烟草企业MES系统能源管理模块研究与应用

李龙勋 于志伟 朱江

摘要：在现代化生产企业中，能源系统负责为生产部门提供长期稳定的，满足工艺要求的生产环境。动力能源系统的持久稳定和效率高低直接关系到企业生产的质量和企业的经济效益。该文对能源系统的监控、数据采集、能源管理流程优化进行了研究并开发了能源管理功能模块，实际应用结果证明其能够提升企业的能源管理水平。

关键词：能源管控；MES；ERP；能耗管理；数据采集

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）28-0060-03

Research and Application of Energy Management Module for MES System in Tobacco Enterprises

LI Long-xun1， YU Zhi-wei1， ZHU Jiang2

（1.Jilin Tobacco Industry Limited Liability Company， Yanji 133000， China； 2.Shenyang Institute of Automation， Chinese Academy of Sciences， Shenyang 110016， China）

Abstract： In modern production enterprises， the energy system is responsible for providing the production department with a long-term stable production environment that meets the process requirements. The long-term stability and efficiency of the power energy system is directly related to the quality of the production of the enterprise and the economic benefits of the enterprise. This paper studies the energy system monitoring， data collection， energy management process optimization and develops the energy management function module. The actual application results prove that it can improve the energy management level of the enterprise.

Key words： energy management； MES； ERP； power management； data collection

1 引言

目前國内能源管理研究多集中于耗能量大的冶金、钢铁、炼油等产业中，由于能耗在生产成本中所占比例很高，上诉行业一直致力于降低能耗方面的研究，力求能降级能源成本。在能源占成本比例较小的其他行业中，能源管理应用程度偏低[1]。

MES在烟草行业中已经普及，但在在烟草行业中MES的能源管理模块应用水平普遍低于上述行业，主要包括数据获取、数据展示等功能模块。国内已经投入使用的基于MES的EMS（Energy Management System）系统，主要包含数据获取、数据校验、统计平衡、数据展示、数据分析等功能模块[2]。

2 能源管理模块概述

能源管理模块功能主要是对工厂的能源使用进行管控，从上层的ERP系统接收能源计划，从下层的能源设备监控系统获取能源使用数据，制定能源使用计划和能源设备启用计划，管理能管部门各班次工作计划。具体可划分能源基本信息管理、能耗信息获取、能耗计划制定、能源设备使用计划制定、多层次能源使用信息展示、能耗综合分析、能耗预测等七个功能模块[3]。

3 烟草MES能源管理模块设计

烟草企业MES系统能源管理模块与能源管理模块基本一致，能源管理模块的基本信息管理包括部门信息维护、能源设备信息、能源信息管理、能源计量信息管理、仪表信息管理、耗能公式维护、仪表数据维护。能源基本信息是能源管理模块的基础，需要定期维护[4]。

能管部门信息维护管理能管理运营需要的信息，包括工作班次、工作人员等信息。能耗部门维护主要维护各耗能部门信息，如制丝车间、卷包车间等。能源信息维护主要维护能源种类、能源计量单位、能源储量、能源计价单位等信息。仪表信息维护主要管理现有的所有仪表及其相关信息，包括仪表厂家、仪表有效使用日期、仪表维护信息等信息。仪表用途维护管理仪表使用用途，包含仪表与能源关系。仪表与部门关系管理仪表与部门间的对应关系，每个部门可以包含多个仪表，每个仪表也可以隶属于多个部门。耗能计算公式维护生产与能源使用间的计算公式，此处的维护是基本信息维护，在能耗计划中MES会根据此处能耗计算公式和能耗和生产已有数据推导出新的生产和能源使用计算方式。

3.1 能耗计划

能耗计划的主体是能耗使用量，主要功能是制定能源使用计划，能耗计划有多重粒度，从上至下可以看作倒树形式，可以根据计划时间、能源种类、使用部门、设备、产品来制定能源使用计划。上层ERP向MES能源管理模块发送能源计划，由ERP发送的能源计划包含年度、月、季度等能源计划，ERP发送到MES的计划区分能源种类。对于收到的ERP计划，通过计算处理将计划详细划分到部门、车间，形成详细的能耗管理计划。

3.2 设备使用计划

设备使用计划管理各部门各能源设备的使用计划，即能源设备调度计划，包括设备何时启动，启动时间等。对于一个批次的生产计划，有多重设备启动方案，当设备长时间运行会对设备生命周期产生影响，不同设备消耗能源量和动力供应量也不同，需要在各个因素间进行取舍已达到最优化目的。MES能源管理模块根据生产计划，设备自身因素，设备运行情况动态制定设备使用计划，能管部门工作人员可以对MES系统制定的设备启用计划人工进行修正，最终制定出可执行的设备启用计划。

3.3 多层次能源使用信息展示

能源信息展示功能将能源使用情况按照不同需求和不同层次进行展示，按照时间划分可以按照年、季度、月、旬、日进行展示，按照部门展示可以按照制丝车间、卷包车间等能耗部门进行展示，按照能源种类展示可以按照煤、天然气、水、电等能源进行展示，能将各阶段能源使用情况形成对比。

能源信息展示根据需求首先在页面中进行信息展示，对于统计型数据采用报表形式进行数据展示，报表包含打印功能，对于对比型数据采用图形化的数据展示方式进行数据展示，图形化展示包括统计常用的条形图、饼状图和走势图等。

3.4 能耗综合分析

根据生产过程中的生产数据、物料数据、设备数据，利用采集到能耗信息，按照国家、行业、生产厂的分析体系，进行综合能耗分析，获得工厂的实际能耗分析报告，找出能耗关键点，为提高用能效率提供支持[5]。

4 能耗数据的获取

能源管理的基础是能源数据的采集，只有数据采集完整，才能保证系统管理的准确。能源管理模块的外部数据来源主要有四个渠道，ERP系统、MES系统、PCS等底层数据采集系统采集到的数据和能管部门工作人员录入的数据。

4.1 ERP传入数据

能源管理模块接收ERP制定的能源使用计划、能耗设备使用计划等信息，制定能耗设备启用计划，并将能耗设备的能耗使用情况做处理分析后反馈到上层ERP系统。

4.2 MES系统传入数据

能源管理模块需要从人员和部门管理模块中获取人员和部门信息，需要从计划模块中读取生产计划以便预测能耗使用量和制定能耗设备启用计划，需要从物料模块读入能源剩余量以便制定能耗设备启用计划，需要从生产模块读取实际产成品的数量等。

4.3 人工录入数据

能源管理模块很多数据需要人工录入，包括确认信息和录入信息等，在系统初始化时，也需要人工录入部门人员配置、人员职责、能耗设备、能耗设备所属部门、能耗信息、能耗设备与能源的使用关系等信息。由于PCS等底层数据采集系统不能记录所有能耗信息，某些能耗信息也需要人工录入，包括PCS等底层数據采集系统采集的异常数据。另外，由MES系统制定的能源管理计划和能源设备启用计划同样需要人工确认或调整。

4.4 PCS等底层数据采集系统

PCS等数据采集系统采集到的能源设备能耗使用实施数据通过存储到数据库的方式传输给MES能源管理模块，MES能源管理模块对PCS传输的数据进行统计和分析，通过统计得出能源使用情况，通过分析得出能源与生产的关系模型和能源使用计划及能源设备启动计划[6]。

5 能源管理模块的实现

5.1 能源管理具体要求

烟草企业的能源管理，需要获取能源管理模块每日能源统计表单，形成全厂、各车间及其他区域每日、月、年耗能统计表，统计表按能源种类进行分类，提供按时间段能源消耗统计查询界面，界面数据可导出。按日、月、年形成各区域耗能统计表，各区域内再按机台位置进行分类统计，统计表按能源种类进行分类，提供按时间段能源消耗统计查询界面，界面数据可导出。具体内容包括：开始日期、结束日期、用量、单位。按年形成能源消耗统计台帐。包括各种能源当月消耗总量、生产耗能量、非生产耗能量以及上述各量折标后数量。按月、年形成能源单耗消耗统计台帐、单耗消耗趋势图及单耗同期对比图。按查询时间段形成能源消耗统分布图及各类能源消耗分布图，如图2所示。能源消耗分布图指各类能源折成标煤后全厂占比，能源消耗分布图包括蒸汽、电、柴油、水、压缩空气。设置各类能源单耗预警线，当实际生产消耗达到预警线时发出警报。

5.2 能源管控实现方式

MES能源模块与能源管理模块接口数据以工业以太网进行数据异步通讯。应用软件发布完成其特定业务需求的在线应用服务，其他应用软件能够通过网络来访问并使用这项在线服务。通过开放数据库访问权限，共享MES能源管理模慢动作中的视图、数据表和存储过程等数据库资源。

系统开发需要考虑企业的实际情况，采用XML和代码托管技术开发，使能源管理模块具有低耦合、可重用、独立开发的特性。开发时采用视图与模型分离的架构，使系统架构中的组件模块具有热插拔的特性。开发平台的选择应该优先考虑稳定性和安全性，我们选择微软公司的.NET平台和C#语言开发，不但满足需求，而且还具有一定的可移植行。数据库的选择应该与MES系统同步，不应该再增加一套数据库系统，这样会增加使用和管理的复杂度，而且安全性也降低了。

6 结论

如图3所示，能源管控模块目前已经完成开发并在企业进行了实际应用，在经过了一段时间的使用后，企业的能源消耗有了明显的降低。

通过能源管理模块的应用，将分散于各部门和车间现场的生产重要参数和能耗数据进行集中监控，准确、及时、全面的了解和掌握现场的情况。同时，对生产过程中出现的异常状况进行及时干预，提高了能源质量、使能耗信息统计得以即时化、生产实现精细化，满足了企业的实际需求。

参考文献：

[1] 朱敏. 卷烟企业能源与环境信息系统的建立与应用[D]. 青岛：青岛大学，2012.

[2] 刘振奎. 烟厂能源管理与信息监控系统平台的开发应用[J]. 现代工业经济和信息化， 2017（10）.

[3] 孙学军. 基于烟草生产的能源消耗预测模型研究[J]. 安全与环境学报，2016（6） .

[4] 黄宝莉. 宝鸡卷烟厂节能降耗方案研究[D]. 西安：西北大学.2015.

[5] 叶校圳，林孟琰，曾静，蔡蓝燕. 湿膜加湿及温湿度独立控制技术在卷烟厂空调系统中的应用[J]. 烟草科技， 2017（2） .

[6] 陈玉涛. 基于现场总线的仪表自动化检测系统研究[J]. 工业控制计算机，2016（7）.

【通联编辑：梁书】