汽车园区能源一体化智能管控系统的设计与应用

来源：SCI期刊网 分类：电子论文 时间：2021-10-23 09:04 热度：

摘 要：摘要:通过对某汽车制造厂分布式能源项目的建设及用能情况分析，该文系统的介绍了汽车园区能源一体化智能管控系统的设计与应用，主要包括供能端设备及公辅系统的集中监控、用能

　　摘要:通过对某汽车制造厂分布式能源项目的建设及用能情况分析，该文系统的介绍了汽车园区能源一体化智能管控系统的设计与应用，主要包括供能端设备及公辅系统的集中监控、用能端能源数据的采集、数据集成、能源管理系统的功能开发。通过一体化智能监控系统的实施，提高了企业能源管理的智能化、信息化水平，从而优化企业能源使用，达到节能降耗、绿色减排的效果。

　　关键词:汽车制造业;分布式能源;智能管控系统;能源数据采集;能源管理

　　0引言

　　能源发展“十三五”规划明确指出坚持集中开发与分散利用并举，高度重视分布式能源发展，大力推广智能化供能和用能方式，培育新的增长功能。分布式能源追求终端能源利用效率的最大化，采用需求应对式设计和模块化组合配置，以对资源配置进行供需优化整合。在未来，伴随着信息技术的发展，自动化、智能化水平的提高，分布式能源的应用与管理将迈向一个新台阶。

　　传统的工业园区、离散制造企业供能方式由于行业壁垒、前期规划等原因存在一定的弊端，普遍存在能量利用效率低、温室气体排放严重等问题。陕西鼓风机(集团)有限公司(以下简称“陕鼓”)积极响应国家政策号召，进行能源改革，结合自身分布式能源智能综合利用示范项目的落地实施，总结出适用于工业、企业的“陕鼓能源互联岛技术”并进行推广。“陕鼓能源互联岛技术”指分布在用户端的能源综合利用系统，基于区域能源物料的供给禀赋，在满足区域能源合理需求的前提下，采用互联网思维，因地制宜、量体裁衣，综合利用供给侧能源条件及资源条件，通过技术、商业模式创新，提供水、冷、暖、电、气、固废处理等能源全生命周期一体化综合定制化解决方案，并利用智能管理和互联网技术建立智慧管理系统，从而提升资源循环和自我供给及处理能力，优化企业能源使用，达到节能降耗、绿色减排的效果。

　　该文就某汽车制造企业对水、电、压缩空气、天然气、冷、热等能源需求，充分考虑清洁能源、可再生能源的利用及资源的循环使用，以“陕鼓能源互联岛技术”为核心为企业量身定制了系统解决方案，并通过智能管控系统实现对各种供能子系统、设备及公辅系统的集中监控，最大程度的提升系统自动化、智能化水平;及时了解和掌握各种能源的生产、使用及重点能耗设备的运行工况，通过能源数据分析优化能源调度和提升能源综合管理水平;做到科学决策、正确指挥，确保安全、可靠、经济、高效运行[1-2]。主要工作内容包括:优化设计完成能源计量数据的采集、各子系统单元的集中监控、各类数据的集成、能源管理系统的功能开发，包括能源实时在线监测、绩效管理、能流分析、能源预测、能源报表等。

　　1智能管控范围

　　该项目智能管控范围包括能源供给系统、能源数据采集系统及公辅系统，如污水处理系统。汽车制造其用能分布广、耗能种类多，包括水(生活水、生产水)、电、天然气、压缩空气、柴油、冷、热、二氧化碳等。具体能源供给形式及管控范围如下:

　　(1)企业水、电、天然气由市政直供;

　　(2)10kV变配电站配电到各车间，各车间设干式变压器、低压配电柜等，设独立的电气监控系统;

　　(3)智慧空压站，为工艺提供稳定可靠的气源;

　　(4)柴油及二氧化碳由独立设备供应给用能端;

　　(5)地源热泵系统、冰蓄冷系统以及燃气锅炉系统，多能互补以实现厂区的冷热供应;

　　(6)另外，公辅设施中污水处理系统实现对厂区污水处理，中水回用于道路、绿植浇水;

　　(7)从各能源供给端到用能末端，均设有能源计量仪表，实现厂区能源的车间级及部分重点设备用能计量。

　　2智能管控系统的设计

　　智能管控系统主要分为两个大部分:一是DCS控制系统，实现对全厂供能系统和公辅系统的集中监控、以及能源的统一调度，完成末端能源数据的采集;二是能源管理系统，汇总现场所有工艺参数、设备工况、能流信息等数据，这些数据主要来自DCS系统和电气后台系统。能管采集汇总系统数据后对数据进行分析、完成各功能应用开发，为能源的运营、管理提供可靠的数据支撑。智能管控系统网络架构如图1所示。

　　2.1DCS控制系统

　　该项目DCS采用某知名进口品牌冗余控制系统，其网络架构如图1中虚线框内所示。根据项目各子系统布局及测点数量，设2个站点布置控制机柜，即在中控设备间及污水处理站各设1套控制柜、各配1对DPU及相应的IO模块等，分别完成综合站房和污水处理系统数据采集及设备监控;污水处理站为远程站，通过光纤接到中控柜内的交换机上。中控室设1台工程师站、1台操作员站，用于组态编程及画面监控，实现对能源供给设备等的集中监控。1台OPC服务器兼历史数据库功能，通过防火墙将数据上传到能源管理平台。

　　该系统中能源数据采集难度较大，涉及的能源计量仪表较多、分散在各车间，离中控室距离较远。

　　为实现能源数据采集，并且最大程度降低施工难度、减少施工量，确定以车间为单位，在每个车间设串口通讯服务器，将车间内计量仪表接到串口通讯服务器(仪表通讯接口为RS485，通讯协议为modubs-rtu);充分利用现有布置到各车间机房的光纤网络，串口服务器通过网线接到机房交换机，各机房通过光纤在总机房汇聚，从总机房交换机经光电转换器拉光纤到中控设备间机柜内，再经光电转换器接到专用通讯DPU模块，从而实现了能源计量数据的采集。且有线的数据采集方式稳定、可靠，保证了能源数据的实时性、准确性。除了计量数据，其他自带PLC的公辅系统如燃气锅炉、冰蓄能系统、空压站系统等，也以同样的方式接入DCS系统，实现各子项的数据采集上传。其通讯网络结构如图2所示。

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　　通过DCS系统，实现了对供能端及公辅系统设备的集中监控、底层数据采集汇总，能够实时在线监测各工艺、各设备的运行状况、自动调节;具备实时报警、历史趋势查询、报表等功能，达到现场无人值守(如污水处理站、空压站)，系统自动运行，实现人员集约。DCS系统配有OPC服务器，预留与能源管理系统的通讯接口，便于数据信息上传。

　　2.2能源管理系统

　　(1)系统架构

　　架构是为业务服务的，力求提供一个支撑敏捷业务员开发的架构，其基本要求是层次化和模块化，分层是从逻辑上对系统的水平切分，通过分层，可以限制子系统间的依赖关系，使系统以更松散的方式耦合，模块化则是对系统按功能做垂直切分，单体系统的分层和模块化设计如图3所示。

　　随着业务调整和新业务的加入，每个单独子系统还是按照层次化和模块化设计，子系统间的业务交互需要一个合适的模式来处理，在SOA(Service-OrientedArchitecture，面向服务)模式中，这里采用ESB来实现。

　　(2)系统接口设计

　　能源管理系统首先要完成数据信息采集，数据来源多种多样，有可能是从底层计量仪表直接上传，有的从DCS系统、电气系统读取。同时一个开放的系统，必然会和外部系统产生业务关系，比如与企业的ERP、MES、人力资源系统等进行数据信息交互。因此，系统需开发并具备多种通用的通讯技术协议，便于打通系统墙，实现信息共享。

　　(3)安全设计

　　能源管理系统与DCS、电气系统设置防火墙，使用工业级防火墙，防火墙具备解析工控协议，可以配置哪些报文允许通过，哪些报文禁止通过;能源管理系统只能读取数据，不修改数据等设置。

　　能源管理系统与Internet的连接，在外网入口安装设置企业级防火墙以防御外网恶意软件的入侵和攻击。

　　对于访问系统平台人员，要先通过注册审核认证，方可有权限登陆访问系统后台;并根据人员角色的不同，设置开放的数据权限，进行有限制的查看;同时后台可查看人员访问平台的记录。

　　(4)系统功能设计

　　能源管理系统的功能设计基于实际工艺和用户需求。该项目能源计量到车间级，同时包括部分重点能耗设备，从能源输入、转换、使用，逐级计量监测，对能流走向、能源利用效率、设备运行状况实时分析，重在提供可靠的分析数据以利于能源的优化调度，提高能源管理水平。系统功能如图4所示。

　　能源管理系统的主要功能如下:

　　①能耗监测

　　包括实时数据采集、统计数据采集、实时能耗显示、实时告警提示。

　　实时数据可以通过与DCS，PLC等自动化系统的应用程序接口来共享数据;仪器智能设备通过专用接口进行连接，匹配其专有协议读取设备的实时数据。系统支持多种接入协议，支持多种电力规约，OPC协议，Modbus协议等工业常用的通信协议[3]。数据采集的频率应该保证及时发现问题，能够弄清楚能耗波动频繁的原因，针对不同的设备采取不同的采样频率。通过采集企业ERP的生产数据，并和能耗数据进行优化集成，将能耗和生产一一对应起来，从而可以对每个车间进行单位产量能耗的对标管理，通过管理的不断迭代，将生产用料用能进行精细化控制，可以促进精细化生产和节能降耗。

　　根据采集的实时数据，实现对全厂各个能耗单位的生产、输配和使用的数据可视化;根据选择生成日报表、周报表、月报表和年报表;实时在线显示各车间各用能单位的能耗信息，历史曲线查询、设备使用峰谷电查询等，同时数据展示支持饼图、仪表盘等多种直观显示。对于超过上下限的能耗数据进行分级告警提示。

　　②能耗管理

　　包括能源培训管理、能源设备管理、能源运行管理。

　　能源管理系统具备资料管理、设备信息归档、维修保养信息管理等各项功能，为能源管理人员及技术人员提供一个学习、交流、提升能力的平台。同时通过对生产运行、点检管理、能源成本管理、能源绩效管理与能源管理工作人员福利待遇挂钩，提高了对能源管理的责任心和管理水平。

　　③能源分析

　　着重于能源统计台账、能耗报表及能源消费结构的分析，反映企业总体及各个部门的不同能源消费量、消费成本的数量和比例，并给予直观展示。结合能源走势、能源频度分布分析、能源流向分析，找到企业各能源在不同耗能单元间的能源流向的方向和数量关系，从而对能源物料平衡、调度与优化、能源设备运行与管理等方面发挥重要的作用。

　　同时能源管理系统可以与工厂的MES及ERP系统互通信息，有利于能源计划、能源预测等功能的实现。能管系统可通过电脑客户端进行远程登录，也可以手机APP形式实时了解厂区整个用能系统的详细信息，从而做到以数据为依据、优化运营、提升管理[4-5]。

　　3结语

　　针对汽车制造业分布式能源项目，基于“陕鼓能源互联岛技术”，通过智能管控系统实现了对该汽车制造厂整个能源供给系统及公辅系统的集中监控，保证设备运行的可靠性、高效性，并实现了现场无人值守;实现了能源计量数据信息的自动采集，减少了原有人工抄表的人力成本，解决了数据及时性、准确性差的难题。有效的数据统计、分析、报表、绩效管理、能源预测、计划管理等，为管理人员发现问题、挖掘能源潜力提供了有力的数据支撑。能源管理系统对优化能源调度、减少管理环节、节能减排、能源平衡、生产过程控制、设备运行管理等有重要的意义和作用。

　　随着分布式能源在工业企业的推广应用以及对能源管理的越来越重视，智能管控系统在能源供给、管理、运营方面发挥着十分重要的作用。一方面系统从控制角度提高了设备运行的自动化、智能化水平，并完成了底层基础数据的采集汇总;另一方面从能源管理着手，覆盖能源供应、生产、输送、转换、消耗全过程，通过对能源的统计、分析、对标管理、绩效考核、供需平衡等功能，优化供能、优化控制，二者相辅相成、紧密结合，实现了对能源的管控一体化。该文给出了在汽车园区项目智能管控系统的整体解决方案，经项目实施验证其可实施性强、效果显著;为企业信息化管理、安全高效运行及节能减排提供了巨大的技术支撑。——论文作者：张利平，郑宣，赵杨，张亚军

文章名称：汽车园区能源一体化智能管控系统的设计与应用

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