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淺談能源管理係統在電子廠房中的應用

更新時間：2023-04-27

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hth下载地址陳聰

摘要：以能耗管理係統在工業廠房的應用為例，介紹了係統架構及功能。重點分析能耗管理係統在工業廠房實施過程中遇到的難點，並對係統采集的數據進行分析，提出了相應的節能措施，幫助該業廠房達到節約能耗和運行費用的目的。

0引言

隨著經濟和社會的持續發展，節能成為關係企業生存與發展的重要因素。當前住房和城鄉建設部正在建設國家機關辦公建築和大型公共建築能源管理係統，為建築節能的建設和發展提供了良好的數據平台。能源管理係統可以實現對能耗數據的采集、分析和遠傳。本文介紹該係統應用於某工業廠房的情況，將企業的生產管理、計量管理和節能管理提高到一個新的層次。

1項目簡介

該工業廠房位於江蘇省某市經濟開發區，總建築麵積約為5.7萬平方米，其中包括1號廠房，2號廠房和中央機房三個區域。1號廠房和2號廠房建築麵積均為26683平方米，廠房共三層，主要是LED芯片以及外延片的生產線和辦公室，其中生產線為淨化車間，有較高的恒溫恒是要求。中央機房建築麵積約為4千平方米，包含所有冷站機組和服務器。目前1號廠房的能耗管理係統已經施工完畢並投入使用中，之後還會對中央機房及2號廠房進行節能監測。

2項目難點分析

根據對工業廠房項目的調研，以及用戶對係統的要求，該項目主要有以下三個難點：

2.1在項目的實施過程中要盡可能利用工業廠房已有三相多功能電表，但根據計量需要，我們所加裝的電表和工廠已有電表是不同通訊協議的不同種類電表，為滿足工業廠房現有工作環境下傳輸的可靠性，底層數據采集無法通過以太網傳輸。如何設計一套既能實時采集數據，又具備高度可靠的傳輸性能的係統?

2.2由於管理人員要求對該廠進行分區域能耗監測管理，且用電量要以車間為單位進行核算，所以建築區域的劃分要以車間為*小單位。照明用電和動力用電在線路設計時就采用的每個車間單獨設置計量電表的方式。但是暖通空調係統是根據淨化和恒溫恒濕要求設計一個空調機組的送風同時分配到多個車間進行空氣調節，如何核定各車間的用電量?

2.3為了加強對能耗的管理，分析能耗使用情況，用戶要求每月係統要生成節能報表，包括excel表格，柱狀圖，餅圖和曲線圖。

2.4由於工業廠房為商業用電，不同時段電價不同在僅知道用電量的情況下，管理者並不能很好的掌握具體費用，為了達到企業既節約能源又降低費用的目的，用戶要求係統能有計費功能。為了解決用戶的以上需求，我們在現有係統的基礎上，又針對他們的特殊需求進行了開發。

3係統總體介紹

3.1係統架構設計

ezEMS能源管理係統(以下簡根據稱EMS係統)通過安裝分類和分項能耗計量裝置，采用遠程傳輸等手段及時采集能耗數據，實現重點能耗的在線監測和動態分析功能。該係統由能源管理平台、采集設備、終端計量設備三部分組成。EMS係統是三層體係架構，第一層在需要進行分項計量的設備處安裝多功能電表、氣表、水表、熱表；第二層用相應的能耗采集設備實現無人的、自動的能耗及相關數據的采集，為能源管理平台提供能耗分析的數據基礎；第三層通過數據倉庫的多維分析功能將采集器獲取的能耗及相關數據以圖、表等方展現給管理層，同時為管理層定期提供能耗分析報表。係統架構圖見圖1所示。

圖1係統架構圖

該項目原有品牌A三箱數字式多功能測控電表125塊，電表支持Modbus協議。

通過調研，決定在現有電表的基礎上對空調控溫和空調加濕進行單獨計量，共16個空調機組，用32塊品牌B電表單獨計量。如下圖2所示，原有電表用5個Modbus網關進行數據采集，新裝品牌B電表支持DL-T645協議，用3個645網關進行數據采集。8個網關將數據傳輸到工控機中的PCCAN,采用RS-485通信方式。綜上所述，EMS係統支持不同協議的不同品牌電表，並提供了穩定、可靠的傳輸功能，這種高集成性有助於項目的順利實施。

圖2現場計量示意圖

3.2能耗管理係統功能簡介

EMS係統能對建築設施整體能耗狀況進行實施監測和細致化管理；將電力、水、冷/熱量等多類能耗數據的透明化；為其他高級應用提供各類能耗的高精度數據；為建築設施的節能改造提供依據；對建築能耗總量進行統計和趨勢分析；優化建築能耗成本的結構。EMS係統通過采用實時能源監控、分戶分項能源統計分析、重點能耗設備監控、能耗費率分析等多種手段，使管理者能能在監測能耗的基礎上，對重點能耗部分進行節能改造或用電控製，從而起到節能作用。以下簡要介紹EMS係統在該工業廠房項目上的六點功能。

(1)可自定義建築結構

EMS係統將電表的數據劃分到廠房的辦公室、車間及其它公共區域，能夠通過電量區域架構圖清楚的看到每個區域的用電情況。根據調研發現淨化空調的高效送風口均勻分布於廠區，所以根據空調送風口個數(即送風量)采用按比例折算的方式計算得到虛擬電表的電量。用這個辦法將整個廠區按照生產車間進行了建築區域細分，便於該廠對各個生產段進行用電計量。由於照明用電和動力用電均按車間單獨計量，所以工業廠房的能耗分區實現了以車間為*小單位進行統計，以便管理者對各車間能耗成本比重和發展趨勢有準確的掌握，製定有的放矢的節能策略，並將節能指標分解到各個部門，使節能工作責任明確。

(2)分析報表

為了方便用戶掌握係統能耗特點，分析係統能耗規律，EMS係統可對能耗進行分項、分建築區域以及分支路的統計，生成多種能耗統計報表，如：

分項能耗報表：係統根據建築消耗各類能源的主要用途劃分進行采集和整理的能耗數據，分為空調用電、動力用電、照明用電、特殊用電四大項。該報表又可逐層分解為十六小類以便將建築能耗術語規範化，將用能係統各異的建築能耗歸一化，從而為管理者提供建築能耗橫向比較與分析的依據。

建築區域能耗報表：基於對建築區域的劃分標準，該報表向高層管理人員提供各個區域逐時、逐日、逐月、逐年的統計，使管理者清晰地掌握各單位每月/季、年的用能量。

支路能耗報表：能夠查看所有支路在各時段上的用電情況，為一下步的節能改造提供了重要的依據。

(3)能耗費用管理

能耗費用管理分為兩個部分：第一部分定義能耗費用的計劃名稱、計劃項目、地區名稱以及開始/結束日期(如下圖二所示);第二部分按照當地商業電價定義峰、平、穀三個不同時間段的電價(如下圖三所示)。

能耗費用管理分為兩個部分：第一部分定義能耗費用的計劃名稱、計劃項目、地區名稱以及開始/結束日期(如下圖二所示);第二部分按照當地商業電價定義峰、平、穀三個不同時間段的電價(如下圖四所示)。

圖3能耗費用管理圖 4能耗費用詳細信息管理

(4)底層設備配置管理

EMS係統豐富的表具類型支持和靈活的采集器管理可以滿足各種用戶需求，底層支持M-bus、MODBUS、DL-T645等常用協議的電表、水表、冷熱量表，能夠兼容目前市麵上絕大部分計量表具。表具管理直觀簡單，回路名稱、表具編號、所屬采集器等信息能夠在配置界麵上詳細的展現出來；每種表具所采集的數據種類可以靈活更改、配置。隻要是表具支持並能夠采集的數據，都可以直接在界麵上增減、更改，配置換算比例。各種表具可以靈活的通過采集器管理和電表、水表、冷熱量表管理進行分類、整理，並通過分項和建築區域劃分簡單直觀的將能耗在用戶界麵上表現出來。單個表具的能耗量還可以單獨從支路能耗中去查詢。

(5)用戶權限管理

EMS係統將用戶權限管理分為了用戶管理和角色管理兩個部分，使用時應先對角色進行定義，並為不同的角色分配對應的權限。如：

管理員角色：除基本功能外，可對其分配電度儀表管理，電建築區域管理，用戶權限管理等功能板塊。

用戶角色：隻對其開放查看電能分析，水量分析，分析報表等基礎功能，並且隻有查看權利不能對其進行配置。之後還要進入用戶管理界麵為不同用戶建立新的用戶名、密碼以及角色，這樣不同的用戶在使用時看到的界麵就是其所需要的那部分功能，提高了EMS係統的安全性，也有利於管理人員對該係統進行統一的控製與維護。

(6)專家係統

係統定期將工廠能耗使用情況做出統計，並通過專家係統對該運行期間累計的大量數據進行仿真運算，以便獲得節能量及節能收益數據，對能耗使用狀況給予評價。讓用戶能及時發現潛在的能耗超標現象，及時製定調整措施。

4實際項目數據分析

通過一段時間的穩定運行，我們將采集到的數據進行了分析，得出該工業廠房目前的能耗情況：日平均總能耗為50000kWh(費用約為30000元),單位麵積平均能耗1.9kWh/m2,。

本項目工業廠房實行的是三班製工作時間，工人輪流倒休，每天二十四小時生產線都會有生產活動，所以用電量每天變化都不大。如下圖5所示為該工廠一周的用電情況，每日用電總量均在50000kWh上下波動，因此後續僅對單日能耗數據進行分析。

圖5工廠日用電量累計圖

分別從EMS係統中選取建築區域電能分析餅圖(下圖6)和建築區域電能分析曲線圖(下圖7)對其進行說明。1號廠房按建築區域共分為十個大區域，分別為：外延一、外延二、芯片前、芯片後、QC、技術中心、廠區照明、廠務、辦公室、消防。其中外延一、外延二及廠務用電量較大，達到總用電量的75%,這三個區域建築麵積之和占總建築麵積的40%。因此外延和廠務工藝用能是工業廠房的能耗大戶和節能重點，管理人員在以後的節能工作中可以從這三個區域入手，進行用能控製或能耗改造，從而達到節能降耗的目的。

從建築區域電能分析曲線圖可以看出12:00-16:00和18:00-20:00為能耗高峰期，根據上述該市商業電價可以看出12:00-16:00電價為0.667元/kWh,18:00-20:00電價為1.112元/kWh。根據圖8給出的數據進行計算可得高峰期用電總費用為14779.46元，建議將能耗大的工序調至夜班零點到早上七點，若做次調整總電費降為5661.37元，節約電費9118.09元，可以節約電費約30%。針對以上用能情況該係統定期將分析報表發送給工廠管理層，他們采納了我們的節能建議，在未做任何節能改造的前提下，僅對工業流程進行了調整，便節省了大量運行費用，取得了顯著成效。

圖6建築區域電能分析餅圖

圖7建築區域電能分析曲線圖

圖8高峰期用電量統計

5AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平台

5.1平台概述

AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平台集變電站綜合自動化、電力監控、電能質量分析及治理、電氣安全、能耗分析、照明控製、設備運維於一體，為建立可靠、安全、高效的工廠能源管理體係提供數據支持。同時引入技術，配合廠務係統優化，簡化全廠管理，並利用實時數據，優化能效並預防風險，保障關鍵製造設備的穩定運行和良品率，降低綜合成本，*終達到高效運營和製造的目的。

5.2平台組成

hth下载地址AcrelEMS-SEMI電子廠房管理係統是一個深度集成的自動化平台，它集成了電力監控係統、變電所綜合自動化、電能質量監測與治理、電氣火災監控係統、消防設備電源係統、防火門監控係統、消防應急照明和疏散指示係統、智能照明控製係統、能耗監測係統、新能源充電樁、預付費係統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平台即可全局、整體的對電子廠房的用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足廠房用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

5.3平台拓撲圖

6平台子係統

6.1電力監控

電力監控主要針對10/0.4kV地麵或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用於測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電係統開關櫃、變壓器微機保護測控裝置、發電機控製櫃、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

6.2電能質量監測與治理

監測各進線回路電能質量，包括電壓暫降、諧波畸變、閃變等數據波形記錄，進而判斷配電係統擾動方向。

配置有源濾波裝置和無功補償裝置對0.4kV側電能質量進行補償和治理，並監測有源濾波裝置和無功補償裝置運行情況，確保電能質量符合生產要求。

6.3變電站綜合自動化

變電站綜合自動化係統主要針對110kV變電站、10kV變電所和10kV柴油發電機部分，在變電站設置Acrel-1000變電站綜合自動化係統子站，實現本地遙測、遙信、遙控、報警、報表等功能，並把數據上傳至AcrelEMS-SEMI能效管理平台，實現集中監測和報警。

6.4電氣安全

AcrelEMS電子廠房能效管理係統針對配電係統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，並且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

6.5智能照明控製

單控、區域控製、自動控製、感應控製、定時控製、場景控製、調光控製等多種控製方式。

6.6能耗分析

AcrelEMS電子廠房能效管理係統為工廠搭建計量體係，顯示能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助企業分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。從能源使用種類、監測區域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對工廠用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。