摘? 要： 以某公司EMS軟件設(shè)計(jì)為背景，進(jìn)行系統(tǒng)功能模塊的確定。在確定模塊的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行模塊功能的分析與設(shè)計(jì)，以實(shí)際應(yīng)用為背景進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，最終完成EMS的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。經(jīng)驗(yàn)證，EMS上線后，滿足既定的節(jié)能降耗的目標(biāo)，大幅提高人員生產(chǎn)效率，噸鋼能耗下降10%以上。

關(guān)鍵詞： 鋼鐵行業(yè); 節(jié)能降耗; EMS; 軟件設(shè)計(jì); 界面實(shí)現(xiàn)

中圖分類號： TP 311.52? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? ? ? ? ? 文章編號： 1671-2153（2019）01-0098-04

0? 引 言

如何保證能源需求與供給的可靠穩(wěn)定已經(jīng)成為我國最為關(guān)注的問題之一;如何解決較低單位能耗與較高的經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾越顯突出[1-4]。本文以信息技術(shù)為重要支撐，努力提高鋼鐵行業(yè)能源利用效率與管理水平，以期實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

能源管控系統(tǒng)（以下簡稱EMS，Energy Management System）是利用信息化與自動(dòng)化技術(shù)，對企業(yè)能源生產(chǎn)消耗的全流程的實(shí)現(xiàn)集中式扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控與數(shù)字化管理，可以實(shí)現(xiàn)能源消耗預(yù)測、能源產(chǎn)用平衡、能源全流程優(yōu)化等目標(biāo)[5-6]。

EMS能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)與管理的相互統(tǒng)一，具體包括：降本增效，節(jié)能將耗，內(nèi)部管控，系統(tǒng)運(yùn)行，后續(xù)系統(tǒng)發(fā)展。本文將主要集中于EMS系統(tǒng)軟件部分的模塊功能的設(shè)計(jì)，以期確保初始系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1? EMS軟件功能模塊設(shè)計(jì)

能源管控工作需要與生產(chǎn)流程、設(shè)備檢修等多因素密切相關(guān)，所以系統(tǒng)在設(shè)計(jì)初期就提出應(yīng)能夠與ERP系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同工作，以期實(shí)現(xiàn)真正意義上實(shí)現(xiàn)無縫集成，以便于科學(xué)高效的利用各種能源介質(zhì)[7]。

因此，本文設(shè)計(jì)的EMS通過中間件與Web Service的方式，可以直接調(diào)用ERP中的生產(chǎn)計(jì)劃與實(shí)績、能源介質(zhì)和物流信息等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)既定的與ERP無縫集成目標(biāo)。此外，考慮到生產(chǎn)的需要，本文將EMS與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行直接相連接的，系統(tǒng)通過I/O服務(wù)器對于現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行操作，進(jìn)行能源供需計(jì)劃與實(shí)績的上傳與下達(dá)，進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1? 能源計(jì)劃和實(shí)績管理模塊

能源計(jì)劃和實(shí)績管理模塊主要分成幾個(gè)不同部分，其中能源計(jì)劃主要進(jìn)行能源計(jì)劃的數(shù)據(jù)的收集與維護(hù)，如生產(chǎn)計(jì)劃與實(shí)績數(shù)據(jù)、能源介質(zhì)數(shù)據(jù)與物流數(shù)據(jù)等，進(jìn)而利用模型計(jì)算來分析能源消耗情況，以期實(shí)現(xiàn)能源計(jì)劃的管理，該部分的重點(diǎn)涉及到與ERP系統(tǒng)接口部分，在1.3中有詳細(xì)的論述。此外，該部分還涉及到計(jì)量點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理與實(shí)績管理。

1.1.1? 計(jì)量點(diǎn)管理

對于各種能源介質(zhì)的計(jì)量簡稱為計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量點(diǎn)的信息主要包括有計(jì)量點(diǎn)的編號、名稱與別名等信息，系統(tǒng)支持操作人員進(jìn)行計(jì)量點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的維護(hù)，當(dāng)實(shí)際需要時(shí)能夠進(jìn)行計(jì)量點(diǎn)信息的查詢、新增、修改與刪除。

實(shí)際維護(hù)過程中應(yīng)注意保證計(jì)量點(diǎn)編碼應(yīng)當(dāng)與預(yù)先設(shè)定的I/O服務(wù)器采集數(shù)據(jù)點(diǎn)保持一致，以減少系統(tǒng)維護(hù)的工作量。同時(shí)，考慮到現(xiàn)場生產(chǎn)的實(shí)際需要，對于系統(tǒng)中尚不具備采集條件計(jì)量點(diǎn)，系統(tǒng)支持人工錄入的方式進(jìn)行解決，當(dāng)后期系統(tǒng)完成后，在I/O服務(wù)器中增加該計(jì)量點(diǎn)信息以便于數(shù)據(jù)上傳，達(dá)到減輕工作人員的工作量的目的。

I/O服務(wù)器以小時(shí)為單位，將各采集點(diǎn)數(shù)據(jù)保存起來，EMS每日定時(shí)（每日24時(shí)）自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，得出前一日各計(jì)量點(diǎn)的日累計(jì)值、日最大值、日最小值、日平均值等數(shù)據(jù)，其中計(jì)量點(diǎn)日累計(jì)值數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中作為能源實(shí)績計(jì)算的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

此外，考慮到設(shè)備可能存在的異常，這會(huì)造成計(jì)量點(diǎn)數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，系統(tǒng)提供計(jì)量點(diǎn)日累計(jì)值修正功能，保證數(shù)據(jù)能夠真實(shí)反映實(shí)際生產(chǎn)情況。這里應(yīng)考慮人員舞弊等因素，應(yīng)當(dāng)限制該功能的使用，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確性，并將該操作人員的操作信息進(jìn)行記錄，以便于日后明確劃分各相關(guān)責(zé)任人的責(zé)任，這方面的內(nèi)容會(huì)在系統(tǒng)配置管理中進(jìn)行論述。

1.1.2? 實(shí)績管理

該部分主要是對各種能源介質(zhì)的使用分配情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，具體涉及到使用量、損失量、回收量等等，并按需生成必要的實(shí)績報(bào)表。此外，考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展性與完整性，系統(tǒng)支持用戶進(jìn)行基礎(chǔ)信息的查詢、新增、修改與刪除，以達(dá)到滿足系統(tǒng)不停變化的需要。圖2為實(shí)績管理的流程。

圖2中，日計(jì)量數(shù)據(jù)指的是經(jīng)計(jì)量點(diǎn)管理模塊每日計(jì)算后得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合到本模塊的供需實(shí)績項(xiàng)目維護(hù)后，利用公式計(jì)算得出每個(gè)供需實(shí)績項(xiàng)目的數(shù)值，最終匯總形成實(shí)績報(bào)表。

工序工位信息維護(hù)主要包括查詢、增加、修改和刪除功能，后期系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，用戶能夠通過系統(tǒng)增加工序工位。此外，系統(tǒng)還對工序工位進(jìn)行了相關(guān)屬性的定義，如該工序是否參與分析預(yù)測、工序使用狀態(tài)（使用/停用）等信息，以滿足后續(xù)其他模塊開發(fā)的需要。

能源介質(zhì)信息的維護(hù)與工序工位信息的維護(hù)基本一致，此處不做過多的論述。供需實(shí)績項(xiàng)目的維護(hù)是依據(jù)各工序能源介質(zhì)種類以及能介屬性， 結(jié)合數(shù)據(jù)具體來源以及來源項(xiàng)之間組合，進(jìn)而制定出具體項(xiàng)目的計(jì)算公式。

日實(shí)績數(shù)據(jù)計(jì)算是利用供需實(shí)績項(xiàng)目配置各項(xiàng)計(jì)算公式，結(jié)合各種能源介質(zhì)數(shù)據(jù)匯總計(jì)算，統(tǒng)計(jì)出各個(gè)工序下每種能源介質(zhì)的日實(shí)績消耗數(shù)據(jù)，為生成日實(shí)績報(bào)表做準(zhǔn)備。日實(shí)績計(jì)算在每天凌晨（略晚于計(jì)量點(diǎn)管理中日累計(jì)值數(shù)據(jù)計(jì)算的時(shí)間）自動(dòng)計(jì)算前一天的日實(shí)績數(shù)據(jù)。

1.2? 能源分析與支持管理模塊

本部分可以通過歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與挖掘，以直觀的形式展現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)能源管理工作的目的，提升能源管理水平與提高能源管理效率，流程如圖3所示。

圖3中，能源計(jì)劃分析通過某一段時(shí)間（如月）的能源計(jì)劃、能源實(shí)績的對比，來檢查能源計(jì)劃編制的合理性及精確性，提高能源計(jì)劃的編制水平。能源實(shí)績分析用來評價(jià)能源消耗完成情況，確定能耗水平是否得到改善。工序能耗分析主要是通過各生產(chǎn)工序的噸鋼綜合能耗的對比分析，確定各工序的能耗水平。生產(chǎn)工序能耗預(yù)測是利用模型結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃預(yù)測出未來的噸鋼綜合能耗，便于管理層進(jìn)行生產(chǎn)決策。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比分析是指通過與行業(yè)類標(biāo)桿企業(yè)的對比或者與自身前期進(jìn)行對比，明確公司整體的能耗利用水平，確定下一步的能源優(yōu)化方向。

1.3? 能源質(zhì)量管理模塊

本部分主要依據(jù)在線檢測儀表或者企業(yè)檢化驗(yàn)部門對于能源介質(zhì)的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)能源介質(zhì)質(zhì)量的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免非標(biāo)能源介質(zhì)的使用，確保總體能耗的可控以及能源供應(yīng)的可靠。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)到的能源質(zhì)量管理主要包括有水與煤氣質(zhì)量，這部分主要采用人工輸入的方式進(jìn)行維護(hù)，后期可根據(jù)實(shí)際進(jìn)行補(bǔ)充。此外，考慮到環(huán)保的要求，將公司原有環(huán)保系統(tǒng)中測量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線顯示，即直接讀取原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)然后進(jìn)行顯示的方式的來呈現(xiàn)。圖4為能源質(zhì)量管理的流程。

1.4? 系統(tǒng)設(shè)備管理模塊

系統(tǒng)設(shè)備管主要是對系統(tǒng)范圍內(nèi)重點(diǎn)能源設(shè)備的基本信息、運(yùn)行狀態(tài)與維修信息等的管理，其中重點(diǎn)用能設(shè)備包括有空氣壓縮機(jī)、變壓器、水泵、煤氣加壓機(jī)、鍋爐、鼓風(fēng)機(jī)、煤氣柜、球罐與汽輪機(jī)等等。其中，對于某些重大的能源設(shè)備，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，特別是緊急情況下能夠快速做出判斷，由I/O服務(wù)器下達(dá)指令來保證現(xiàn)場生產(chǎn)的安全。

1.5? 系統(tǒng)配置管理模塊

系統(tǒng)配置管理主要是進(jìn)行用戶管理、權(quán)限配置、畫面配置與日志查詢等功能。用戶管理供管理員進(jìn)行用戶信息的維護(hù)，其中用戶登陸初始密碼設(shè)置為固定值。結(jié)合到權(quán)限配置，用戶新增過程中需要進(jìn)行功能組與所屬職能部門配置，前者確定用戶的權(quán)限，后者確定用戶所屬的部門以便于用戶的維護(hù)。

系統(tǒng)通過將擁有相同操作權(quán)限的用戶共同設(shè)置一個(gè)操作組，然后對操作組進(jìn)行系統(tǒng)操作權(quán)限的分配，實(shí)現(xiàn)不同用戶登陸系統(tǒng)擁有不同得的操作權(quán)限，也便于后續(xù)進(jìn)行整體的權(quán)限配置管理。權(quán)限配置流程如圖5所示。

日志查詢是系統(tǒng)中比較重要的部分，EMS通過對于用戶在操作過程中行為的記錄，將所有的用戶關(guān)鍵操作進(jìn)行記錄與存儲(chǔ)，用戶可以依據(jù)不同的條件進(jìn)行操作日志信息的查詢。

2? 系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

如圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所示，EMS需要與ERP進(jìn)行通訊，獲取必要的生產(chǎn)計(jì)劃與實(shí)績數(shù)據(jù)、能源介質(zhì)數(shù)據(jù)和物資信息數(shù)據(jù)等，因此需要考慮EMS與ERP系統(tǒng)之間的接口設(shè)計(jì)。此外，EMS與現(xiàn)場設(shè)備的通訊采用I/O服務(wù)器的方式，所以這里不對這部分做過多的描述。

如文獻(xiàn)[6]中論述，異構(gòu)系統(tǒng)之間的通信一般可采用Web Service、中間件、共享數(shù)據(jù)庫與共享文件等方式來進(jìn)行，本文采用的Web Service與中間件兩種方式相結(jié)合的方式來進(jìn)行。

其中，EMS獲得ERP系統(tǒng)生產(chǎn)管理與能源介質(zhì)管理模塊采用SAP XI/PI中間的方式進(jìn)行通訊，與物流管理模塊采用Web Service的方式進(jìn)行通訊。具體的通訊方式的配置，以及具體的軟件開發(fā)過程本文不做過多的論述，本文主要關(guān)注于數(shù)據(jù)的獲取時(shí)間參數(shù)的確定。

2.1? 中間件模式

某公司生產(chǎn)部每月在ERP中制定下月生產(chǎn)計(jì)劃，EMS每月月底24時(shí)定時(shí)自動(dòng)接收下月各生產(chǎn)工序生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)，以便于EMS確定能源計(jì)劃。每月3日18時(shí)EMS自動(dòng)向ERP發(fā)出請求，獲取上月各工序產(chǎn)品結(jié)算產(chǎn)量數(shù)據(jù)，以供EMS能源計(jì)劃與實(shí)績管理模塊使用。

2.2? Web Service模式

物資采購部門、物資管理部門定期維護(hù)ERP中的物資量采購、庫存、使用與計(jì)量等信息，EMS每月3日18時(shí)向ERP發(fā)出申請，請求發(fā)送上月的物資信息中燃料部分的所有數(shù)據(jù)，以供EMS能源計(jì)劃與實(shí)績管理模塊使用。

3? 結(jié)果與展望

本文完成EMS的功能模塊的設(shè)計(jì)工作，從EMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，進(jìn)行了比較詳細(xì)的闡述。同時(shí)，考慮到異構(gòu)系統(tǒng)的通訊，進(jìn)行了系統(tǒng)接口論述。EMS經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試與試運(yùn)行，已投入正常生產(chǎn)，取得多方用戶的一致好評。經(jīng)過用戶進(jìn)行實(shí)測統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)上線后使得每噸鋼能耗下降10%以上，已達(dá)到每噸鋼的煤耗為593.3 kg的歷史最佳數(shù)值。

EMS在能源計(jì)劃和實(shí)績管理模塊與能源分析與支持管理模塊中尚存在不足，部分模型的構(gòu)建尚有很大的改進(jìn)余地，特別是生產(chǎn)單元發(fā)生重大變化時(shí)，模型中變量需修正的數(shù)量過多，可以采用更加先進(jìn)的模型算法，提高系統(tǒng)的魯棒性、自適應(yīng)性，降低后續(xù)用戶進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)的工作量。

總之，EMS的開發(fā)與實(shí)施使得公司的能源管理水平得到進(jìn)一步的提升，實(shí)現(xiàn)了既定的企業(yè)整體節(jié)能降耗、降本增效的初始目標(biāo)。

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