方凱能，仲梁維

（上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海200093）

0 引 言

隨著國家不斷重視環(huán)保和清潔能源的使用，很多重工業(yè)園區(qū)已經(jīng)形成了太陽能、電能的混合能源的利用。太陽能不僅無污染，而且投入使用后，比火力發(fā)電經(jīng)濟(jì)得多。由于太陽能的發(fā)電量會(huì)隨著光的強(qiáng)度和天氣陰晴而變化，同時(shí)又受太陽能發(fā)電效率的影響，一般不能完全滿足園區(qū)的需求。那么如何合理的在太陽能和電能之間進(jìn)行切換，以及如何在不同容量變壓器之間合理切換，達(dá)到能源的合理利用，成為困擾企業(yè)的難題。

大規(guī)模太陽能集中并用對(duì)用電量大的園區(qū)和節(jié)能減排意義重大，但太陽能發(fā)電不同于常規(guī)能源電力，其自然特性給電力系統(tǒng)調(diào)度所帶來的一系列復(fù)雜問題也是前所未有的［1］。之前重工業(yè)園區(qū)電力系統(tǒng)在規(guī)劃之初，并未考慮太陽能接入問題。如果能對(duì)太陽能發(fā)電量進(jìn)行有效預(yù)測，或者系統(tǒng)中有足夠的可靈活調(diào)節(jié)的備用容量，則太陽能的隨機(jī)性對(duì)園區(qū)電力系統(tǒng)的影響可大大降低。如果僅依靠火電應(yīng)對(duì)太陽能的隨機(jī)性，在太陽能比例或負(fù)荷峰谷差增大到一定程度時(shí)，為園區(qū)提供供能的發(fā)電站的火電機(jī)組將頻繁啟?；蜻\(yùn)行在深度調(diào)峰狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)將影響電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。這是目前大型園區(qū)中太陽能幾乎棄風(fēng)、利用率低的重要原因之一。因此，在太陽能大規(guī)模集中接入的形勢下，園區(qū)電力系統(tǒng)調(diào)度必然要建立多源相濟(jì)協(xié)調(diào)機(jī)制，通知相應(yīng)發(fā)電站做好發(fā)電計(jì)劃，以提高太陽能利用率，實(shí)現(xiàn)清潔能源在大范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。

針對(duì)目前企業(yè)能源管理中存在的諸多問題，建立能源調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫，而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)能源信息的閉塞與原始和企業(yè)生產(chǎn)辦公的高度信息化越來越不協(xié)調(diào)，能源使用的信息化變得越來越迫切［1］。企業(yè)急需能源調(diào)度系統(tǒng)，完成能源管理方式的轉(zhuǎn)化，從粗放型向經(jīng)濟(jì)型轉(zhuǎn)變，從而節(jié)約能源，提高效率。

1 系統(tǒng)研究意義

在市場經(jīng)濟(jì)的形勢下，高耗能企業(yè)的利潤逐漸減弱。一大批企業(yè)都進(jìn)駐重工業(yè)園區(qū)，對(duì)他們來說電能也是一筆很大的成本。如果園區(qū)經(jīng)過合理有效調(diào)度，那么企業(yè)在正常生產(chǎn)的前提下能夠在電費(fèi)上節(jié)約很大的開支。不論是對(duì)于企業(yè)個(gè)體還是國家，合理的能源調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)和使用都意義重大。

能源調(diào)度系統(tǒng)不僅承擔(dān)起不同能源以及不同容量電站的自動(dòng)切換，而且是園區(qū)和企業(yè)溝通和交流的平臺(tái)。

對(duì)于企業(yè)而言，好的能源調(diào)度系統(tǒng)可以輔助提交具體生產(chǎn)計(jì)劃，以及各個(gè)車間的設(shè)備功率等數(shù)據(jù)，交由園區(qū)審核。能源調(diào)度系統(tǒng)能夠使園區(qū)和企業(yè)能源管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握能耗數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控能源使用異常情況，按照能源費(fèi)用最低對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)能源使用實(shí)時(shí)、定量分折與控制，使企業(yè)能源使用管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與定量。其次，能夠?qū)崿F(xiàn)能源管理制度化。這個(gè)系統(tǒng)能幫助園區(qū)或企業(yè)進(jìn)行能源消耗統(tǒng)計(jì)分析和能量平衡分析，制定合理高效的生產(chǎn)計(jì)劃。各種數(shù)據(jù)采集、分析、預(yù)測、控制都可方便自如。使企業(yè)的能源管理制度更為健全，企業(yè)將生產(chǎn)計(jì)劃提交園區(qū)，經(jīng)過園區(qū)和系統(tǒng)的審核和計(jì)算，生成合理的排班表。再次，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)工藝的分析與管理，各種參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，有利于安全生產(chǎn)，降低能耗進(jìn)而降低了能源成本，為企業(yè)帶來效益，提高行業(yè)競爭力。

傳統(tǒng)的能源調(diào)度系統(tǒng)存在不少弊端。（1）系統(tǒng)功能單一。不少系統(tǒng)只是能源集中監(jiān)控系統(tǒng)，管理功能薄弱，沒有充分挖掘出能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的價(jià)值。（2）系統(tǒng)與生產(chǎn)脫節(jié)。能源管理系統(tǒng)脫離了生產(chǎn)，成為單一的監(jiān)控系統(tǒng)，管理節(jié)能效果降低［2］。（3）運(yùn)行情況不容樂觀。我國的企業(yè)特別是國有企業(yè)的管理機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，而能源的管理牽涉到生產(chǎn)部門、計(jì)劃部門、信息部分等多個(gè)部門，多個(gè)部門之間水平方向溝通困難。（4）以前的調(diào)度系統(tǒng)只是電能的調(diào)度，沒有太陽能等清潔能源的調(diào)度。（5）切換電源和變壓器一般沒有實(shí)現(xiàn)智能化，還只是人工根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，手動(dòng)切換。因此，企業(yè)采用新的能源調(diào)度系統(tǒng)后，只要操作得當(dāng)，合理使用，既保證了安全生產(chǎn)，也實(shí)現(xiàn)了全程監(jiān)測以及數(shù)據(jù)記錄分析，最重要的是最大效率地利用了電能，提高了競爭力。

2 B/S模式介紹

B／S結(jié)構(gòu)，即Browser／Server（瀏覽器和服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，又稱“瘦客戶端”。與C／S結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)不需要客戶端安裝相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行邏輯處理，而只需要輸入網(wǎng)址就行，大部分邏輯都在服務(wù)器上進(jìn)行處理，形成所謂三層結(jié)構(gòu)客戶服務(wù)器體系。如圖1所示，在三層體系結(jié)構(gòu)中，瀏覽器端接受用戶的HTTP請(qǐng)求，然后向Web服務(wù)器提出請(qǐng)求；Web服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中獲得數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)送回Web服務(wù)器，再將結(jié)果處理成瀏覽器能夠接受的形式（HTML），送回發(fā)出請(qǐng)求的Web瀏覽器，最后由客戶端將結(jié)果呈現(xiàn)給用戶［3］。從而大大簡化了客戶端電腦載荷，客戶端只需要瀏覽器就可進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量，只需更新服務(wù)器端的軟件即可，降低了用戶開發(fā)總成本。此外，用戶不用安裝任何專門的軟件就可以在地方進(jìn)行操作，只需一臺(tái)能上網(wǎng)的電腦，客戶端零維護(hù)［4］。

圖1 Browser/Server結(jié)構(gòu)模型

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

能源調(diào)度系統(tǒng)是園區(qū)和企業(yè)能否正常生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本的重要組成部分。能源調(diào)度系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 能源調(diào)度系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)主要包括五個(gè)模塊，分別是基本信息管理模塊、生產(chǎn)計(jì)劃管理模塊、供用能管理模塊、能源調(diào)度管理模塊及系統(tǒng)用戶管理模塊。各模塊的具體功能設(shè)計(jì)如下：

（1）基本信息管理主要包括企業(yè)信息管理、工藝信息管理、企業(yè)設(shè)備管理、計(jì)量點(diǎn)和采集項(xiàng)管理。工藝信息管理主要要求企業(yè)將產(chǎn)品的工藝以及需要的電能、時(shí)間等信息輸入系統(tǒng)，這是園區(qū)后來能源優(yōu)化管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之一。同時(shí)，企業(yè)也需要將所有設(shè)備的相關(guān)信息錄入系統(tǒng)并且可以進(jìn)行維護(hù)。計(jì)量點(diǎn)和采集項(xiàng)管理主要是對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和存儲(chǔ)。

（2）生產(chǎn)計(jì)劃管理是能源調(diào)度系統(tǒng)的核心之一，負(fù)責(zé)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的提交和園區(qū)的審核。其功能主要包括企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的提交、修改、審核通過后的查詢以及園區(qū)與企業(yè)、車間與企業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通。

（3）供用能管理模塊是能源調(diào)度的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來源，也是園區(qū)安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一。此模塊主要有三大功能。第一是根據(jù)天氣情況和太陽能歷史發(fā)電情況，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型對(duì)一段時(shí)間太陽能的發(fā)電量進(jìn)行一個(gè)較為準(zhǔn)備的預(yù)測［5］。第二是將所有企業(yè)提交的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，匯總出月和每天用能總和，同時(shí)和發(fā)電站溝通，統(tǒng)計(jì)各變壓器預(yù)估供電總和。第三是實(shí)時(shí)監(jiān)測，該模塊不僅可以對(duì)各設(shè)備的用能情況和各企業(yè)的用電情況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，并且園區(qū)值班人員可以通過它看到和搜索到各個(gè)用能設(shè)備和車間的安全情況。一旦用能超過警戒線或者電流超過安全電流，可以及時(shí)反應(yīng)，排除安全隱患。

（4）能源調(diào)度管理模塊是全系統(tǒng)的核心。它根據(jù)企業(yè)提交的生產(chǎn)計(jì)劃和電站供電情況，通過精確的模型計(jì)算和評(píng)估，算出每天合適的供用電峰值和用電裕量，以使能源的利用率達(dá)到最大［6］。這樣，系統(tǒng)將每天各企業(yè)分配的加工時(shí)段進(jìn)行匯總，企業(yè)查到自己的生產(chǎn)計(jì)劃就成了排班表，實(shí)現(xiàn)了智能排班。如果企業(yè)要加班或者修改部分生產(chǎn)計(jì)劃，得在協(xié)調(diào)平臺(tái)和園區(qū)協(xié)調(diào)，并且重新審核安排才能生產(chǎn)。由于變壓器的容量不同，選用合理的變壓器是節(jié)能的關(guān)鍵所在［7］。原則是優(yōu)先使用太陽能進(jìn)行生產(chǎn)，當(dāng)太陽能不夠的時(shí)候，變電站自動(dòng)根據(jù)系統(tǒng)的信號(hào)，通過接口通知plc控制系統(tǒng)進(jìn)行變壓器合理配置和切換，使電能利用率達(dá)到最大。這里以周或者月為一個(gè)單位，原則就是提前進(jìn)行用能規(guī)劃，達(dá)到合理配置，在完成生產(chǎn)計(jì)劃的條件下達(dá)到最大的效益。從圖3可以看到一個(gè)優(yōu)化后的企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃表。

圖3 優(yōu)化后的企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃表

（5）系統(tǒng)管理包括角色管理、資源管理和用戶管理。它主要用于系統(tǒng)用戶的維護(hù)，包括添加、刪除、修改及查看，對(duì)不同的用戶分配不同角色，不同的角色分配不同的權(quán)限。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008 R2數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫名稱為db-resManagement。數(shù)據(jù)庫dbresManagement中包含17張表。其中包括企業(yè)信息表（企業(yè)編號(hào)id、負(fù)責(zé)人姓名、Email、固定電話、手機(jī)）用于存儲(chǔ)企業(yè)的信息；車間信息表（企業(yè)編號(hào)、車間名稱、責(zé)任人名稱、Email、手機(jī)、通訊地址、職務(wù)）用于存儲(chǔ)車間的基本信息；工藝信息表（公司編號(hào)、車間編號(hào)、產(chǎn)品名稱、工藝名稱、工藝定時(shí)、工藝設(shè)備編號(hào)）用于存放工藝庫信息；設(shè)備信息表（公司編號(hào)、車間編號(hào)、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱、設(shè)備功率）用于存放設(shè)備的信息。生產(chǎn)計(jì)劃表（公司編號(hào)、產(chǎn)品名稱、生產(chǎn)數(shù)目、交貨時(shí)間、審核狀態(tài)）用于存儲(chǔ)企業(yè)提交的信息、；企業(yè)排班表（公司名稱、車間名稱、生產(chǎn)日期、工藝名稱、工藝數(shù)量、時(shí)間段、備注）用于存儲(chǔ)系統(tǒng)整合所有生產(chǎn)計(jì)劃、進(jìn)行能源調(diào)度后的生產(chǎn)安排表。太陽能供電表（日期、天氣情況、預(yù)測供電量、實(shí)際供電量、供電時(shí)間段）用于存放匯總太陽能供電信息。變壓器信息（變壓器編號(hào)、變壓器名稱、變壓器容量）用于儲(chǔ)存變壓器基本信息。變壓器供電情況（變壓器編號(hào)、時(shí)間、供電量、供電線路、供電車間編號(hào)）用于記錄變壓器調(diào)度情況和使用情況。

3.3 用戶權(quán)限分析

為提高能源調(diào)度系統(tǒng)的統(tǒng)一用戶管理水平，結(jié)合企業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用現(xiàn)狀，明確具體人員的權(quán)限分配是十分重要的。對(duì)于系統(tǒng)用戶來說，用權(quán)限矩陣表可以清晰地表示他們的權(quán)限。根據(jù)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖，權(quán)限矩陣表采用樹形結(jié)構(gòu)編碼方式，編碼之中前后碼位之間有主次關(guān)系，后面碼位的確定都由前面一個(gè)碼位確定。用戶權(quán)限矩陣表如表1所示。

表1 用戶權(quán)限矩陣

3.4 能源調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

新能源調(diào)度系統(tǒng)采用B／S模式，很大程度上提高了系統(tǒng)的易用性和可維護(hù)性。系統(tǒng)運(yùn)行在WEB服務(wù)器上，可以使用WEB瀏覽器訪問，也可以采用移動(dòng)設(shè)備訪問，采用Apache tomcat 6.0配置，系統(tǒng)后臺(tái)選用的編程語言為跨平臺(tái)的Java，Myeclipse8.5和Dreamweaver8作為開發(fā)工具，系統(tǒng)前端采用easy UI框架，由jsp和javascript組成，采用struts2.0，Spring3.0，Hibernate3.0三大主流框架進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。圖4、圖5所示是系統(tǒng)的部分功能頁面。

圖4 能源調(diào)度系統(tǒng)協(xié)調(diào)平臺(tái)功能頁面

4 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試是針對(duì)整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行的測試，目的就是檢測系統(tǒng)的具體功能是否已經(jīng)滿足了企業(yè)需求的定義，找出與需求規(guī)定不符合或矛盾的位置。此外，還需要檢驗(yàn)系統(tǒng)的相關(guān)文檔等是否完整、有效，并且測試用例的設(shè)計(jì)應(yīng)基于需求分析說明書為依據(jù)，需在實(shí)際使用環(huán)境中進(jìn)行測試。

圖5 供用能匯總及調(diào)度前后對(duì)比分析頁面

筆者采用黑盒測試技術(shù)對(duì)售后服務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行了測試。先對(duì)系統(tǒng)的各模塊功能是否達(dá)到規(guī)定的需求進(jìn)行了測試，后對(duì)各模塊集成的所有業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了測試。經(jīng)過對(duì)售后服務(wù)管理系統(tǒng)的多次測試，未發(fā)現(xiàn)異常，此系統(tǒng)已滿足某企業(yè)的使用需求。

5 總 結(jié)

對(duì)于重工業(yè)企業(yè)，使用清潔能源并且最大化的利用能源不僅是國家法律的要求，也是贏得市場競爭的重要方法。本文針對(duì)一個(gè)重型裝備制造園區(qū)的能源調(diào)度系統(tǒng)實(shí)例，開發(fā)了基于B／S架構(gòu)的能源管控系統(tǒng)，能夠快速響應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)要求，保證企業(yè)安全生產(chǎn)，降低了企業(yè)的電能成本，很大程度上提升企業(yè)競爭力。隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，清潔能源會(huì)得到更多的利用，這種基于B／S架構(gòu)的能源調(diào)度系統(tǒng)將得到更為廣泛的應(yīng)用。

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