安科瑞 陳聰

 Application of energy management system in bio-pharmaceutical industry

摘要：根據生物制品類企業(yè)的電力能源使用特點，制定了符合公司實際情況的能源管理系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的架構及其在企業(yè)的應用情況，提升了公司能源數據的實時監(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，有針對性地解決了公司生產活動中的能源損耗問題。

關鍵詞：能源管理；數據分析；電能計量；節(jié)能減排

0引言Introduction

能源是推動人類經濟發(fā)展的重要物質資料。生物類企業(yè)對能源進行科學合理的測量和監(jiān)控對于其生產的制品質量起關鍵性作用。生物制藥企業(yè)在生產制品時要求設備不間斷工作，而持續(xù)不斷地提供能源是實現該條件的基本要求。企業(yè)根據生產經營特點，加強能源監(jiān)管，制定合理的能源管理體系，既可以提升生產效率，又可以降低生產成本，使企業(yè)在市場上具備更強的競爭力。

1企業(yè)電力能源消耗簡介

Brief introduction of enterprise electric energy consumption

生物醫(yī)藥產業(yè)是一個技術含量高、投資高、收入高、風險高的高科技產業(yè)。其高科技不僅體現在產品質量的高標準和嚴格要求上，還體現在對生產設備和生產環(huán)境的高要求上。較長的研發(fā)周期，高昂的前期成本使其投入大量資金建造符合GMP要求和生物產品標準的清潔工廠和其他公共能源系統(tǒng)設施。

根據我公司年度主要能源消耗統(tǒng)計，總能耗約為兩萬噸標準煤。根據調查、分析，能源系統(tǒng)全年帶負荷運行，能源消耗量隨季節(jié)、時間出現周期性變化，夏季、冬季電能消耗大，春季、秋季電能消耗量較小；白天能源消耗大，夜晚能源消耗較小，能源運行存在不平衡的特點。

2電力能源管理系統(tǒng)架構

Architecture of the Electric Energy Management System

能源管理系統(tǒng)是以能源計量、數據傳輸及分析為一體的實時性管理系統(tǒng)。它依托有線網絡通信，實現企業(yè)動力系統(tǒng)實時監(jiān)控、能耗綜合統(tǒng)計分析、成本分攤、對高耗能負載設備進行特性分析，實現能源的優(yōu)化分配，更好地實現節(jié)能減排。 

企業(yè)能源管理系統(tǒng)由在線監(jiān)測數據采集系統(tǒng)、能源數據傳輸系統(tǒng)、能源運行監(jiān)管系統(tǒng)、能效分析管理系統(tǒng)等構成。

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)控和能源信息平臺組成。其中能源管理平臺由服務器、數據庫、智能數據采集器和前置機等設備組成。能源監(jiān)測系統(tǒng)是對能耗數據進行采集、統(tǒng)計、分析的處理平臺。能源信息平臺是指由末端能耗儀表組成的采集層網絡平臺。

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

隨著我公司一、二、三級能源計量設備的逐步完善，對能源數據的實效性和準確性有了更高的要求，人工抄表方式已不能滿足上述要求。為了實現數據實時化、準確化管理，就要采用技術、精度高、可靠性好的智能采集設備代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工作業(yè)。

我公司供電性質為負荷企業(yè)，中心配電室為雙回路供電。車間采用電子式電能計量表對電能進行計量，能夠提供高精度的三相電壓、電流和功率等基本測量數據，具有復費率計算、需量計算、諧波計算等多種功能；采用便于功能擴展的模塊化設計和易于讀取數據的大屏幕顯示。車間根據裝配電能表的數量，通過選擇16端口、8端口、4端口智能數據采集器來滿足需求。采集器作為計量設備與控制主機之間的橋梁，其規(guī)約轉換功能能夠代替前置機選擇不同的采集規(guī)約，實時采集各種智能設備的數據信息，實現信息的匯總及處理。

2.3網絡通信功能Network communication function

能源監(jiān)控系統(tǒng)采用總線、RS485通信線、以太網線、光纖等多種通信方式。該系統(tǒng)可兼容其他通信設備，通過監(jiān)控大屏實時顯示能源系統(tǒng)的運行狀態(tài)和在線運行參數。根據與項目相關的能源監(jiān)控需求，每個能源子系統(tǒng)圖可以根據需求或實際運行條件進行修改和配置，系統(tǒng)將根據修改后的條件實時反映運行參數。

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

電力能源管理系統(tǒng)向公司局域網發(fā)布能源數據，具體指標包括實時監(jiān)控、統(tǒng)計報告、分析比較、事故報警、目標管理、節(jié)能評估等。管理者和技術人員可以在相應權限下讀取相關數據。該平臺可以充分體現各種功能，界面清晰明了，易于理解，通俗易懂。

3.1.1電能數據采集 Power data acquisition

（1）能耗數據采集方式有智能設備采集和人工抄表兩種方式。采集器可獨立保存15～30天的歷史數據，防止網絡中斷恢復后的數據補錄。

（2）自動采集的智能儀表數據支持RS485、M-BUS或以太網標準接口和標準MODBUS、DLT-645、CJT-188等通信協議，針對采用非標準規(guī)約的儀表支持通信接口程序的開發(fā)，確保數據的正常采集。

（3）數據自動采集間隔不超過1 min，數據存儲間隔可根據實際需求進行靈活設置，存儲間隔支持5 min。 

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

3.1.2電能數據報表Power data report

（1）系統(tǒng)提供分類、分項、分區(qū)域等固定格式的能耗統(tǒng)計日、周、月、季、年報表。 

（2）系統(tǒng)支持創(chuàng)建新的符合管理人員實際管理需求的能耗統(tǒng)計報表。 

（3）所有報表支持手動生成和定期自動生成及郵件分發(fā)。 

（4）所有系統(tǒng)報表均可支持辦公自動化軟件（Excel）。

3.1.3設備信息管理Equipment information management

（1）計量儀表信息管理。可靈活定義各采集點計量器具的用能屬性、歸屬關系，系統(tǒng)按照儀表屬性自動完成對應能耗數據統(tǒng)計；計量儀表在線狀態(tài)可視化監(jiān)視，并實現儀表故障報警；進行儀表數據的完整性統(tǒng)計，當存在數據缺失時，能進行數據合理性評估，并提醒運行人員進行檢查和維護；支持儀表內部參數的遠程查詢與設置，參數包括儀表地址、通信速率、接線模式、CT變比、PT變比等。 

（2）用能設備信息管理。系統(tǒng)可以按照設備用能屬性，實現設備的分類管理；可以監(jiān)控用能設備的運行狀態(tài)及關鍵參數，建立設備資產管理和維護管理文件；對設備的歷史維護記錄和維護計劃進行在線管理，使得生產過程安全、穩(wěn)定。

3.1.4系統(tǒng)安全管理System safety management

（1）用戶管理。系統(tǒng)可以根據需要創(chuàng)建、刪除用戶，允許管理員負責管理組內用戶。 

（2）權限管理。系統(tǒng)登陸需通過用戶密碼和權限驗證，并對所有操作事件進行記錄。支持分級授權機制，不同管理權限人員可根據系統(tǒng)設定進行分級訪問。

（3）日志管理。系統(tǒng)記錄/查詢用戶的各項操作、報警信息等，記錄/查詢自身運行過程中的錯誤、診斷日志信息。

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

根據生物制藥企業(yè)藥品生產質量管理規(guī)范，對企業(yè)生產所需能源進行能源管理。依據能源平臺分析得出的數據對企業(yè)生產過程中的能源進行成本分攤，促使各生產車間改進生產工藝和促使高耗能設備設施的更新換代，實現各部門和生產車間能源消耗的管理，科學準確地定義和分析各部門團隊的能源消耗成本，方便財務數據核算，將能源成本分攤到各部門，分析各部門的能源消耗情況，分析能源消耗成本影響，維護基礎數據等。

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

4.1平臺架構介紹Platform Architecture Introduction

安科瑞能源管控系統(tǒng)采用分層分布式網絡結構，具有良好的可靠性與實時性，主要由現場設備層（能源計量終端）、通訊管理層（通訊管理終端）和主站層（能源監(jiān)控平臺）三個部分組成。

以上三個部分分別貫穿整個系統(tǒng)的全部結構。能源管理系統(tǒng)總體設計結構按照能源管理的基本結構設計，滿足以上三部分的同時，增加了部分分析、監(jiān)控、決策和發(fā)布平臺。

圖4 工業(yè)能耗管理平臺架構組成

FIG. 4 Architecture composition of industrial energy consumption management platform

4.2平臺功能介紹 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、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區(qū)域能源消耗對比,以及當前天氣情況、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態(tài)。

4.2.2實時監(jiān)控 Real-time monitoring

對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠實時的監(jiān)測各個點位的運作情況，同時能更快速的掌握點位的報警。

4.2.3用能統(tǒng)計 Energy consumption statistical

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、生產工藝/工段時間、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、折標對比，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。

4.2.4單耗統(tǒng)計Single consumption statistics

與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產品產量以及系統(tǒng)采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

4.2.5績效分析Performance Analysis

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區(qū)域、產線、工段等進行日、周、月、年、相應時段，結合能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節(jié)能潛力。

4.2.6能耗預測Energy consumption prediction

通過對企業(yè)生產工藝、生產設備等的能耗使用情況進行分析，建立能耗計算模型，根據人工智能算法對數據和模型進行修正，對未來企業(yè)能耗趨勢進行預測分析，為節(jié)能提供合理的決策依據。

4.2.7運行監(jiān)測Operation monitoring

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監(jiān)測設備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視?？芍苯訌膭討B(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

4.2.8分析報告Analysis report

以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行統(tǒng)計分析，讓用戶了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發(fā)現設備異常，從而找出改良點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

4.2.9移動端支持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、用能預測、運行監(jiān)視、異常報警等。

4.3工業(yè)能耗平臺設備選型Equipment selection for industrial energy consumption platform

表1 工業(yè)能耗管理設備選型表

5結束語Conclusion

使用、開發(fā)公司能源管理系統(tǒng)，可彌補生物制藥企業(yè)在能源管理方面的短板，應用數字化的能源信息，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，自動化、實時化、智能化的能源管理系統(tǒng)很大地提高了工作效率，也為后期準確化能源數據統(tǒng)計、分析及記錄提供條件。

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

能源管理系統(tǒng)根據生物制藥企業(yè)的能源使用特點，對系統(tǒng)功能做出相應改進。系統(tǒng)可連續(xù)可靠地對公司能耗指標進行評估、匹配，加強對關鍵能耗數據及能耗設備的監(jiān)控。

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

從能源管理人員的分析和總結到相關領導的審核和批準，從部門能源管理到企業(yè)能源總結和報告，整個工作流程清晰易懂，符合整體能源管理要求和企業(yè)能源管理標準。 

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

該系統(tǒng)根據EMS模式進行能源數據管理，使得系統(tǒng)運行簡潔，對分散能源數據進行集中化管理控制。根據數據分析結果提出相對應的解決方法，實現企業(yè)制定的能源節(jié)約目標。 

5.4實現精細化管理 Implementation of fine management

通過能源管理系統(tǒng)的自動化數據信息采集，很大地提升了數據的實時性和準確性，實現能源精細化管理。

參考文獻 Bibliography

[1] 石巍.能源管理系統(tǒng)在生物制藥企業(yè)中的應用[D].上海：復旦大學，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)應用[J].電氣工程與自動化.2019.08.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版.