根据权利要求1所述的能源管理系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：

能源自动采集子模块，与能源计量网络的通讯与自动采集；

手工录入子模块，用于不具备自动采集条件的能源数据定期维护。

3.根据权利要求1所述的能源管理系统，其特征在于，所述能源实时监控模块包括：

指标趋势子模块，用于查询展示任意指标的长期变化趋势；

异常告警子模块，用于在线监测指标的异常状态；

历史回放子模块，用于调阅任意历史时间段的能源监视画面，还原任意历史时间点的能耗水平。

4.根据权利要求1所述的能源管理系统，其特征在于，所述能源计划管理模块包括：

指标分析子模块，用于能耗指标与基准值的对标分析；

能量平衡表子模块，用于展示企业能源在四大环节的收支情况。

5.根据权利要求1所述的能源管理系统，其特征在于，所述能效诊断优化模块包括：

企业能流网络图子模块，用于以标准能流网络图展示能源损耗及能源利用效率；

实时能效鱼骨图子模块，用于以鱼骨图展示企业各工段的产品单位能耗及实时能效水平。

6.根据权利要求1所述的能源管理系统，其特征在于，所述对标考核模块包括：

能源预测分析子模块，用于计算企业在未来一定周期各种能源介质的消耗量；

企业综合能效评价子模块，用于将企业能效水平的整体综合评价；

分步能耗分析子模块，用于企业生产线各工段的能效水平分析。

7.根据权利要求1所述的能源管理系统，其特征在于，所述能源成本分析模块包括：能效考核管理子模块，用于企业实现“工厂-部门-工序-班组-岗位”的五级能耗管理绩效考核制度；

8.根据权利要求1所述的能源管理系统，其特征在于，所述环保排放监控模块包括：环保排放管理子模块，用于监视、统计企业环保排放物指标信息。

9.根据权利要求1所述的能源管理系统，其特征在于，所述基础数据管理模块包括：

计量器具管理子模块，用于维护能源相关计量的设备台帐和检定管理。

10.根据权利要求1所述的能源管理系统，其特征在于，还包括：

数据库，包括实时数据库和关系数据库，实时数据库用于存储、管理需要长期存储的高分辨率的原始计量数据及在线计算的能耗指标数据，关系数据库用于存储能源管理中心的程序结构、能源指标体系、能源统计报表数据等信息；

服务器，包括数据库服务器和应用服务器，用于部署数据库及能源管理应用软件；

数据采集设备，包括接口机及交换机，用于部署能源管理中心与能源计量仪表或子系统的数据采集软件。