趙璧秋，鄧廣華，劉衛(wèi)紅，農(nóng)立忠，倪軍明，蔡碧云（廣州市華僑糖廠，廣東廣州 510640）

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能源管理系統(tǒng)在精制糖廠中的應(yīng)用

趙璧秋，鄧廣華，劉衛(wèi)紅，農(nóng)立忠，倪軍明，蔡碧云
（廣州市華僑糖廠，廣東廣州 510640）

摘 要：闡述了目前節(jié)能減排在制糖行業(yè)的重要性，通過對(duì)精制糖企業(yè)現(xiàn)有能源管理模式的分析，系統(tǒng)地介紹了能源管理系統(tǒng)在精制糖企業(yè)的設(shè)計(jì)、實(shí)施與應(yīng)用情況。通過系統(tǒng)對(duì)各種能源介質(zhì)和重點(diǎn)耗能設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及對(duì)能源消耗情況進(jìn)行全面的分析，從而制定合理的能源供給計(jì)劃，做到科學(xué)決策，確保生產(chǎn)與能源系統(tǒng)的安全、可靠及高效運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：能源監(jiān)控與管理；無線傳輸；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 前言

能源是企業(yè)生產(chǎn)的命脈，節(jié)能降耗則是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑[1]。我國(guó)單位產(chǎn)值能耗是世界平均水平的2倍多，工業(yè)企業(yè)能源消耗占到全國(guó)的70%以上，所以企業(yè)是節(jié)能的主體，節(jié)能降耗的空間很大[2]。針對(duì)我國(guó)精制糖產(chǎn)業(yè)技術(shù)裝備落后、能耗高、產(chǎn)出低的現(xiàn)狀，《制糖行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出，加大節(jié)能減排投入，嚴(yán)格節(jié)能減排考核制度，推進(jìn)全行業(yè)節(jié)能減排均衡發(fā)展，確?！笆濉逼陂g全行業(yè)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。目前，能源管理系統(tǒng)正逐步在工業(yè)企業(yè)推廣應(yīng)用，是企業(yè)促進(jìn)節(jié)能減排的具體體現(xiàn)。能源管理涉及的范圍很廣，它包含了從能源生產(chǎn)到消耗各個(gè)環(huán)節(jié)的管理技術(shù)[3]。能源管理系統(tǒng)建立加強(qiáng)了對(duì)生產(chǎn)過程能源數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)管理，及時(shí)處理生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，把人為因素降至最低，減少因?yàn)楣芾硎侄温浜笤斐傻男б鎿p失。

現(xiàn)代化的能源監(jiān)控管理系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊、自動(dòng)化儀表技術(shù)結(jié)合起來的管控一體化項(xiàng)目[4]。本文針對(duì)精制糖廠企業(yè)的用能特點(diǎn)和能源管理現(xiàn)狀與要求，系統(tǒng)地介紹了能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

能源管理系統(tǒng)在企業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)能源供應(yīng)和消耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握能源使用情況，合理計(jì)劃利用能源，降低產(chǎn)品能源消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，是企業(yè)信息化管理的重要組成部分。能源管理系統(tǒng)是依靠當(dāng)今先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等結(jié)合起來的管控一體化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)能源分散數(shù)據(jù)采集、集中管理、調(diào)度和控制等功能。通過獲取能源消耗監(jiān)控點(diǎn)的能耗數(shù)據(jù)，了解能耗結(jié)構(gòu)，計(jì)算和分析各種設(shè)備能耗標(biāo)準(zhǔn)，并監(jiān)控各個(gè)運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的能耗異常情況，評(píng)估各項(xiàng)節(jié)能設(shè)備和措施的相關(guān)影響，以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源設(shè)備、能源實(shí)績(jī)、能源計(jì)劃、能源平衡、能源預(yù)測(cè)等全方位監(jiān)控和管理，達(dá)到節(jié)能降耗目的。能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

能源管理系統(tǒng)的架構(gòu)從體系結(jié)構(gòu)上分為3層，即設(shè)備數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸層、能源監(jiān)控與管理層。現(xiàn)以精制糖廠能源管理系統(tǒng)架構(gòu)來進(jìn)行說明。

2.1 設(shè)備數(shù)據(jù)采集層

精制糖廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控是根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)過程需要來設(shè)計(jì)。整個(gè)數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控層主要分為3個(gè)子系統(tǒng)：用能設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)、工業(yè)蒸汽監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。用能設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)低壓配電房、泵站房、分蜜車間、回溶間、包裝車間、空調(diào)壓縮機(jī)房、成品倉庫、原料倉庫的用能狀況進(jìn)行監(jiān)控。工業(yè)蒸汽監(jiān)控子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)總管蒸汽流量、煮糖過程、溶糖過程、分蜜過程、加熱蒸發(fā)過程的蒸汽消耗狀況進(jìn)行監(jiān)控。環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)配電房、壓縮機(jī)房、粉裝生產(chǎn)線、分裝生產(chǎn)線、分蜜配電房、生產(chǎn)廠房一樓區(qū)域、生產(chǎn)廠房二樓區(qū)域、生產(chǎn)廠房三樓區(qū)域的環(huán)境溫濕度狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這些數(shù)據(jù)采集后，由各個(gè)無線傳輸模塊，通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給能源監(jiān)控與管理層。圖2為設(shè)備數(shù)據(jù)采集層示意圖。

圖2 設(shè)備數(shù)據(jù)采集層

2.2 網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸層

由于精制糖廠設(shè)備分布范圍比較廣、距離遠(yuǎn)，考慮綜合因素。本系統(tǒng)信息傳輸采用無線傳輸ZigBee技術(shù)組網(wǎng)，它是一種近距離、低成本、低功耗、低數(shù)據(jù)速率的雙向無線傳輸技術(shù)[5]，由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，包括對(duì)低壓配電房、制冷空調(diào)壓縮機(jī)房、泵站房、原料成品車間、包裝車間、分蜜車間、煮糖車間、溶糖車間、加壓蒸發(fā)車間、生產(chǎn)廠房一樓區(qū)域、生產(chǎn)廠房二樓區(qū)域、生產(chǎn)廠房三樓區(qū)域等信息數(shù)據(jù)采用工業(yè)總線RS485方式，就近接入附近無線傳輸節(jié)點(diǎn)，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)匯集中心的無線通信。圖3為網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸層示意圖。

2.3 能源監(jiān)控與管理層

能源監(jiān)控與管理層負(fù)責(zé)承擔(dān)對(duì)整個(gè)精制糖廠能源消耗監(jiān)控管理，實(shí)現(xiàn)在線的數(shù)據(jù)監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)傳輸?shù)饶茉垂芾砉δ?。?duì)生產(chǎn)過程中設(shè)備用能、工業(yè)蒸汽消耗等能耗狀況進(jìn)行分析，對(duì)各部門用能進(jìn)行單耗考核，對(duì)重點(diǎn)工序、節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行以降低能耗。能源管理系統(tǒng)服務(wù)器還提供數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口和通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換，可以在任何一臺(tái)經(jīng)授權(quán)的計(jì)算機(jī)上，對(duì)企業(yè)能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。同時(shí)以WEB的方式把各種能耗報(bào)表、數(shù)據(jù)曲線、分析結(jié)果等發(fā)布給相關(guān)管理和運(yùn)營(yíng)人員。圖4為能源監(jiān)控與管理層示意圖。

圖4 能源監(jiān)控與管理層

3 能源管理系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

精制糖廠區(qū)現(xiàn)今實(shí)施的是粗放型能源管理模式，廠區(qū)范圍大，各個(gè)能耗設(shè)備分散，能源消耗的記錄方式主要靠人手定時(shí)記錄。廠內(nèi)電量人工進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各處電度表每月人工記錄抄表，但對(duì)廠區(qū)內(nèi)各車間與設(shè)備的能耗狀況并沒作出記錄。而對(duì)于蒸汽只進(jìn)行廠區(qū)內(nèi)總用量統(tǒng)計(jì)，無法準(zhǔn)確知道各個(gè)車間、設(shè)備實(shí)際蒸汽的使用量、蒸汽的溫度、管道內(nèi)壓力等參數(shù)。能源管理系統(tǒng)的建立，可以實(shí)現(xiàn)詳細(xì)了解到各生產(chǎn)車間與設(shè)備的實(shí)際能源消耗量，簡(jiǎn)化能源運(yùn)行管理，減少日常管理的人力投入，節(jié)約人力資源成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

精制糖廠能源管理系統(tǒng)是一個(gè)綜合自動(dòng)化控制技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的信息化能源監(jiān)控與管理系統(tǒng)。采用分布式監(jiān)控、集中式管理模式，基于無線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)分布式能源管理系統(tǒng)。通過把分散的能源數(shù)據(jù)，利用各種計(jì)量設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后利用無線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)能源消耗數(shù)據(jù)統(tǒng)一的匯總、計(jì)算、分析，得出節(jié)能操作指導(dǎo)報(bào)告，挖掘節(jié)能潛力，客觀得出班組和部門的能源使用情況和節(jié)能績(jī)效考核報(bào)告，為能源供給決策提供依據(jù)。

精制糖廠能源監(jiān)控管理分布包括電量監(jiān)測(cè)、蒸汽監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)。廠區(qū)內(nèi)共有蒸汽供氣輸入監(jiān)測(cè)點(diǎn)5個(gè)、用能設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè)、廠房環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè)。能源管理系統(tǒng)將廠區(qū)按能源種類、區(qū)域、設(shè)備進(jìn)行劃分。

能源管理中心的建立取得如下效果：①減少人工對(duì)能源管理環(huán)節(jié)工作量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄形式，使廠區(qū)內(nèi)粗放型能源管理向集約型能源管理模式轉(zhuǎn)變，及時(shí)了解廠區(qū)內(nèi)各個(gè)生產(chǎn)車間與生產(chǎn)設(shè)備能源消耗的實(shí)際情況，建立客觀能源消耗評(píng)價(jià)體系。精制糖廠能源管理系統(tǒng)如圖5所示；②實(shí)現(xiàn)能源管理由事后管理向事前管理轉(zhuǎn)變。通過對(duì)蒸汽、電力的合理生產(chǎn)與使用，實(shí)現(xiàn)能源最優(yōu)化利用，并預(yù)測(cè)未來時(shí)段能源消耗，提前給出能源優(yōu)化管理方法。能耗分析如圖6所示；③能源監(jiān)控與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程優(yōu)化控制和生產(chǎn)過程能耗管理2個(gè)方面的節(jié)能，最終幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、降低成本、提高生產(chǎn)效益。

圖5 精制糖廠能源管理系統(tǒng)示意圖

圖6 能耗分析顯示圖

4 結(jié)語

本文從應(yīng)用實(shí)際出發(fā)，結(jié)合精制糖廠能源管理的需求，構(gòu)建一個(gè)基于無線傳輸?shù)哪茉幢O(jiān)控與管理系統(tǒng)。通過應(yīng)用本系統(tǒng)，精制糖廠實(shí)現(xiàn)對(duì)各種能源介質(zhì)和重點(diǎn)耗能設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)了解和掌握各種能源管網(wǎng)、關(guān)鍵耗能設(shè)備的運(yùn)行工況，并對(duì)本廠能源消耗情況進(jìn)行全面的分析，找到生產(chǎn)過程中能源浪費(fèi)的環(huán)節(jié)，從而制定合理的能源供給計(jì)劃，做到科學(xué)決策和確保生產(chǎn)與能源系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)及高效運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。因此，能源監(jiān)控與管理系統(tǒng)的應(yīng)用將成為生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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(本篇責(zé)任編校：朱滌荃)

Application of Energy Management System in the Refined Sugar

ZHAO Bi-qiu, DENG Guang-ha, LIU Wei-hong, NONG Li-zhong, NI Jun-min, CAI Bi-yun
(Guangzhou Huaqiao Sugar Factory, Guangzhou 510640)

Abstract:This paper mainly states the importance of the application of the energy-saving and emission reduction in the refined sugar industry. On the basis of the analysis of the current energy management patterns in refined sugar enterprises, it is systematically introduced how the energy management system is designed, implemented and applied in the refined sugar enterprises. Through the systematically real-time monitoring of a variety of energy media, key energy-consuming equipment and the comprehensive analysis of the energy consumption, an energy supply plan can be designed reasonably. It leads to making decisions scientifically and ensuring the safety, the reliability and the efficient operation of the production and the energy system, which aims at saving energy and reducing consumption.

Keywords:Energy monitoring and management; Wireless transmission; System design

收稿日期：2015-11-06；修回日期：2016-01-08

中圖分類號(hào)：TS248

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1005-9695(2016)01-0042-06

引文格式：趙璧秋，鄧廣華，劉衛(wèi)紅，等. 能源管理系統(tǒng)在精制糖廠中的應(yīng)用[J]. 甘蔗糖業(yè)，2016(1)：42-47.