摘要: 針對工業企業能源管理信息系統( EEMIS) 建設過程中缺乏能效診斷技術的問題，在傳統信息系統和自動化系統的基礎上，通過機理建模和機器學習相結合的方法，研究了用能設備、耗能工序和能量系統的能效分析模型，提出了一種新型的EEMIS的結構和功能，并開發了軟件，彌補了EEMIS在能效分析診斷方面的不足，增強了系統的實用性。

關鍵詞: 能源管理; 能效; 信息系統

引 言

在工業企業能源管理信息系統(Enterprise En-ergy Management Information System，EEMIS)的開發過程中，能效分析技術的缺乏是導致系統失效的主要問題之一。傳統的信息系統(如ERP)可以從統計規律的角度去分析數據，而在EEMIS中，用能對象的運行狀況與能效規律密切相關。如果沒有能效分析技術的支持，能效問題往往只能“模糊”處理，無法解釋現象背后的本質規律，導致節能潛力的識別和改進措施的提出均受到限制。 

針對工業企業能源管理信息系統建設過程中缺乏能效診斷技術的問題，在傳統信息系統和自動化系統的基礎上，通過機理建模和機器學習相結合的方法，研究了用能設備、耗能工序和公用工程系統的能效分析模型，提出了一種新型的企業能源管理信息系統的結構和功能，并開發了軟件。 

1 系統軟件結構

系統針對工業企業用能特點，按照企業設備級、車間級、廠級的三級能源管理網絡進行設計和開發。EEMIS 充分利用了企業現有的系統資源，可在企業ERP/CRM等IT系統以及DCS/SCADA等自動化系統的基礎上，通過應用程序接 口實現不同系統間的數據同步。其他系統無法提供的數據可以通過安裝電子儀表來進行補充采集，節約了項目初始的投資費用。EEMIS的軟件結構如圖1所示。

2 系統的基本功能

系統采用PHP的MVC架構模型實現，采用了LAMP開發技術、可視化程序設計、面向對象編程、 數據庫等多項軟件技術，實現了系統的各項功能。 

2.1 能源數據采集 

能效數據分為實時和非實時兩種。實時數據一般來自于企業在線監測系統，也可以通過安裝數字儀表來補充缺少的數據，在預設的時間間隔內實現自動收集，并存儲到實時數據庫中，從而實現能效指標的在線計算與動態分析，如圖2所示。非實時獲取的數據可以從企業IT系統中獲取，或者由工作人員直接錄入到EEMIS系統中。

為了保證數據的準確，需要對數據進行驗證。常用的方法是將非同源的數據放在一起進行比較，也可以和歷史數據對比來發現異常。對于異常的數據應該進一步分析并解釋原因，錯誤的數據剔除，以免對能效分析產生干擾。

2.2 基礎信息管理

基礎信息一般包括企業基本信息管理、計量儀表檔案信息管理、設備檔案信息管理、培訓及資料信息管理、能源管理委員會( 或稱之為節能*小組) 信息管理、新聞公告信息管理、行業政策信息管理、技術文檔信息管理、系統的初始化及設置管理等內容。 

開發基礎信息管理功能的主要目的是為了增強EMIS運行的易用性，避免每個功能模塊在使用時還需要重新配置內容和結構。

2.3 節能績效管理 

考核管理是企業提升節能績效的重要手段。企業能源利用的好壞，可以通過能源消費量、投入產出比、能源利用率、節能減排量、能源成本等能耗指標反映出來。將這些指標納入企業考核體系，能夠提高企業能源管理的效果。若進一步對這些指標進行對標分析，如企業內部的能耗基準(限額、目標值、歷史數值等)以及外部行業基準(國內外行業平均、法規標準值、行業準入值等)進行比較，還可以進一步挖掘節能潛力的機會，如表1、圖3所示。

2.4 節能項目管理 

對于工業企業而言，節能效益的絕大部分均來自于節能技改項目的實施結果。為了保證節能項目的順利實施，提高管理效率和效果，借助信息技術手段對節能項目進行管理則成為一個方法。EEMIS提供節能技改方案設計、改造過程信息管理、項目節能效果評估功能，輔助工作人員對項目實施后的長期運行狀況進行監控，確保節能效果的持久。 

2.5 能源運行管理 

傳統的能源管理過程是基于人工管理的離線過程。在工業信息化高速發展的今天，只能完成離線能源管理的EMIS已經不能滿足部分企業高速發展的需要。對于很多企業而言，設備、生產工藝等用能對象一般都已經實現基于產品生產和安全運行為目標的高度自動化。在此基礎上，該系統以能源較優運行為目標，開發了企業能源運行的在線管理功能。 

該系統的能源運行管理包括動力能源管理、能源供應管理、能源消費管理。同時涉及采購、運輸、倉儲、動力、生產消費等多個環節。數據來源于同一數據庫，各個部門圍繞統一的信息進行分析和決策。 

2.6 企業能效管理 

企業能效管理主要解決企業用能對象的能效評價、節能診斷與優化改進三方面的問題，管理的對象包括企業耗能設備、工藝和能量系統三個層次。 

能效評價指對上述用能對象的能效狀況進行分析評估，包括能源結構分析、能源消費流向分析(見圖4) 、負荷分析、趨勢分析、能效指標計算及對比、企業能量平衡、能量品質分析、對象(如動力生產、照明、大型耗能設備等)性能評估等。節能診斷指確定存在節能潛力的位置并量化節能潛力數值，包括能效影響因素分析、節能潛力分析(見圖5)、減排潛力分析等; 優化改進包括能量系統優化、能效決策分析、企業清潔生產等內容。

能效管理由能效分析模塊來實現運算與分析功能。每個能效分析模塊采用了機理建模和機器學習相結合的方法，根據不同用能對象的用能特征逐個分析建立。下面以用能設備能效的在線監測模型為例，建模過程如下: 

1) 首先采用機理建模的方法，建立以能效目標為因變量、可控影響因子為自變量的能效特性方程以及約束條件。不同影響因子之間可能存在一定的耦合性，這種耦合性通常會使能效特性方程失去實際應用的價值。在該系統能效模型的建立過程中，采用以能量利用的規律為主、統計分析為輔的方法來確定不同自變量之間的關系，將可控影響因素之間的耦合度降低。 

2)然后采用機器學習的方法，使模型具備在線運行環境的自適應學習能力。當被監測對象的能源消費模式發生顯著變化時，依據原有模式建立的能效模型會超出使用范圍。機器學習技術可以很好地解決此類問題，按此建立的模型可以根據新的樣本數據進行自我修正，從而獲得新模式下的運算能力。

能效模型采用組件的開發方式形成軟件模塊，根據企業的實際需要選取不同種類的模塊進行功能拼接和拓展，從而形成一個滿足不同行業企業能效管理需要的模塊倉庫。圖6所示為一個能效分析模型的內部功能及核心技術。

3 安科瑞工業能耗系統介紹

安科瑞工業能耗系統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設備的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

3.1 系統結構

3.2 系統功能

3.2.1 大屏展示

大屏展示企業水電氣當前用量、能源消耗趨勢、產能走勢、各類能源占比、各類能源消耗日/月/年同比,以及當前天氣情況、污染情況，并三維展示企業重要工藝或工段的能源消耗動態。

3.2.2 能源看板

展示企業電能峰平谷能耗統計占比，區域或重要工藝綜合能耗占比和統計分析，碳排放量核算；并從企業管理需求出發，展示監測區域的能耗比例、公司單位產品能耗和單位產值能耗同比分析，讓企業一目了然地掌握能源消耗水平，以便及時做好節能減排策劃。

3.2.3 能耗分析

從能源使用種類、監測區域、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用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，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。

3.2.4運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視。可直接從動態監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。

3.2.5 移動端支持

APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、效率分析、同環比分析、能耗折標、用能預測、運行監視、異常報警等。

3.3 現場設備選型

4 結語

隨著我國工業企業原材料和人力成本上漲、產品競爭加劇以及節能環保的壓力日益增加，越來越多的企業開始重視并著手建設企業能源管理信息系統。能效分析模塊是企業能源管理信息系統重要的基礎支持，也是系統開發的難點。 

本文提出了基于能效分析模塊的企業能源管理信息系統的總體架構和基本功能，并開發了應用軟件，增強了企業能源管理信息系統在能效分析方面的實用性，為未來研究更高要求的企業能源管理信息系統開拓了思路。

參考文獻

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