珠海罗西尼表业有限公司设备部 高 波

珠海派诺科技股份有限公司软件部 夏俊武 刘玉明

0 引言

国务院印发“十三五”节能减排综合工作方案。总体要求：全面贯彻党的十八大和十八届三中、四中、五中、六中全会精神，深入贯彻习近平总书记系列重要讲话精神，认真落实党中央、国务院决策部署，紧紧围绕“五位一体”总体布局和“四个全面”战略布局，牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，落实节约资源和保护环境基本国策，以提高能源利用效率和改善生态环境质量为目标，以推进供给侧结构性改革和实施创新驱动发展战略为动力，坚持政府主导、企业主体、市场驱动、社会参与，加快建设资源节约型、环境友好型社会，确保完成“十三五”节能减排约束性目标，保障人民群众健康和经济社会可持续发展，促进经济转型升级，实现经济发展与环境改善双赢，为建设生态文明提供有力支撑。主要目标：到2020年，全国万元国内生产总值能耗比2015年下降15%，能源消费总量控制在50亿吨标准煤以内。全国化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物排放总量分别控制在2001万吨、207万吨、1580万吨、1574万吨以内，比2015年分别下降10%、10%、15%和15%。全国挥发性有机物排放总量比2015年下降10%以上。

实行强度和总量双控制。落实能源消费总量和单位生产总值能耗“双控”措施，坚持节约优先的能源战略，合理引导能源需求，提升能源利用效率，基本形成以低碳能源满足新增能源需求的能源发展格局，建立科学合理的分解落实和考核机制，严格控制煤炭消费，实施珠三角地区煤炭消费减量管理。“十三五”时期，全省能源消费总量控制在3.38亿吨标准煤左右，其中煤炭消费总量控制在1.75亿吨以内，珠三角地区煤炭消费总量负增长；全社会用电量约6700亿千瓦时，基本保持“十二五”期年均增速水平；能源利用效率进一步提高。全面完成国家下达的主要节能减排指标任务，持续保持全国节能减排排头兵地位。到2020年，全省万元GDP能耗比2015年下降17%。

1 项目概况

珠海罗西尼表业有限公司是以钟表制造和钟表工业旅游为主的工业制造型企业，罗西尼钟表博物馆是由珠海罗西尼表业有限公司出资建成、珠海市文体旅游局批准设立、珠海市民政局登记的文化类博物馆。博物馆先后荣获“珠海市工业旅游示范单位”、“珠海市文化旅游示范单位”、“珠海市科普教育基地”、“广东省科普教育基地”、“4A国家级旅游景区”等荣誉称号。珠海罗西尼表业有限公司先后荣获珠海市质量奖，广东省质量奖，国家质量奖。

企业能源类型以电、水为主。厂区供电主要涉及到办公室、中央空调和车间大型用电生产设备；厂区供水主要涉及到生活集中用水、园林绿化用水等。

基于设备效率的能源管理系统设计方面贯彻以下几个基本原则：

（1）按照“统一规划，分步实施，逐步投用”的原则，对罗西尼能源管理中心系统项目进行统一规划、设计。

（2）整体系统必须保持初步整合、功能完善的特点，确保系统的完整性、规范性和一致性。

（3）使用先进、成熟、实用和具有良好兼容性的技术，使得系统贯穿能源和设备效率的生命周期管理，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。

（4）可靠性：高效稳定的系统，能提供全年365*7*24小时的连续运行。

（5）可操作性：采用先进且易于使用的、美观大方的、中文的图形人机界面功能，提供便利的信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。

（6）高效率性：注重各子系统的信息共享，提高整个系统高效率的传输与运行能力。

（7）实时性：设备和终端必须反应快速，充分配合实时性的需求。

（8）完整性：提供与各种外界系统的通信功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运作上。

（9）安全性：通过在系统部署相关安全措施、以有效地确保系统各个层次安全（包括系统、网络、应用与工艺配套安全等），包括有效的防病毒技术措施。

（10）可扩展性：把各子系统有机结合起来，充分考虑将来管理需求的提升，所提供的系统平台与技术将充分考虑未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资。

2 项目目标

本项目针对罗西尼表业能耗监测及设备运行管理效率需求，主要实现分类能耗(电、水、数据采集和分项计量)、重点设备利用率（设备利用效率OEE、完全有效生产率TEEP）。监测及运行管理统计对比分析,最终目标是通过建立该能耗和设备利用率在线监测及分析管理平台，对厂区的能源供给、能源转换以及设备利用率的全过程实施动态平衡管理，及时发现存在效率偏差的问题，依据详尽而准确的数据帮助用户进行有效管理，实现主动型、精细化的工业管理机制，以便建立长期、可持续化实现节能增效的目标。

总体目标确定如下：

项目覆盖的范围：区域覆盖办公楼、宿舍楼、生产楼；能源包括：电、水；重点生产设备利用率，包括设备利用效率OEE和完全有效生产率TEEP。

（1）监测：项目要解决的问题是能耗数据在线监控、能耗统计及分析、重点用能设备管理、能耗告警等。

（2）效率：通过分析生产设备效率OEE和完全有效生产率TEEP，分析设备在不同时段的开机时间和有效使用率，及时发现设备空转、长时间待机或利用率低下等问题，提高生产效率和自动化管理水平。

（3）安全：保障生产的供电安全和延长机电设备运行寿命，通过智慧能源云平台的实施，实时监测和监控配电和机电设备，通过工单的流转提高工作效率的同时，全面提高供能设备的安全运行。

3 系统框架及计量点设计

3.1 系统框架

综合能源管控平台(Smart PIEMS)后台设置在控制室，主要通过智慧物联网大数据采集平台（Smart IOServer）采集远传智能电表、远传水表和PLC等数据，并通过人工手动录入或集成ERP数据，将产品产量、合格品数量、生产用时、生产理论用时、非生产损耗时间等数据对接到系统后台集中处理，并在综合能源管平台(Smart PIEMS)上进行统一的数据分析和展示。

图1 平台框架图

为实现能耗数据的在线实时监控，项目系统部署在企业机房内的私有云服务器上。基于分散采集、集中管理的思想，综合能效管理平台(Smart PIEMS)采用三层架构两层网络部署，分别为应用管理层、网络汇聚层、设备采集层。

应用管理层是系统的核心组成部分，是各类能耗数据、设备运行状态信息、环境条件信息等的集中处理、分析与评估层，同时将分析数据通过友好的人机界面进行展示。

网络汇聚层是连接应用管理层与设备采集层的中间环节，负责把分散的能耗数据上传到应用管理层。同时，该层也是系统与其他智能化系统对接的中间接口，实现系统之间的数据共享。网络汇聚层设备一般包括通讯管理机、工业网络交换机等。其传输介质一般为RS485总线（RVSP 2*0.75屏蔽双绞线）、四芯单模光纤（GYXTW-4）和超五类网线（UTP5）。其中RS485总线负责连接设备采集层设备与通讯管理机，通讯管理机与应用管理层之间的连接通常会选择四芯单模光纤或者超五类（UTP）网线。

设备采集层是系统的数据来源，系统大部分基础数据来自该层。该层设备除具有传统的计量功能外，还需要具有RS485通讯接口，支持Modbus通讯协议，可准确计量现场能耗数据并传送至通讯管理机；对于第三方系统的接入，支持OPC等其他标准接口，实现有效的数据共享。

3.2 计量点位设计

项目计量点位设计PLC数据接口、155块智能电力仪表、10台MODBUS通讯水表（如表1所示），系统支持能源四级监测，依次为：楼栋—楼层—办公区域—重点设备。

表1

3.3 设备利用率模型设计

3.3.1 设备综合效率

OEE（Overall Equipment Effectiveness），即设备综合效率，计算公式如下：

OEE＝时间开动率×性能开动率×合格品率×100%

在OEE的计算公式中，时间开动率反映了设备的时间利用情况；性能开动率反映了设备的性能发挥情况；而合格品率则反映了设备的有效工作情况。也就是说：一条生产线的可用时间只占运行时间的一部分，在此期间可能只发挥部分的性能，而且可能只有部分产品是合格品。如果追究OEE的本质内涵，其实就是计算周期内用于加工的理论时间和负荷时间的百分比。

OEE＝(理论加工周期×合格产量)/负荷时间＝合格产品的理论加工总时间/负荷时间这也就是实际产量与负荷时间内理论产量的比值。

图2 设备综合效率

3.3.2 完全有效生产率

TEEP（Total Effective Equipment Performance），即完全有效生产率，也有资料表述为产能利用率，即把所有与设备有关和无关的因素都考虑在内来全面反映企业设备效率。

TEEP＝设备利用率×OEE

其中，设备利用率＝(日历工作时间—计划停机时间—非设备因素停机时间)/日历工作时间

4 传输设置

能耗数据的采集主要有三个来源：通过智能仪表及传感器采集的数据；通过与第三方系统进行数据交互获取的数据；通过人工手动录入的数据。

（1）仪表及传感器采集的数据

通过安装智能电表、水表、能量表等获取能耗数据及设备运行参数，并且可扩展集成第三方的设备，包括仪表、PLC、RTU和其它智能产品的主要数据参数。

（2）通过接口获取的其他系统数据

系统可通过OPC、IEC104、ModbusTU等标准接口获取电力监控、光伏发电、暖通、可再生能源系统等系统的数据，并可给ERP、OA等管理系统提供能耗相关数据，供企业管理者决策时使用。

（3）人工录入数据

用户可手工录入设备台账信息，企业生产的产品数量、产值等数据，与能耗数据进行综合分析后评估设备运行效率、企业能源使用效率等指标。

图3 数据传输逻辑图

表2

5 系统功能

珠海派诺Smart PiEMS综合能源管控平台以数据高可靠性、系统可扩展性、用户易操作性为设计原则，基于绿色的管理理念，协助罗西尼表业公司提升能效水平，在整个生命周期内对罗西尼厂区能效进行有效运维。

根据罗西尼表业厂区的实际用能状况，对其园区、楼栋、楼层、区域以及重点设备进行了全方位的能源监测与耗能分析，从各个角度寻找企业的能耗漏洞与节能空间，对不合理用能进行及时警告，为有待优化的用能策略进行有效建议，协助企业管理人员及时发现能源浪费，优化用能结构，为更合理的制定企业用能策略提供有效的数据支撑（见表2）。

部分重点主要功能的展示：

（1）能耗KPI

KPI管理功能模块，对用户各个环节进行实时监测，根据预设的KPI报警条件对异常事件进行告警。

图4 KPI管理功能模块

（2）设备利用率

通过PLC和智能仪表采集重点用能设备的电流、电压、功率、累计运行时间等数据，计算出设备在每个时段内的有效运行时间，并由系统软件进行汇总分析，核算小时、天、月、年等时段内的设备利用率，识别出使用效率低下的设备。

图5 多设备日利用率对比分析

图6 多设备月利用率对比分析

6 结语

本文结合珠海罗西尼表业有限公司设备利用率和能效系统设计实例，从系统架构、系统功能方面论述了基于精密加工设备的工业能源管理系统设计。

珠海派诺Smart PiEMS综合能源管控平台与工业企业管理导则相结合，根据罗西尼表业能耗情况制定节能方针，明确定量指标体系中的设备利用率和能耗节能目标。其中，能耗目标体现能源消耗量，而节能目标体现能源消耗节约量，并分别制定年度目标和长远目标。系统在用电参数的深度挖掘下对能源转换的全过程实施动态平衡管理，及时发现存在问题，依据详尽而准确的数据帮助管理人员进行有效管理，实现主动型、精细型的工业管理机制，以便建立长期、可持续化实现节能增效的目标。有效促进企业“两化融合”进程，真正做到以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，走新型工业化道路。