紅安卷煙廠能源管理系統(tǒng)及提升優(yōu)化探討

韓喜良，黃柏平，吳焜

（湖北中煙紅安卷煙廠，湖北 紅安 438401)

1 能源管理系統(tǒng)需求與設(shè)計(jì)

2021年前，紅安卷煙廠能源生產(chǎn)是相對(duì)分散、獨(dú)立運(yùn)行的單功能工控系統(tǒng)，計(jì)量設(shè)備也不完善，只有總量沒(méi)有分支計(jì)量，能源統(tǒng)計(jì)效率也相對(duì)比較低，總之，全廠的能源管理水平偏低。

1.1 計(jì)量設(shè)施缺失

能源計(jì)量?jī)x器儀表配置不齊全，電力和自來(lái)水實(shí)現(xiàn)2級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，天然氣、蒸汽、壓縮空氣能源消耗統(tǒng)計(jì)不能滿足在線數(shù)據(jù)采集的功能，更不能提供能源消耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集以及動(dòng)力設(shè)備的在線監(jiān)視等。

1.2 平臺(tái)缺失

僅空調(diào)制冷、真空空壓、鍋爐、配電系統(tǒng)等幾個(gè)子系統(tǒng)有監(jiān)控室，同時(shí)各個(gè)子系統(tǒng)完全獨(dú)立，所用軟件均不統(tǒng)一，無(wú)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)集成。

1.3 現(xiàn)有能源管理效率低

由于動(dòng)力各系統(tǒng)均獨(dú)立運(yùn)行，計(jì)量數(shù)據(jù)不完整，數(shù)據(jù)保存量少，無(wú)論對(duì)于高效能源調(diào)度還是能源精細(xì)化管理，都沒(méi)有數(shù)據(jù)支撐條件，導(dǎo)致現(xiàn)有的能源管理還是傳統(tǒng)的方式，能源調(diào)度通過(guò)電話層層溝通，能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)憑借經(jīng)驗(yàn)預(yù)估，導(dǎo)致能源管理總體效率比較低。

隨著測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及信息化管理技術(shù)的不斷發(fā)展，能源管理在煙草行業(yè)的不斷推廣應(yīng)用，紅安卷煙廠迫切需要建立動(dòng)力公用設(shè)備的集中管控中心系統(tǒng)，對(duì)動(dòng)力能源進(jìn)行有效控制和管理，保證動(dòng)力設(shè)備的高效運(yùn)行，提高能源生產(chǎn)效率，通過(guò)合理調(diào)配有效地減少能源消耗，通過(guò)減少人員和提高人員效率，達(dá)到提升綜合能源管理水平和全廠節(jié)能增效的目的。

2 能源管理系統(tǒng)建設(shè)與效果

紅安卷煙廠經(jīng)過(guò)詳細(xì)調(diào)研，針對(duì)本廠能源管理痛點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行了能源管理的詳細(xì)設(shè)計(jì)，2021年9月建立了能源監(jiān)控中心。

系統(tǒng)建立了能源管理平臺(tái)、實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)“兩大平臺(tái)”，除制絲蒸汽外，落實(shí)了全廠“三級(jí)計(jì)量”（358塊計(jì)量表），對(duì)影響生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的六大功能子系統(tǒng)進(jìn)行集中實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警；對(duì)鍋爐系統(tǒng)、空調(diào)制冷系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、恒壓供水系統(tǒng)等9大專業(yè)子系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)趨勢(shì)分析，特別對(duì)動(dòng)力中心制冷站系統(tǒng)、生產(chǎn)生活恒壓供水控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，將各功能子系統(tǒng)無(wú)縫植入能管監(jiān)控系統(tǒng)，完成多系統(tǒng)多專業(yè)的集控。

圖1

圖2

通過(guò)能源業(yè)務(wù)梳理并結(jié)合安全管理要求，梳理確定了各功能系統(tǒng)子安全工作指標(biāo)（電壓、恒壓供水壓力、蒸汽分汽缸壓力、空壓分氣缸和真空罐壓力等）。根據(jù)指標(biāo)報(bào)警區(qū)間特點(diǎn)和設(shè)備狀態(tài)信息，在能管中心實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)，大大提高了能源安全調(diào)度效率和水平。

實(shí)現(xiàn)了能源分類管理、能耗分析管理、能流圖、目標(biāo)預(yù)警、設(shè)備管理、綜合管理、系統(tǒng)管理等“七大能源管理功能”（89張監(jiān)控畫(huà)面，數(shù)據(jù)點(diǎn)1513個(gè)，50個(gè)二級(jí)菜單，63張能源報(bào)表）。

與此同時(shí)，動(dòng)力車間制定并落了實(shí)能源管理系統(tǒng)運(yùn)行管理辦法，清楚界定了車間領(lǐng)導(dǎo)、設(shè)備管理員、能源管理員和跟班班長(zhǎng)的職責(zé)和具體能管系統(tǒng)使用要求，并詳細(xì)制定了能管中心的日常運(yùn)行制度和值班制度以及能管中心報(bào)警的處置機(jī)制和流程。

通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行驗(yàn)證，對(duì)能源設(shè)備的高效運(yùn)行，能源精益化調(diào)度管理以及能源的有效利用等，取得了提升能源綜合管理水平和節(jié)能增效的初步設(shè)計(jì)成果，實(shí)現(xiàn)了能源為生產(chǎn)精準(zhǔn)服務(wù)，發(fā)揮能源數(shù)據(jù)在多個(gè)生產(chǎn)單元的及時(shí)數(shù)據(jù)分析價(jià)值和融合價(jià)值。

3 能源管理系統(tǒng)優(yōu)化和提升

紅安卷煙廠雖然建立了能管系統(tǒng)并得到有效運(yùn)行，但是，在能源能源平衡調(diào)度、設(shè)備故障和能效預(yù)警以及實(shí)現(xiàn)智能排產(chǎn)、能源管理深層廣泛協(xié)同等方面，需要進(jìn)一步提升優(yōu)化。參考同行業(yè)新技術(shù)應(yīng)用，系統(tǒng)可在以下方面進(jìn)行優(yōu)化和提升。

3.1 邊緣計(jì)算與預(yù)測(cè)模型

邊緣計(jì)算是一種新興的計(jì)算模型，旨在將數(shù)據(jù)處理和計(jì)算功能更接近數(shù)據(jù)源或終端設(shè)備，以提供更快速、可靠和高效的計(jì)算服務(wù)。模型系統(tǒng)預(yù)測(cè)基于目前各車間數(shù)據(jù)執(zhí)行的實(shí)際情況，關(guān)注收集、存儲(chǔ)、分類及處理，對(duì)鍋爐、空壓、真空、除塵等主要耗能設(shè)備進(jìn)行建模分析，與邊緣計(jì)算相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的負(fù)荷預(yù)測(cè)和能耗預(yù)測(cè)、設(shè)備的能效狀態(tài)和潛在的故障征兆，輸出最佳的運(yùn)行參數(shù)組合，指導(dǎo)設(shè)備系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。

例如，空調(diào)系統(tǒng)作為最大的能源消耗系統(tǒng)，利用上述技術(shù)，根據(jù)MES下發(fā)的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，制定相空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)劃。包括空調(diào)開(kāi)機(jī)模型、空調(diào)關(guān)機(jī)模型、空調(diào)溫濕度預(yù)測(cè)模型和空調(diào)能耗預(yù)測(cè)模型等。例如，鍋爐系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤用汽負(fù)荷的變化趨勢(shì)和預(yù)估算法來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)鍋爐的燃燒量和增減投入運(yùn)行的鍋爐的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)鍋爐設(shè)備的均勻時(shí)間運(yùn)行和節(jié)能控制。2023年在生產(chǎn)總量增加的情況下，仍然實(shí)現(xiàn)能源費(fèi)用節(jié)約50萬(wàn)元的目標(biāo)。

3.2 智能調(diào)度與聯(lián)動(dòng)協(xié)同

智能工廠與智慧制造，是煙草企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必然發(fā)展方向。紅安卷煙廠能源管理系統(tǒng)建立與物流、倉(cāng)儲(chǔ)、生產(chǎn)、設(shè)備、環(huán)保、人員等管理系統(tǒng)的高度集成廣泛協(xié)同，是能源管理系統(tǒng)提升優(yōu)化的主要方向。

動(dòng)力能管系統(tǒng)與卷包數(shù)采、制絲集控等具有直接的生產(chǎn)協(xié)同關(guān)系，根據(jù)車間生產(chǎn)計(jì)劃工單，以滿足正常生產(chǎn)為原則，生成動(dòng)力系統(tǒng)能源平衡調(diào)度任務(wù)，制定動(dòng)力能源設(shè)備和系統(tǒng)最佳的啟停時(shí)間、間歇式節(jié)能運(yùn)行模式和最優(yōu)的能源參數(shù)供給。生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行期間產(chǎn)生的工單，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行供能計(jì)劃的滾動(dòng)重排調(diào)整，如動(dòng)力設(shè)備提前開(kāi)停機(jī)等，識(shí)別需控制的干擾/調(diào)整信息實(shí)現(xiàn)按需供能，優(yōu)質(zhì)供應(yīng)、準(zhǔn)確供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)供應(yīng)。

3.3 動(dòng)力車間3D數(shù)字孿生系統(tǒng)

3D數(shù)字孿生目前已經(jīng)發(fā)展成為較為成熟的應(yīng)用技術(shù)，普遍應(yīng)用在數(shù)字化工廠中控平臺(tái)建設(shè)中，基于與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)工藝過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)相關(guān)聯(lián)，通過(guò)在虛擬環(huán)境中漫游和觀察，對(duì)設(shè)備預(yù)警、定位、故障處理以及運(yùn)維、巡檢、維修、人員安全、培訓(xùn)等，發(fā)揮著更加直觀、生動(dòng)的虛實(shí)結(jié)合人機(jī)互動(dòng)作用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，紅安卷煙廠能源管理系統(tǒng)的優(yōu)化和提升，雖然有煙草行業(yè)比較先進(jìn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型示范企業(yè)的參照，但是也有卷煙廠自身現(xiàn)狀的特殊性，任重而道遠(yuǎn)。需要更進(jìn)一步形成全廠對(duì)能源系統(tǒng)高度重視并高效使用能源管理系統(tǒng)，積累歷史大數(shù)據(jù)，為提升改造做充分的數(shù)據(jù)、技術(shù)以及管理經(jīng)驗(yàn)、人員素質(zhì)準(zhǔn)備，只有這樣，才能推動(dòng)并再次取得能源管理提升優(yōu)化的設(shè)計(jì)效果，取得更大的能源管理效益以及卷煙廠全廠智慧生產(chǎn)的整體效益。