面向綠色智造的新能源乘用車基地智慧能源管理系統(tǒng)建設(shè)

王志恒

安徽江淮汽車集團股份有限公司 安徽合肥 230000

蔚來汽車生產(chǎn)基地在規(guī)劃時被定義為打造“高端新能源乘用車綠色、節(jié)能、環(huán)保的智能制造生產(chǎn)基地”。通過江淮和蔚來的攜手打造，一個擁有全新工藝、全新硬件設(shè)備、全新管理模式以及全新數(shù)字化系統(tǒng)的智慧工廠已建成投入運行四年之久，工廠的智能化水平處于行業(yè)前列。以“綠色、環(huán)保、舒適和節(jié)能”為主題的能源管理系統(tǒng)，成為智慧工廠不可分割的一部分，能源管理系統(tǒng)的上線運行，為工廠的能源管理提供了統(tǒng)一化的高效管理平臺。蔚來基地的能源管理系統(tǒng)平臺采用三層架構(gòu)：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層以及數(shù)據(jù)處理展示層。數(shù)據(jù)采集的對象涉及廠區(qū)內(nèi)所有能源介質(zhì)和獨立子系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠能源的全域、全時和全面管理。

能源管理系統(tǒng)設(shè)計

1.能源管理系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)

圍繞新能源乘用車智慧工廠進(jìn)行能源管理系統(tǒng)設(shè)計，其目標(biāo)主要包括以下三方面：

1）基于全廠區(qū)、全要素和全過程的能源介質(zhì)實時化和透明化管理。通過對能源介質(zhì)進(jìn)行層級劃分，在各層級安裝智能計量表計量用戶能源數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)表計數(shù)據(jù)的實時采集，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的透明化和實時化管控。

2）基于工廠能源考核指標(biāo)進(jìn)行能耗的分層管控。通過指標(biāo)的分解，各單位對能源的管控有了抓手，再通過能源管理系統(tǒng)進(jìn)行管理賦能，能夠有效保證能耗數(shù)據(jù)的實時掌握，為能耗的分析和生產(chǎn)決策提供了有力支撐。

3）基于橫向和縱向的能耗差異化管理，為異常和波動而導(dǎo)致的能源消耗差異提供了分析方向。能耗差異層層分解直至底層計量終端，為能耗差異化管理提供了精準(zhǔn)的方向。

總之，能源管理系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)都是緊緊圍繞“綠色、環(huán)保和節(jié)能”的主題而展開，為工廠科學(xué)、有效地進(jìn)行能源管理提供高效支撐。蔚來基地能源管理系統(tǒng)總體布局圖如圖1所示。

圖1 蔚來廠區(qū)能源管理總體布局

能源管理系統(tǒng)的范圍主要包括以下幾點：

1）采集并實時監(jiān)控各能源監(jiān)控點（水、電、天然氣及壓縮空氣等）的數(shù)據(jù)，設(shè)定層級之間的差異報警規(guī)則，針對超出設(shè)計規(guī)則的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行報警和采取相應(yīng)的動作。

2）根據(jù)能源介質(zhì)種類，按照廠區(qū)、單體、產(chǎn)線和設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)歸類，并按照設(shè)定的統(tǒng)計規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和報表輸出，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的歸一化和透明化管理。

3）通過工廠能耗模型的建立，將工廠的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行整體考量，從整體能耗指標(biāo)、單體能耗指標(biāo)、橫向指標(biāo)和縱向指標(biāo)角度進(jìn)行全局分析，為能耗優(yōu)化提供全局視角的優(yōu)化建議。

4）工廠內(nèi)部各角落分布了全域檢測的溫濕度傳感器，對車間內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實時檢測，根據(jù)人因工程學(xué)設(shè)定最合適的溫濕度。當(dāng)溫濕度超出舒適范圍時，能源系統(tǒng)將調(diào)整信號傳給地源系統(tǒng)、冷水機組和空調(diào)系統(tǒng)等以進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，保證車間作業(yè)環(huán)境的舒適性，打造“舒適”工廠，提升作業(yè)效率，保證整車高品質(zhì)。

5）污水處理中心排布數(shù)量可觀的檢測儀器和傳感器，將污水指標(biāo)實時進(jìn)行采集，對主要排污車間如涂裝的排污量和污水處理中心的處理數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合考慮，通過數(shù)據(jù)的不斷積累和統(tǒng)計，可對污水處理中心的藥劑添加提出有針對性建議。

本基地的能源管理系統(tǒng)的建設(shè)，充分體現(xiàn)出“節(jié)能、環(huán)保和舒適”的新能源乘用車智造主題。

2.能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）能源管理系統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu) 基于新能源乘用車對能源管理的需求和未來發(fā)展趨勢，本次能源管理系統(tǒng)主要從四個部分進(jìn)行系統(tǒng)平臺的設(shè)計。

1）獨立子系統(tǒng)。獨立子系統(tǒng)主要是從安全和效率兩個角度考量進(jìn)行設(shè)計，通過將能源管理系統(tǒng)和設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行信號和邏輯互鎖，針對人工操作效率低、安全風(fēng)險較大的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程一鍵開啟和關(guān)閉。

2）計量系統(tǒng)。以現(xiàn)場計量點的智能化計量儀器為采集接口，將工廠的所有能源介質(zhì)（水、電、天然氣及壓縮空氣等）消耗情況進(jìn)行采集后傳輸至能源管理系統(tǒng)。

3）分析系統(tǒng)。分析系統(tǒng)是能源管理系統(tǒng)的核心和實現(xiàn)價值的關(guān)鍵所在，通過對能源數(shù)據(jù)的歸類、分析和展示，為管理層提供能源規(guī)劃決策的數(shù)字化依據(jù)。

4）環(huán)境數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)。主要包括關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)控、現(xiàn)場溫濕度監(jiān)測、氣象站和污水處理中心等。能源管理系統(tǒng)平臺具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 能源管理系統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)

（2）能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃要以廠區(qū)布局為整體考量，綜合考慮各用能單體和設(shè)備布局、各終端能源計量裝置的位置，兼顧企業(yè)后期發(fā)展需求。新能源乘用車智造基地能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)范圍涉及沖壓車間、焊裝車間、涂裝車間、總裝車間、、物料車間、PDI、發(fā)運場、管理中心及餐廳等。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由底層的計量終端級的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)、中心級的數(shù)據(jù)傳輸和交換網(wǎng)絡(luò)以及能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集、展示網(wǎng)絡(luò)組成。具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

能源管理系統(tǒng)應(yīng)用

1.能源管理系統(tǒng)監(jiān)控中心

能源管理系統(tǒng)監(jiān)控中心從能源類別的角度主要劃分為給水計量系統(tǒng)、電力計量系統(tǒng)、天然氣計量系統(tǒng)、壓縮空氣計量系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、冷水機組系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)及光伏系統(tǒng)等。通過監(jiān)控中心大屏，管理人員可實現(xiàn)整廠能源的全時域管控和指揮調(diào)度。如圖4所示。

圖4 能源管理系統(tǒng)監(jiān)控中心

2.能源介質(zhì)分級管控

如圖5～圖7所示，能源管理系統(tǒng)能源介質(zhì)管控按照規(guī)劃的層級進(jìn)行管控，水、電、天然氣等均實現(xiàn)實時、分級統(tǒng)計和展示。

圖5 能源管理系統(tǒng)水能源管控

圖6 能源管理系統(tǒng)電能源管控

圖7 能源管理系統(tǒng)天然氣能源管控

3.獨立子系統(tǒng)管控畫面

如圖8～圖12所示，獨立子系統(tǒng)涉及地源熱泵系統(tǒng)、冷水機組系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)及污水處理子系統(tǒng)，通過采集獨立子系統(tǒng)能源數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)，將子系統(tǒng)整體的狀態(tài)集成起來，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程、透明化實時監(jiān)控。

圖8 地源熱泵子系統(tǒng)管控

圖9 冷水機組子系統(tǒng)管控

圖10 空壓機子系統(tǒng)管控

圖11 鍋爐子系統(tǒng)管控

圖12 污水處理子系統(tǒng)管控

4.能源管理系統(tǒng)報表平臺

如圖13～圖15所示，能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，是所有決策的支撐。報表作為數(shù)據(jù)采集后的規(guī)整和統(tǒng)計，是能源消耗管理的最終可視化的量化工具。報表的核心價值在于其按照管理需求提供橫向和縱向的趨勢對比和分析，為能耗的差異提供實時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，為后續(xù)能源分配提供指導(dǎo)。

圖13 涂裝單體用能報表

圖14 沖壓單體用能報表

結(jié)語

新能源乘用車智造基地智慧能源管理系統(tǒng)的實施，不僅符合新能源汽車的發(fā)展主題，也從根本上轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的能源管理方式。借助數(shù)字化手段實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的實時、精確和透明化管控，通過建模和算法賦能能耗管理水平的提升，為打造“綠色、節(jié)能、環(huán)保和舒適的智造工廠”奠定了根基。