CN109426205B - 一种工业智能优化节能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业智能优化节能系统，包括综合监控子系统和专家服务子系统，所述的综合监控子系统包括数据采集模块和能源实时监测模块，数据采集模块用于对能源数据与生产数据进行采集、计算、传输，能源实时监测模块用于对各能源介质管网及能源消耗信息进行实时监测分析；专家服务子系统包括特色分析诊断模块和节能优化控制模块，所述特色分析诊断模块分析生产中每个环节的能源使用状况，所述节能优化控制模块用于将所述能耗数据与管理数据进行整合，进行节能优化，从设备运行、生产工艺、管理策略三个层面提供系统节能解决方案并提供远程在线节能服务，最终实现用户整个生产线节能5％‑20％的目标。

Description

一种工业智能优化节能系统

技术领域

本发明属于能源管理和节能技术领域，具体涉及一种工业智能优化节能系统。

背景技术

当前，能源短缺和环境污染问题已成为全球性的问题，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，节能和环保已成为全社会日益关注的问题。传统的能源资源高消耗与粗放型工业控制管理发展道路已难以为继，改变传统的高消耗、高污染和低效益的经济增长模式，发展一条以智能化生产体系为支撑，以低消耗、低排放、高效率的资源节约型循环经济为目的的新型清洁生产道路已迫在眉睫。

目前，大部分企业信息化运用程度低，能源管理水平比较粗放，采用人工方式来监测统计能耗情况，数据统计分析的准确度差。典型表现如下：

(1)没有统一的能源统计方法：①能源基础统计信息不准确、不全面；②能耗数据统计体系不完善，统计算法不合理；

(2)缺乏能源数据汇总统计分析工具：①数据汇总工作复杂、庞大，而且极易出错；②没有积累可用于分析和查询对比的能源数据库；

(3)能耗数据缺陷：能耗数据不完整、不连续、可靠性和可获取性差，缺乏一套技术先进、体系完备的能源管理体系来科学监测能源消耗、实施定额管理、挖掘节能潜力、保证能源安全，导致人员工作强度大、节能减排目标实现困难；

(4)能耗企业面临高能耗、高成本的压力，但是缺乏节能技术、节能方法和基础能耗分析数据，节能工作进展缓慢。

因此，市场上很多厂家已推出各具特色的智能优化节能系统，能够解决上述部分问题；然而，随着企业对节能减排与节能服务更广泛、更急切的需求，目前国内外的智能优化节能系统仍存在着一些不足，需要更完善的技术体系推动和支撑工业领域的节能减排工作的进程。

首先，现有的工业智能优化节能系统的功能基本停留在“能耗监测与自动抄表”的层面上，系统只采集企业的能耗数据，而对影响能耗的生产工艺、生产运行管理等关联因素的数据并未采集，这样就严重影响系统的整体分析效果，无法定位影响能耗的关键环节及问题所在。

第二，现有的工业智能优化节能系统很难与现有的工业控制系统对接融合，很大程度上多个系统的数据无法共享，导致智能优化节能系统只对能耗“管理”而不“控制”，无法将用能单位运营活动中产生的能源流(能源产供销存用数据)、制造流(运营活动中关联的生产与工艺数据)、价值流(运营成本、单位能耗产生的价值)、设备状态流(运行健康状况、开机率、设备生命周期)、信息流(生产管理业务流程)等数据聚合管理，形成“数据采集-数据综合监测与聚合分析-策略执行与控制”的闭环聚合管控模式，影响智能优化节能系统的运行效果。

第三，现有的工业智能优化节能系统很难结合企业的生产工艺、管理模式对重点能耗设备、能源结构、重点工艺环节建立行业专家诊断模型，缺少一些专业化、智能化的分析诊断模块综合性分析企业生产管理所产生的海量数据，准确反映生产管理各个环节的能源使用现状及存在的问题，为企业合理开展节能技改、能效优化提供指导依据。

第四，现有的工业智能优化节能系统几乎不能提供远程在线节能服务，不能提供在线运行值守、在线维护、在线故障诊断服务，代替用户进行系统的运维与值守，帮助用户及时发现企业生产运行中潜在的能耗异常及生产安全隐患等方面的问题，分析定位问题产生的原因并远程在线指导用户解决问题，远程指导用户实施节能优化技改，以提高解决现场问题的响应速度与能力。

第五，现有的工业智能优化节能系统很难结合企业的能耗设备、生产工艺、生产管理等三个方面进行系统性的同步优化和精确管控，缺乏全方位节能思维与能力，无法满足企业对节能降耗的需求。

发明内容

针对上述现有工业智能优化节能系统的缺陷与不足，本发明为企业构建生产能源五力聚合体系，提供一种能为用户进行自动化、智能化分析生产数据、工艺数据、能耗数据、管理数据的综合性分析的工业智能优化节能系统，打造智能化生产管理平台。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种工业智能优化节能系统，包括综合监控子系统和专家服务子系统，所述的综合监控子系统包括数据采集模块和能源实时监测模块，数据采集模块用于对能源数据与生产数据进行采集、计算、传输，能源实时监测模块用于对各能源介质管网及能源消耗信息进行实时监测分析；专家服务子系统包括特色分析诊断模块和节能优化控制模块，所述特色分析诊断模块用于对重点能耗设备、能源结构、重点工艺环节建立行业诊断模型，根据实时采集和历史存储的能耗数据，分析生产中每个环节的能源使用状况，反映存在的问题；所述节能优化控制模块用于将所述能耗数据与系统的管理数据进行整合，建立生产流程优化虚拟动态模型，并仿真预测参数优化后的生产数据，进行节能优化。

进一步，所述工业智能优化节能系统还包括基础能源管理子系统，其利用存储综合监控子系统采集的生产数据和能源数据，结合管理数据，给出相关能耗数据与生产信息，基础能源管理子系统包括能源计划实绩管理模块、能源平衡管理模块、能耗设备管理模块、能源调度管理模块、能源监察管理模块和能源综合分析模块，其中，能源计划实绩管理模块用于根据生产计划及能源供应计划制定能源供需计划，并实现能源计划与能源实绩的考核分析；能源平衡管理模块用于根据能源管网流向与损耗分析，建立能源平衡预测模型；能耗设备管理模块用于对生产运行系统中重点能耗设备进行维护与运行管理；能源调度管理模块用于对能源生产运行与能源调度进行集中管理；能源监察管理模块用于对各种能源介质在输送分配和终端使用过程中进行监督与干预；能源综合分析管理模块用于对生产过程中的能源使用进行对比分析。

进一步，能源综合分析管理模块对生产过程中的能源使用进行的对比分析包括：成本分析、指标分析、工序分析、对标分析、预测分析、单耗分析、质量分析、班组能耗分析、区域用能分析、节能潜力分析和环保分析中的一项或多项。

进一步，所述专家服务子系统的特色分析诊断模块中包括重点能耗设备诊断模型、能源结构诊断模型和重点工艺环节诊断模型，重点能耗设备诊断模型是反映重点能耗设备经济运行与安全运行之间关系的在线和离线模型，能源结构诊断模型是反映优化能源组成占比与能源消耗趋势变化之间关系的模型，重点工艺环节诊断模型是反映能耗数据与工艺参数上下游匹配关系的模型。

进一步，所述专家服务子系统的特色分析诊断模块包括连锁运行分析诊断模块、空压机分析诊断模块、风机分析诊断模块、用电结构分析诊断模块、错峰用电分析诊断模块、水泵分析诊断模块、变压器分析诊断模块和生产线数据分析诊断模块中一个或多个。

进一步，所述综合监控子系统还包括报警预警模块，用于对能源消耗与生产运行异常信息进行预警与报警提示。

进一步，所述远程在线节能服务模块用于提供在线运行值守、在线维护、在线故障诊断服务。

进一步，所述节能优化包括设备运行优化、工艺参数优化和管理策略优化。

进一步，所述工业智能优化节能系统还包括基础能源数据库和关系数据库，基础能源数据库用于存储综合监控子系统采集的生产数据和能源数据，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、能源统计报表等管理数据。

进一步，所示系统采用C/S系统构架和B/S系统构架的混合模式，以B/S系统构架为主，并支持基于C/S系统构架的桌面应用程序采集，外围接入和外部访问均采用B/S系统构架，其中，综合监控子系统采用C/S系统构架，基础能源管理子系统和专家服务子系统采用B/S系统构架。

本发明的有益效果：

本发明能够为企业构建标准的能源管理模式，为用户提供进行自动化、智能化的生产数据、工艺数据、能耗数据、管理数据综合性分析的工业智能优化节能系统，结合企业生产线差异化特点从设备运行、生产工艺、管理策略三个层面提供系统节能解决方案并提供远程在线节能服务，最终实现用户整个生产线节能5％-20％。

附图说明

图1是本发明提供的智能优化节能系统的结构框图；

图2是本发明提供的智能优化节能系统的功能构架图；

图3是本发明提供的智能优化节能系统的总体架构示意图；

图4是本发明提供的智能优化节能系统的节能核心策略示意图；

图5是本发明具体实施例的智能优化节能系统的特色分析诊断模块的功能构架图；

图6是本发明提供的智能优化节能系统的优化控制原理示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术手段、策略和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明的工业智能优化节能系统，为企业构建生产能源五力聚合体系，包括综合监控子系统、基础能源管理子系统和专家服务子系统，如图1所示。参见图2，所述的综合监控子系统包括数据采集模块、能源实时监测模块和报警预警模块。基础能源管理子系统包括能源计划实绩管理模块、能源平衡管理模块、能耗设备管理模块、能源调度管理模块、能源监察管理模块和能源综合分析模块。专家服务子系统包括特色分析诊断模块、远程在线节能服务模块和节能优化控制模块。

所述生产能源五力聚合体系是指，将用能单位运营活动中产生的能源流(能源产供销存用数据)、制造流(运营活动中关联的生产与工艺数据)、价值流(运营成本、单位能耗产生的价值)、设备状态流(运行健康状况、开机率、设备生命周期)、信息流(生产管理业务流程)等数据聚合管理，建立聚合分析模型并充分利用数据，形成“数据采集-数据综合监测与聚合分析-策略执行与控制”的闭环聚合管控模式，建立行业标准能源管理系统，保障生产运行安全，提升能源利用价值，实现增产增效，节能降耗。

所述的综合监控子系统包括数据采集模块、能源实时监测模块和报警预警模块。

数据采集模块用于对能源数据与生产数据进行采集、计算、传输，数据采集包括自动采集、人工录入数据、系统集成三种方式。能源实时监测模块用于对各能源介质管网及能源消耗信息进行图形化实时监测分析。报警预警模块用于对能源消耗与生产运行异常信息进行预警与报警提示。

基础能源管理子系统利用存储综合监控子系统采集的生产数据和能源数据，结合管理数据，给出相关能耗数据与生产信息，支撑企业生产调度与决策。基础能源管理子系统包括能源计划实绩管理模块、能源平衡管理模块、能耗设备管理模块、能源调度管理模块、能源监察管理模块和能源综合分析模块。能源计划实绩管理模块用于根据生产计划及能源供应计划制定能源供需计划，并实现能源计划与能源实绩的考核分析。能源平衡管理模块用于根据能源管网流向与损耗分析，建立能源平衡预测模型，实现能源供需动态平衡。能耗设备管理模块用于对生产运行系统中重点能耗设备进行维护与运行管理。能源调度管理模块用于对能源生产运行与能源调度进行集中管理，实现能源调度中心与生产调度中心的有机结合统一。能源监察管理模块用于对各种能源介质在输送分配和终端使用过程中进行监督与干预，确保能源介质在各个环节的安全性及可用性。综合分析管理模块用于对生产过程中的能源使用进行对比，包括成本分析、指标分析、工序分析、对标分析、预测分析、单耗分析、质量分析、班组能耗分析、区域用能分析、节能潜力分析、环保分析。

专家服务子系统包括特色分析诊断模块、远程在线节能服务模块和节能优化控制模块。

所述特色分析诊断模块用于对重点能耗设备、能源结构、重点工艺环节建立行业诊断模型，智能化分析企业生产管理中存储的海量能耗数据，准确反映生产管理每个环节的能源使用效率及存在的问题与现状，根据企业的工艺特点，采用多变量自适应、预测控制、反馈校正技术实现设备、工艺、管理三大层面的同步优化和精确管控，为用户提供系统节能解决方案，为能效优化提供指导。所述的设备同步优化和精确管控是指设备选型配置优化、设备运行指标优化、设备控制参数优化、设备预警与报警、设备组合投运优化和变频器控制参数优化。所述的工艺同步优化和精确管控是指节能设备与耗能设备运行参数匹配优化、减少或避免空转待机优化、工序产能效率匹配优化和预判设备故障。所述的管理同步优化和精确管控是指强化差异对比管理、定位和发现潜在的问题、挖掘隐性的节能空间和工艺管理制度有效执行。

所述特色分析诊断模块中包括重点能耗设备诊断模型、能源结构诊断模型和重点工艺环节诊断模型。重点能耗设备诊断模型是反映重点能耗设备经济运行与安全运行之间关系的在线和离线模型，分析解决影响重点能耗设备经济运行与稳定运行相关的问题。能源结构诊断模型是反映优化能源组成占比与能源消耗趋势变化之间关系的模型，分析解决影响能源消耗浪费的问题。重点工艺环节诊断模型是反映海量能耗数据与工艺参数上下游匹配关系的模型，分析解决影响生产与能耗的瓶颈问题，为企业分析生产管理与能耗变化提供数据基础，为能效优化提供指导。

所述远程在线节能服务模块用于对建立智能优化节能系统的企业提供在线运行值守、在线维护、在线故障诊断服务，能及时发现企业生产运行中潜在的能耗异常及生产安全问题，分析定位问题产生的原因并远程在线指导用户解决问题，远程指导用户实施节能优化改造，提高解决现场问题的响应速度与能力。远程在线节能服务模块代替用户进行能源系统的在线托管值守服务，代替用户在线解决能源系统中存在的潜在能源浪费问题，在线实现系统升级与个性定制。

所述节能优化控制模块用于对采集现场运行的海量过程数据(通过异构数据优化算法)与管理数据进行系统性的整合，建立企业生产流程优化虚拟动态模型，并仿真预测参数优化后的生产数据，评估节能空间和安全系数，为企业优化生产流程、提高生产效率提供安全运行、经济运行双重保障。

具体的，在本发明实施例的实际应用中，如图5所示，特色分析诊断模块包括连锁运行分析诊断模块、空压机分析诊断模块、风机分析诊断模块、用电结构分析诊断模块、错峰用电分析诊断模块、水泵分析诊断模块、变压器分析诊断模块和生产线数据分析诊断模块。在充分考虑行业属性与工况的基础上利用现场运行的过程数据，通过在线、离线两种分析方式，提出直接的分析诊断结论，评估节能。其中：

连锁运行分析诊断模块：连锁运行分析诊断模块的分析对象为开停机顺序存在关联关系的关联设备(组)。实际现场通常存在如下情况：辅助设备没有与主机设备联锁，存在起停顺序不合理，岗位停机不及时等现象，使设备空转运行，造成电能浪费；主辅设备(系统)、工艺关联设备有可能会出现起停不同步的现象，这有可能是必要的，由于散热、物料延迟等原因，也是不可避免的。但是对提前起动时间，延迟停止时间没有精确管控，也造成一部分的电能浪费。每天、每个班次的设备空转浪费电量没有统计，没法对班组的关联设备管控做出计量。因此，本模块通过采集关联设备开停机状态、时间等运行参数(现场数据既可以是现场电表的电流信号，也可以是断路器信号，接触器的开关量信号，也可以是通过OPC从DCS读取的设备状信号)，能及时发现关联设备的安全联锁隐患和空转现象，并对空转时间、浪费的电量等数据进行统计，为加强现场关联设备管控提供考核依据。模块目标：(1)对关联设备的运行状态进行实时监测，并根据预设的逻辑条件判断是否出现设备安全联锁隐患和空转现象，当出现时即刻告警提醒；(2)自动统计一定周期和工段内的设备空转时间、浪费电量的数据；(3)对设备空转时间、浪费电量等数据进行同比、环比、班组目标值对比分析，并给出结论。

空压机分析诊断模块：压缩空气一般作为企业的辅助动力源，其生产设备的稳定高效运行对全厂的安全生产具有非常重要的意义，同时因设计时往往考虑较大的安全裕度，以及因其能耗数据的缺失而不了解其能效，在企业实际使用中往往存在较大的节能提升空间。通过对众多用户现场的总结，我们发现在空压机的使用中存在如下特点：空压机的安装布置距离较远，大多数处于无人值守状态，不能即时了解空压机的运行参数，特别是发生故障后，空压机虽有自身的设备保护，但用户不能即时发现，给正常的生产带来隐患；多数空压机采用的是压力上下限控制的方式，在卸载状态下，空压机空转同样消耗约30％额定功率，在管路内压力较高状态下，输送同样的气量的压缩空气，所耗功率增加，泄露量也增加，均造成能耗的增加；因生产的变化导致压缩空气的需求也相应变化，往往需更改空压机的开停组合或调整加卸载压力，因缺乏相关数据，用户往往凭经验处理，往往效果不佳；针对上述情况，本模块通过采集空压机运行的电压、电流、压力、温度等信号，根据其运行温度、功率等，结合空压机的运行特点，判断其运行状态，实时判定其安全性和经济性，及时提醒用户，并提供数据分析结果，为用户进行节能优化改造提供数据支撑，不断优化全厂空压机系统的安全性能和提升其经济效益。模块目标：对全厂空压机的运行参数实时读取，运行状态实时监控，异常情况及时报警，综合分析空压机所有的运行数据，分析其能耗及能效的经济性，提出控制和管理建议，模拟计算在不同管理和工艺措施下的能源消耗，挖掘节能优化空间，为进行节能和工艺改造提供数据依据。

风机分析诊断模块：本模块分析对象为风机类负载。现场工况调查经验总结发现，现场使用的风机能耗大、效率低的原因有：风机的实际的工作点偏离最高效率工况点；风机的配套电动机容量选取偏大；风机使用中采用了不适宜的效率低的调节方法，降低了风机的调节效率；管理不善。无严格、科学的开停机规定及措施，过早开机或过晚停机将造成电能的浪费；概括来说，对于风机类负载主要关注运行安全和运行经济问题：运行不安全：参数过限不能及时发现，故障率升高，存在安全隐患；运行不经济：富裕量过大或因生产工艺变化，使实际工作点远离额定工作点，运行效率低，能耗值上升；离心式风机叶轮磨损，效率下降，能耗值上升；尚采用挡板或阀门用作大幅度调节流量，节流功率损耗非常大。随着国家节能减排的深入以及合同能源管理在我国的推广，本模块通过对风机运行、使用参数的监测并进行大数据分析，及时发现风机运行不经济、不安全的地方，模拟计算不同工况下采取节能措施的节能空间，从而使风机类负载的运行经济、故障率低，并为实施相关节能改造提供数据支撑具有十分重大的现实意义。模块目标：安全运行分析：对风机运行参数实时监测，过限及时报警提醒，避免故障的扩大；经济运行分析：统计周期内风机的运行功率、能耗，采用同类设备相互比、单一设备历史比、与阀值对比等手段，发现能耗异常；模拟优化分析：结合监测数据和运行工况，模拟计算不同工况下采取节能措施的节能空间。

用电结构分析诊断模块：根据我国现行电价制度，有如下规定及制度：单一制电价和两部制电价。单一制电价只有一个电度电价，即按用电量多少计收电费，设备容量无关，除大工业客户外其他客户均执行单一制电价。两部制电价是将电价分成两部分，一部分称为基本电价，是以客户受电容量(kVA)或客户最大需量(kW)计算的，与其实际用电量无关；另一部分称为电度电价，在计算电度电费时以客户实际用电量计算电费的。目前，我国只对大工业客户实行两部制电价。峰谷分时电价：为引导和鼓励客户移峰填谷，降低电网峰谷负荷差，缓解高峰负荷期间电力供需矛盾，我国实行峰谷分时电价制度，峰谷分时电价是将一天24h分成四个时段(尖峰、高峰、平段、低谷)或三个时段(高峰、平段、低谷)，每个时段实行不同价格水平；丰枯季节电价：丰枯季节电价是将一年按发电来水和用电需求划分为丰水期、平水期和枯水期三个季节，实行不同电价水平。功率因数调整电费：根据计算的功率因素，高于或低于规定标准时，在按照规定的电价计算出其当月电费后，再按照“功率因素调整电费表”所规定的百分数增减电费。电价分为以下几类：照明电价、非工业电价、普通工业电价、大工业电价、农业生产电价、趸售电价。不同地区根据不同的用电性质，执行不同的电价计算方法。对于大多数工业企业，其主要的类别为大工业用电，所以电费包括基本电费和电度电费，其中基本电费因计费方式的选择不同而不同，电度电费又因功率因数、峰谷时段不同而不同。例如，湖北省基本电费电价为按容量收费时，电价为每月26元/kVA，按最大需量法收费时，电价为39元/kW。当最大需量值低于容量的67％时，按最大需量方式计算基本电费将少支出基本电费。通过合理的选择基本电费计费方式、调节各时段的用电负荷及合理的无功补偿，既可以实实在在的节约企业的电费成本支出，同时也利于整个社会节能减排，保障电网运行安全。本模块通过采集企业的用电数据，分析企业的负荷特点，综合比较分析企业的电费成本支出，提示用户不合理的计费方式及电费支出。提供数据分析的方法引导用户对历史用电数据进行分析比较，帮助用户改进管理措施，减少后期电费支出。模块目标：获取用户用电数据，展示用户电费组成明细，设置监测相关数据指标，提醒用户采取相应的管控方式降低用电成本；分析用户电费数据，结合国家电费政策，发掘用户实际电费中不合理的情况，定位相应的用电区域和时间，为用户制定针对性改进措施提供评估依据；分析用户电费的构成以及各项目与生产运行数据之间的关系，引导用户对用电数据进行详细分析，从历史数据中揭示电费差异的原因，为用户优化管理降低电费提供科学的数据支撑，为用户实现持续优化用电管理水平提供系统平台。

错峰用电分析诊断模块：根据供电电价政策，不同的时段实行差别电度电价，如：平时段为基准电价，峰时段按基准电价180％计算，谷时段按基准电价48％计算，峰时段电度单价为谷时段电价的3.75倍。合理利用平谷时段的低电价是各工业企业降低能源支出成本的重要手段，许多企业都制定了详细的利用平谷时段低电价的管理方法；在企业的实际管理过程中，都根据实际生产工艺的需要，制定了详细的设备开停机时间计划，但在实际执行过程中，往往存在如下问题：现场员工对设备的开停机时间不够重视，更加关注产量等因数，导致实际开停时间与管理规定执行不够侧底，造成不必要的电费支出，而实际考核因开停机时间等统计相对繁琐，不利于长期实行。在当前各企业的管理越来越精细的趋势下，利用各种办公、管理系统辅助进行管理十分必要，同时大幅提高管理效率和效果，对错峰用电的执行情况的管理也是如此。模块目标：对用户各时段的用电数据进行监测，对不合理的设备运行时间进行报警统计及考核，分析各时段用电数据的变化规律，指出其不合理的地方，供用户改进管理方法和措施。

水泵分析诊断模块：在水泵的实际使用中，存在如下几个方面的问题：1、在设计选型时，一般采用半经验半理论的方式选择水泵，由于流体边界的复杂性及通常设计考虑裕量等因数，水泵投入运行和水泵的实际工作点与设计参数存在偏差，导致水泵运行效率低下，大量的能源消耗在循环水系统的管路阻力及阀门阻力上；2、在水泵长期使用后，因泵主要运行部件特别是叶轮受腐蚀、气蚀、磨损、侵蚀等破坏作用，导致水泵效率低下；3、在水泵的使用寿命中，水泵自身的设备采购成本约占5％，运维成本约占10％，能源消耗成本占85％以上；从经济效率的角度考虑，对水泵的运行不仅仅关注其设备的正常运行，同时需要关注其能效是否经济，通过节能系统的数据集成能力和专业的分析功能对水泵的运行状态进行监测和分析有非常实际的管理意义。模块目标：通过对水泵及电机运行、使用参数的监测分析，及时发现水泵系统运行不经济、不安全的地方，根据水泵运行参数的变化趋势，监测水泵的实际运行效率，降低水泵综合运行能耗。模拟计算不同工艺条件下采取节能措施的节能空间。保障水泵系统的运行安全，降低故障率，提高维护检修水平，降低总体运行费用，并为实施相关节能改造提供数据支撑。

变压器分析诊断模块：电力变压器作为变配电必备的设备，在工业企业中广泛应用，其在实现电压转换与电能配给的过程中也损失了大量的电能，现场环境恶劣、负荷不稳定、电能质量差、使用年限久等因素都可能对变压器的效率产生影响，造成损耗增加，甚至影响其正常运行，严重情况会发生供电中断、甚至产生安全事故；当前的工业用能现场已逐步认识到变压器保护的重要性，各种变压器综合保护装置得到了大力的推广与应用，然而在变压器日常运行中仍然存在以下问题：(1)缺少变压器损耗数据的监测与分析，不能及时发现损耗异常，(2)变压器综合保护装置多为实时在线保护，当发生故障时可以及时动作，但是缺少连续性的运行分析，不能实现能耗异常和安全方面的预警，不能做到防患于未然，(3)缺少变压器群体的运行效率分析，多变压器运行时需要能够得出最经济的运行方案；基于以上现状，对电力变压器运行效率、运行安全的监测、分析、预警报警，已成为用能企业的迫切需求。模块目标：本模块分析对象为用于变配电的电力变压器，目的是通过对变压器运行参数的监视、分析，发现变压器运行的不经济和不安全，提出优化策略和改善建议，确保其安全、经济运行。

生产线数据分析诊断模块：在正常情况同一条生产线，不同工段、不同设备能耗水平应当在一定范围之内，而在现实生产中总存在能耗异常的情况；另外，对于同一条产线在不同时间、不同班组的能耗也会存在差异；对于不同的产线，可能存在产量接近，单耗相差较大的情况。通过分析可以找到造成差异的工段、设备；以上各种情况都需要有详细的数据分析才能发现问题，找到根源，进而解决问题。模块目标：生产线数据分析诊断模块的分析对象为生产线及其各工段、主要用能设备的能耗、单耗、产量数据。主要通过多条生产线之间相互比、单一生产线与自身历史比(同比、环比、限额)等对比方式，定位到用能异常点，提供详细的分析结果，从时间和空间两个维度帮助用户定位到能耗异常的时间和异常设备，为用户制定主动节能措施提供依据。

数据库包括基础能源数据库和关系数据库，基础能源数据库用于存储综合监控子系统采集的生产数据和能源数据，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、能源统计报表等管理数据。

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。

以上模块数据流程及业务逻辑如下：综合监控子系统自动采集、人工录入数据、系统集成等方式获取企业分散的各类数据(工艺流程、能源计量、管理决策、生产运行等)，通过串口服务器将处理过的大量数据集中上传存储至基础能源数据库，利用图形化组态手段，定制企业生产工艺流程监视界面，实现工艺流程参数与能耗数据的可视化在线关联监控，并自动生成能源综合报表；实现对各类产品在不同的时间、不同的工序制定合理的能耗参考标准，形成企业能效对标及考核的参考值，当能耗异常时，能够精确定位能耗异常的地方及时报警，通过报警提示信息可快速指导现场各工序操作人员有效的解决问题，提高解决现场突发问题的处理能力。专家服务子系统的通过特色分析诊断模块可实现对企业生产管理中采集的海量能耗数据进行智能分析，准确反映生产管理每个环节的存在的问题及现状。远程在线节能服务模块可以及时发现企业生产运行中潜在的能耗异常及生产安全问题，系统分析定位问题产生的原因之后，节能服务公司的技术人员可远程在线指导用户解决问题，远程指导用户实施节能优化改造，提高解决现场问题的响应速度与能力。节能控制优化模块可以结合管理数据，从设备运行优化、工艺参数优化、管理策略优化等三个方面为用户提供系统节能解决方案，满足用户节能减排的需要。

如图1所示，所示智能优化节能系统软件平台设计模式采用C/S和B/S混合模式，以B/S结构为主，并支持基于C/S的桌面应用程序采集，外围接入和外部访问均采用B/S模式。其中，C/S架构的软件主要运行综合监控子系统的功能模块；B/S架构的软件主要运行基础能源管理子系统和专家服务子系统的功能模块。由于C/S系统架构的数据实时性高、存取模式安全、网络通信量低、响应速度快等特点有利于处理大量实时性要高的数据，因此将综合监控子系统部署在C/S架构上运行。B/S架构的软件安装、修改和维护全部在服务器端解决，仅仅需要一个浏览器就可以运行全部的功能模块，系统在部署、升级、更新等方面的优势尤为明显，另外，B/S系统架构可通过Web Service技术方便的集成其它系统，实现SOA，因此，为了发挥B/S架构强大的统计分析优势，将基础能源管理子系统部署在B/S架构上运行。

如图3所示，所示智能优化节能系统从下到上依次为设备层、信息层和管理层，其中，所述设备层，通过智能测控终端实现能源数据的采集、计算处理、数据传输；所述信息层，通过通讯服务器实现现场各层之间的数据传输，包括有线通讯网络和无线通讯网络；所述管理层，用于提供能源综合监控、能源综合分析和后台管理等多项功能。所述设备层包括配电系统数据智能测控终端、供水系统数据智能测控终端、蒸汽系统智能测控终端、压缩空气系统数据智能测控终端。所述信息层包括串口服务器、工业交换机、无线模块、数传电台。所述管理层包括显示设备、操作控制设备、能源数据服务器、应用服务器和WEB服务器；远程服务中心通过企业端的远程在线服务模块将企业能耗数据上传至数据采集器并进行安全备份，节能服务研究工程师便可在线为企业客户提供远程服务。

如图6所示，所示智能优化节能系统优化控制采用多变量预测控制技术、智能优化控制技术与专家经验相结合，真正实现了能源管控在正常生产工况与异常工况下的全自动优化控制运行，实现企业能源管理与生产管理的融合与优化，强化企业能源精细化管控能力，最终实现用户整个生产线节能5％-20％的目标。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工业智能优化节能系统，其特征在于：包括综合监控子系统、专家服务子系统、基础能源管理子系统、基础能源数据库和关系数据库，

所述综合监控子系统包括数据采集模块和能源实时监测模块，数据采集模块用于对能源数据与生产数据进行采集、计算、传输，能源实时监测模块用于对各能源介质管网及能源消耗信息进行实时监测分析；

所述基础能源管理子系统利用存储综合监控子系统采集的生产数据和能源数据，结合管理数据，给出相关能耗数据与生产信息；

所述专家服务子系统包括特色分析诊断模块和节能优化控制模块，所述特色分析诊断模块用于对重点能耗设备、能源结构、重点工艺环节建立行业诊断模型，根据实时采集和历史存储的基础能源数据，分析生产中每个环节的能源使用状况，反映存在的问题；所述节能优化控制模块用于将所述基础能源数据与系统的管理数据进行整合，建立生产流程优化虚拟动态模型，并仿真预测参数优化后的生产数据，进行节能优化，

其中，所述专家服务子系统的特色分析诊断模块中包括重点能耗设备诊断模型、能源结构诊断模型和重点工艺环节诊断模型，重点能耗设备诊断模型是反映重点能耗设备经济运行与安全运行之间关系的在线和离线模型，能源结构诊断模型是反映优化能源组成占比与能源消耗趋势变化之间关系的模型，重点工艺环节诊断模型是反映能耗数据与工艺参数上下游匹配关系的模型；所述特色分析诊断模块包括连锁运行分析诊断模块、用电结构分析诊断模块、错峰用电分析诊断模块、生产线数据分析诊断模块、以及空压机分析诊断模块、风机分析诊断模块、水泵分析诊断模块和变压器分析诊断模块中的一个或多个；所述连锁运行分析诊断模块的分析对象为开停机顺序存在关联关系的关联设备，采集关联设备开停机状态和时间，及时发现关联设备的安全联锁隐患和空转现象，对设备空转时间和浪费电量进行同比、环比、班组目标值对比分析；所述生产线数据分析诊断模块的分析对象为生产线及其各工段、主要用能设备的能耗、单耗、产量数据，通过多条生产线之间相互比、单一生产线与自身历史对比，从时间和空间两个维度定位能耗异常的时间和异常设备；

所述基础能源数据库用于存储综合监控子系统采集的生产数据和能源数据；

所述关系数据库用于存储能源管理中心的程序结构、能源指标体系和能源统计报表数据。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述基础能源管理子系统包括能源计划实绩管理模块、能源平衡管理模块、能耗设备管理模块、能源调度管理模块、能源监察管理模块和能源综合分析管理模块，能源计划实绩管理模块用于根据生产计划及能源供应计划制定能源供需计划，并实现能源计划与能源实绩的考核分析；能源平衡管理模块用于根据能源管网流向与损耗分析，建立能源平衡预测模型；能耗设备管理模块用于对生产运行系统中重点能耗设备进行维护与运行管理；能源调度管理模块用于对能源生产运行与能源调度进行集中管理；能源监察管理模块用于对各种能源介质在输送分配和终端使用过程中进行监督与干预；能源综合分析管理模块用于对生产过程中的能源使用进行对比分析。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述能源综合分析管理模块对生产过程中的能源使用进行的对比分析包括：成本分析、指标分析、工序分析、对标分析、预测分析、单耗分析、质量分析、班组能耗分析、区域用能分析、节能潜力分析和环保分析中的一项或多项。

4.如权利要求1-3之一所述的系统，其特征在于：所述综合监控子系统还包括报警预警模块，用于对能源消耗与生产运行异常信息进行预警与报警提示。

5.如权利要求1-3之一所述的系统，其特征在于：所述工业智能优化节能系统还包括远程在线节能服务模块，所述远程在线节能服务模块用于提供在线运行值守、在线维护、在线故障诊断服务。

6.如权利要求1-3之一所述的系统，其特征在于：所述节能优化包括设备运行优化、工艺参数优化和管理策略优化。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所示系统采用C/S系统构架和B/S系统构架的混合模式，以B/S系统构架为主，并支持基于C/S系统构架的桌面应用程序采集，外围接入和外部访问均采用B/S系统构架，其中，所述综合监控子系统采用C/S系统构架，所述基础能源管理子系统和专家服务子系统采用B/S系统构架。

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