安科瑞 陳聰

 Application of energy management system in bio-pharmaceutical industry

摘要：根據(jù)生物制品類企業(yè)的電力能源使用特點(diǎn)，制定了符合公司實(shí)際情況的能源管理系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的架構(gòu)及其在企業(yè)的應(yīng)用情況，提升了公司能源數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，優(yōu)化了公司能源分配，降低了公司電力能源消耗，有針對(duì)性地解決了公司生產(chǎn)活動(dòng)中的能源損耗問題。

關(guān)鍵詞：能源管理；數(shù)據(jù)分析；電能計(jì)量；節(jié)能減排

0引言Introduction

能源是推動(dòng)人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)資料。生物類企業(yè)對(duì)能源進(jìn)行科學(xué)合理的測(cè)量和監(jiān)控對(duì)于其生產(chǎn)的制品質(zhì)量起關(guān)鍵性作用。生物制藥企業(yè)在生產(chǎn)制品時(shí)要求設(shè)備不間斷工作，而持續(xù)不斷地提供能源是實(shí)現(xiàn)該條件的基本要求。企業(yè)根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)，加強(qiáng)能源監(jiān)管，制定合理的能源管理體系，既可以提升生產(chǎn)效率，又可以降低生產(chǎn)成本，使企業(yè)在市場(chǎng)上具備更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1企業(yè)電力能源消耗簡(jiǎn)介

Brief introduction of enterprise electric energy consumption

生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)是一個(gè)技術(shù)含量高、投資高、收入高、風(fēng)險(xiǎn)高的高科技產(chǎn)業(yè)。其高科技不僅體現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格要求上，還體現(xiàn)在對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境的高要求上。較長(zhǎng)的研發(fā)周期，高昂的前期成本使其投入大量資金建造符合GMP要求和生物產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的清潔工廠和其他公共能源系統(tǒng)設(shè)施。

根據(jù)我公司年度主要能源消耗統(tǒng)計(jì)，總能耗約為兩萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。根據(jù)調(diào)查、分析，能源系統(tǒng)全年帶負(fù)荷運(yùn)行，能源消耗量隨季節(jié)、時(shí)間出現(xiàn)周期性變化，夏季、冬季電能消耗大，春季、秋季電能消耗量較?。话滋炷茉聪拇?，夜晚能源消耗較小，能源運(yùn)行存在不平衡的特點(diǎn)。

2電力能源管理系統(tǒng)架構(gòu)

Architecture of the Electric Energy Management System

能源管理系統(tǒng)是以能源計(jì)量、數(shù)據(jù)傳輸及分析為一體的實(shí)時(shí)性管理系統(tǒng)。它依托有線網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)企業(yè)動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、能耗綜合統(tǒng)計(jì)分析、成本分?jǐn)?、?duì)高耗能負(fù)載設(shè)備進(jìn)行特性分析，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化分配，更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。 

企業(yè)能源管理系統(tǒng)由在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、能源數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、能源運(yùn)行監(jiān)管系統(tǒng)、能效分析管理系統(tǒng)等構(gòu)成。

2.1電力能源管理系統(tǒng)功能Power energy management system functions

能源管理系統(tǒng)主要由能源監(jiān)管、監(jiān)控和能源信息平臺(tái)組成。其中能源管理平臺(tái)由服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、智能數(shù)據(jù)采集器和前置機(jī)等設(shè)備組成。能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、統(tǒng)計(jì)、分析的處理平臺(tái)。能源信息平臺(tái)是指由末端能耗儀表組成的采集層網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

2.2電力能源采集方式Electric energy collection method

隨著我公司一、二、三級(jí)能源計(jì)量設(shè)備的逐步完善，對(duì)能源數(shù)據(jù)的實(shí)效性和準(zhǔn)確性有了更高的要求，人工抄表方式已不能滿足上述要求。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化、準(zhǔn)確化管理，就要采用技術(shù)、精度高、可靠性好的智能采集設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工作業(yè)。

我公司供電性質(zhì)為負(fù)荷企業(yè)，中心配電室為雙回路供電。車間采用電子式電能計(jì)量表對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量，能夠提供高精度的三相電壓、電流和功率等基本測(cè)量數(shù)據(jù)，具有復(fù)費(fèi)率計(jì)算、需量計(jì)算、諧波計(jì)算等多種功能；采用便于功能擴(kuò)展的模塊化設(shè)計(jì)和易于讀取數(shù)據(jù)的大屏幕顯示。車間根據(jù)裝配電能表的數(shù)量，通過選擇16端口、8端口、4端口智能數(shù)據(jù)采集器來滿足需求。采集器作為計(jì)量設(shè)備與控制主機(jī)之間的橋梁，其規(guī)約轉(zhuǎn)換功能能夠代替前置機(jī)選擇不同的采集規(guī)約，實(shí)時(shí)采集各種智能設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)信息的匯總及處理。

2.3網(wǎng)絡(luò)通信功能Network communication function

能源監(jiān)控系統(tǒng)采用總線、RS485通信線、以太網(wǎng)線、光纖等多種通信方式。該系統(tǒng)可兼容其他通信設(shè)備，通過監(jiān)控大屏實(shí)時(shí)顯示能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和在線運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)與項(xiàng)目相關(guān)的能源監(jiān)控需求，每個(gè)能源子系統(tǒng)圖可以根據(jù)需求或?qū)嶋H運(yùn)行條件進(jìn)行修改和配置，系統(tǒng)將根據(jù)修改后的條件實(shí)時(shí)反映運(yùn)行參數(shù)。

3電力能源管理系統(tǒng)應(yīng)用Application of electric energy management system

電力能源管理系統(tǒng)向公司局域網(wǎng)發(fā)布能源數(shù)據(jù)，具體指標(biāo)包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)報(bào)告、分析比較、事故報(bào)警、目標(biāo)管理、節(jié)能評(píng)估等。管理者和技術(shù)人員可以在相應(yīng)權(quán)限下讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。該平臺(tái)可以充分體現(xiàn)各種功能，界面清晰明了，易于理解，通俗易懂。

3.1.1電能數(shù)據(jù)采集 Power data acquisition

（1）能耗數(shù)據(jù)采集方式有智能設(shè)備采集和人工抄表兩種方式。采集器可獨(dú)立保存15～30天的歷史數(shù)據(jù)，防止網(wǎng)絡(luò)中斷恢復(fù)后的數(shù)據(jù)補(bǔ)錄。

（2）自動(dòng)采集的智能儀表數(shù)據(jù)支持RS485、M-BUS或以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口和標(biāo)準(zhǔn)MODBUS、DLT-645、CJT-188等通信協(xié)議，針對(duì)采用非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約的儀表支持通信接口程序的開發(fā)，確保數(shù)據(jù)的正常采集。

（3）數(shù)據(jù)自動(dòng)采集間隔不超過1 min，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)間隔可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活設(shè)置，存儲(chǔ)間隔支持5 min。 

（4）主要采集參數(shù)包括三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電度等。

3.1.2電能數(shù)據(jù)報(bào)表Power data report

（1）系統(tǒng)提供分類、分項(xiàng)、分區(qū)域等固定格式的能耗統(tǒng)計(jì)日、周、月、季、年報(bào)表。 

（2）系統(tǒng)支持創(chuàng)建新的符合管理人員實(shí)際管理需求的能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表。 

（3）所有報(bào)表支持手動(dòng)生成和定期自動(dòng)生成及郵件分發(fā)。 

（4）所有系統(tǒng)報(bào)表均可支持辦公自動(dòng)化軟件（Excel）。

3.1.3設(shè)備信息管理Equipment information management

（1）計(jì)量?jī)x表信息管理?？伸`活定義各采集點(diǎn)計(jì)量器具的用能屬性、歸屬關(guān)系，系統(tǒng)按照儀表屬性自動(dòng)完成對(duì)應(yīng)能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；計(jì)量?jī)x表在線狀態(tài)可視化監(jiān)視，并實(shí)現(xiàn)儀表故障報(bào)警；進(jìn)行儀表數(shù)據(jù)的完整性統(tǒng)計(jì)，當(dāng)存在數(shù)據(jù)缺失時(shí)，能進(jìn)行數(shù)據(jù)合理性評(píng)估，并提醒運(yùn)行人員進(jìn)行檢查和維護(hù)；支持儀表內(nèi)部參數(shù)的遠(yuǎn)程查詢與設(shè)置，參數(shù)包括儀表地址、通信速率、接線模式、CT變比、PT變比等。 

（2）用能設(shè)備信息管理。系統(tǒng)可以按照設(shè)備用能屬性，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的分類管理；可以監(jiān)控用能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及關(guān)鍵參數(shù)，建立設(shè)備資產(chǎn)管理和維護(hù)管理文件；對(duì)設(shè)備的歷史維護(hù)記錄和維護(hù)計(jì)劃進(jìn)行在線管理，使得生產(chǎn)過程安全、穩(wěn)定。

3.1.4系統(tǒng)安全管理System safety management

（1）用戶管理。系統(tǒng)可以根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建、刪除用戶，允許管理員負(fù)責(zé)管理組內(nèi)用戶。 

（2）權(quán)限管理。系統(tǒng)登陸需通過用戶密碼和權(quán)限驗(yàn)證，并對(duì)所有操作事件進(jìn)行記錄。支持分級(jí)授權(quán)機(jī)制，不同管理權(quán)限人員可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定進(jìn)行分級(jí)訪問。

（3）日志管理。系統(tǒng)記錄/查詢用戶的各項(xiàng)操作、報(bào)警信息等，記錄/查詢自身運(yùn)行過程中的錯(cuò)誤、診斷日志信息。

3.2能源消耗分析與管理Energy consumption analysis and management

根據(jù)生物制藥企業(yè)藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)所需能源進(jìn)行能源管理。依據(jù)能源平臺(tái)分析得出的數(shù)據(jù)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程中的能源進(jìn)行成本分?jǐn)?，促使各生產(chǎn)車間改進(jìn)生產(chǎn)工藝和促使高耗能設(shè)備設(shè)施的更新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)各部門和生產(chǎn)車間能源消耗的管理，科學(xué)準(zhǔn)確地定義和分析各部門團(tuán)隊(duì)的能源消耗成本，方便財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)核算，將能源成本分?jǐn)偟礁鞑块T，分析各部門的能源消耗情況，分析能源消耗成本影響，維護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等。

4安科瑞工業(yè)能耗管理平臺(tái)介紹Introduction of Acrel industrial energy consumption management platform

4.1平臺(tái)架構(gòu)介紹Platform Architecture Introduction

安科瑞能源管控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的可靠性與實(shí)時(shí)性，主要由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層（能源計(jì)量終端）、通訊管理層（通訊管理終端）和主站層（能源監(jiān)控平臺(tái)）三個(gè)部分組成。

以上三個(gè)部分分別貫穿整個(gè)系統(tǒng)的全部結(jié)構(gòu)。能源管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)按照能源管理的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足以上三部分的同時(shí)，增加了部分分析、監(jiān)控、決策和發(fā)布平臺(tái)。

圖4 工業(yè)能耗管理平臺(tái)架構(gòu)組成

FIG. 4 Architecture composition of industrial energy consumption management platform

4.2平臺(tái)功能介紹 Platform function introduction

圖5 工業(yè)能耗管理功能示意圖

FIG. 5 Function diagram of industrial energy consumption management

4.2.1可視化展示 Visual presentation

展示企業(yè)各類能耗總量、折標(biāo)值、能源成本、能源消耗趨勢(shì)、分項(xiàng)能耗占比、區(qū)域能源消耗對(duì)比,以及當(dāng)前天氣情況、污染情況，并三維展示企業(yè)重要工藝或工段的能源消耗動(dòng)態(tài)。

4.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)控 Real-time monitoring

對(duì)企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報(bào)警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測(cè)各個(gè)點(diǎn)位的運(yùn)作情況，同時(shí)能更快速的掌握點(diǎn)位的報(bào)警。

4.2.3用能統(tǒng)計(jì) Energy consumption statistical

從能源使用種類、監(jiān)測(cè)區(qū)域、生產(chǎn)工藝/工段時(shí)間、分項(xiàng)等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對(duì)企業(yè)用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、折標(biāo)對(duì)比，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源 分配策略，減少能源使用過程中的浪費(fèi)。

4.2.4單耗統(tǒng)計(jì)Single consumption statistics

與企業(yè)MES系統(tǒng)對(duì)接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢(shì)圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.2.5績(jī)效分析Performance Analysis

對(duì)各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、產(chǎn)線、工段等進(jìn)行日、周、月、年、相應(yīng)時(shí)段，結(jié)合能源計(jì)劃或定額制定的績(jī)效指標(biāo)進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力。

4.2.6能耗預(yù)測(cè)Energy consumption prediction

通過對(duì)企業(yè)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備等的能耗使用情況進(jìn)行分析，建立能耗計(jì)算模型，根據(jù)人工智能算法對(duì)數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行修正，對(duì)未來企業(yè)能耗趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，為節(jié)能提供合理的決策依據(jù)。

4.2.7運(yùn)行監(jiān)測(cè)Operation monitoring

系統(tǒng)對(duì)區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測(cè)設(shè)備及工藝運(yùn)行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運(yùn)行監(jiān)視?？芍苯訌膭?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時(shí)間等維度查詢相關(guān)能源用量。

4.2.8分析報(bào)告Analysis report

以年、月、日對(duì)企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運(yùn)行情況、運(yùn)維情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，讓用戶了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改良點(diǎn)，以及針對(duì)用能情況挖掘節(jié)能潛力。

4.2.9移動(dòng)端支持terminal support

APP支持Android、IOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設(shè)備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標(biāo)、用能預(yù)測(cè)、運(yùn)行監(jiān)視、異常報(bào)警等。

4.3工業(yè)能耗平臺(tái)設(shè)備選型Equipment selection for industrial energy consumption platform

表1 工業(yè)能耗管理設(shè)備選型表

5結(jié)束語Conclusion

使用、開發(fā)公司能源管理系統(tǒng)，可彌補(bǔ)生物制藥企業(yè)在能源管理方面的短板，應(yīng)用數(shù)字化的能源信息，方便管理者直觀讀取企業(yè)能源消耗情況。相較于以往人工抄表的方式，自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、智能化的能源管理系統(tǒng)很大地提高了工作效率，也為后期準(zhǔn)確化能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析及記錄提供條件。

5.1系統(tǒng)運(yùn)行連續(xù)、可靠、安全 The system runs continuously, reliably and safely

能源管理系統(tǒng)根據(jù)生物制藥企業(yè)的能源使用特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)功能做出相應(yīng)改進(jìn)。系統(tǒng)可連續(xù)可靠地對(duì)公司能耗指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估、匹配，加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵能耗數(shù)據(jù)及能耗設(shè)備的監(jiān)控。

5.2系統(tǒng)操作使用簡(jiǎn)便 The system is easy to operate and use

從能源管理人員的分析和總結(jié)到相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的審核和批準(zhǔn)，從部門能源管理到企業(yè)能源總結(jié)和報(bào)告，整個(gè)工作流程清晰易懂，符合整體能源管理要求和企業(yè)能源管理標(biāo)準(zhǔn)。 

5.3系統(tǒng)監(jiān)管簡(jiǎn)潔合理 System supervision is simple and effective

該系統(tǒng)根據(jù)EMS模式進(jìn)行能源數(shù)據(jù)管理，使得系統(tǒng)運(yùn)行簡(jiǎn)潔，對(duì)分散能源數(shù)據(jù)進(jìn)行集中化管理控制。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果提出相對(duì)應(yīng)的解決方法，實(shí)現(xiàn)企業(yè)制定的能源節(jié)約目標(biāo)。 

5.4實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理 Implementation of fine management

通過能源管理系統(tǒng)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)信息采集，很大地提升了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)能源精細(xì)化管理。

參考文獻(xiàn) Bibliography

[1] 石巍.能源管理系統(tǒng)在生物制藥企業(yè)中的應(yīng)用[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2011.

[2] 胡德鵬，祁駿飛，孟任，蔣井明，劉大明.生物制藥企業(yè)電力能源管理系統(tǒng)應(yīng)用[J].電氣工程與自動(dòng)化.2019.08.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.