精品案例：能源信息化管理与创建能源管理中心（EMS）
资料原创人：安徽华茂集团有限公司 胡孟春 姚文红 孙善标 魏士付 舒畅 徐小红
1. 项目背景及必要性
1.1. 企业概况
中国纺织工业排头兵企业、中国棉纺织精品生产基地---安徽华茂集团有限公司是有着50多年历史的国有纺织企业，现有本部及3个工业园和一个工业城，从事纺织、烧毛丝光染色、服装、房地产、典当拍卖、金融投资等多元经营。华茂现有纱锭54万枚，年产“乘风”牌6-330支高档纱线5.5万吨，精梳纱比重占70%以上；无梭织机1054台，年产120-360厘米幅宽“银波”牌高档坯布8000余万米。为当今国际先进纺织生产线。“乘风”牌精梳纱线和“银波”牌高支高密纯棉坯布双双荣获“中国名牌产品”称号。经济效益始终保持全国同行业先进水平。
科技华茂，国际华茂，百年华茂，是华茂人不懈的追求。在创建能源节约型、创新发展型企业的道路上，华茂集团正稳步前行。
1.2. 现状分析
一直以来，华茂集团公司就把实施“信息强企”作为增强整体综合实力的基础战略，把企业信息化定位于全局发展的战略高度，在组织结构、基础建设、资金政策等方面加大对信息化建设的力度，因地制宜，适应发展，以管理信息化不断提升企业发展水平。
华茂集团在国内棉纺织业率先建立全面的信息化管理体系,自1999年起,已逐步建成起涵盖MIS、ERP框架的管理信息系统。现在的华茂，已通过信息管理手段的充分运用，完全达到对信息处理和辅助决策的多功能、网络化综合管理等技术进行系统分析和系统设计，真正实现企业物流、资金流、信息流“三流合一”的目标，以信息化带动企业管理的科学化，从而进一步提升企业的市场竞争力。使各级管理者能够实现从合同订立、生产计划、过程控制、实绩归集、评价分析等全过程信息透明化管理，为提高管理水平，提高劳动生产率，推动企业持续发展打下坚实的基础。
华茂集团在能源计量和能源管理方面,一直走在纺织业前列,近年来也不断进行技术改造，面貌有了很大改变，但先进落后技术共存、新旧设备共存，管理水平也有进一步提高的潜力，主要表现在：
1.2.1. 全公司计量配备率较高,但是已配备的部分能源计量检测设备落后，计量数据为人工采集，现有的能源计量管理不能满足企业精细化能源管理的需求。
1.2.2.各能源介质的异地分散管理，造成能源管理的信息孤立，缺乏对企业能源产能与用能的集中统一调度管理，不利于能源优化。
1.2.3.企业的能源介质以电力、水、压缩空气为主，其中电力为主要能源,相关的万元产值综合能耗、单位工业增加值综合能耗、单位工业增加值电耗等能耗指标相对较高,同时各单位的能耗指标也不均衡,具有较大的提升空间。
1.2.4.企业要废弃粗放的能源管理模式，要求实现集中与统一调度管理，实现精细化的能源管理。
1.3. 项目必要性
1.3.1. 社会及行业发展的需要
“十二五”规划要求实现能耗强度下降16%、单位工业增加值用水量降低30%、资源产出率提高15%的约束性目标，在中国再次吹响了节能降耗的集结号，纺织行业作为节能的重点行业，传统的计划型能源管理模式已难以为继，迫切要求行业企业以节能减排为抓手，着力改善能源管理及环保监测机制，以有效推进“十二五”规划的顺利实施。
而能源管理中心的建设正是这一发展方向的必然产物，能源管理中心的EMS（Energy Management System，能源管理系统），以管控一体化为目标，集成企业能源系统数据采集、处理和分析、控制和调度、平衡预测和能源管理等功能，提高能源介质的回收和梯级利用水平，实现多能源介质协同平衡与优化利用的企业能源管控系统，并通过环保数据监测和碳足迹监控，为集团提供强大的能源管理系统和指挥调度平台。
1.3.2. 企业腾飞的需要
作为“安徽省制造业信息化集成示范企业”和安徽省“数字化”先进企业，华茂集团已将企业信息化定位于全局发展的战略高度，在基础建设、资金投入等方面加大对信息化建设的力度，几年来公司累计对信息化投入达千万元，因地制宜，适应发展，企业信息化建设取得了长足进步。到目前为止，华茂企业网含有三个工业园和一个工业城，改变了过去人工传送生产日报，实现了各种业务数据网上流转与共享。
随着世界范围内的纺织产业竞争的加剧，为了合理应对纷纭复杂的国内外环境，华茂集团一直致力提升传统制造业水平，加快运用现代实用技术和信息技术改造传统制造业的步伐，加大信息技术在纺织行业传统生产技术和装备改造方面的应用力度，并组织各业务部门代表研究了国内外多家企业资源计划、经营管理信息化系统，对纺织企业信息化应用、能源管理案例进行实地深入考察，结合企业自身的MIS、ERP框架的管理信息系统，对集团的经营以及生产全面实施资源调度的规范化和标准化管理，以产品设计电子化、生产过程自动化、印染设备智能化、企业管理现代化、信息交流网络化为优化升级目标，全面提高集团内各企业的信息化水平。
而在纺织行业经济形势日益严峻的今天，企业想要获得持续稳步发展，在完成主营产业的升级和生产工艺优化的基础上，进一步提高能源利用效率、节约用能成本，已经成为提高企业竞争力的有效手段。
2. 解决方案
2.1. 项目目标
华茂集团的“能源管理中心解决方案”旨在通过能源和环境管理技术，利用完善的数据采集网络获取产过程的重要参数和相关能源数据，经过处理、分析并结合对生产工艺过程用能评估，实时提供在线能源系统平衡信息和调整决策方案，将集团化企业内部各个单元的不同能源系统相互关联，确保能源系统平衡调整的科学性、及时性和合理性，实施能源的在线监视、动态经济分配、用能合理化和能源事故紧急处理，从而实现从单纯设备监控转向过程和系统综合监控，并继续向管控一体化方向发展，合理利用预测模型和平衡模型等技术，优化节能调度和用能平衡；最终为企业用能管理提供系统支撑。
其设计思路是：
2.1.1. 使企业了解能源使用现状，实时掌握能耗情况，建立能源消耗看板，监视关键设备运行状况，确保能源供应安全可靠，计算分析工艺流程的能耗水平和能源使用效率，实现能耗成本分摊，提供能源消费账单。
2.1.2.为企业建立节能降耗目标，能源消耗对比；节能降耗实绩（KPI）完成情况。
2.1.3. 督促现场人员采取节能降耗行动
找出能源的不合理消耗，发现节能机会。提供能源降耗设备/工艺改造依据，促进生产工序流程优化。
2.1.4. 检验节能措施的实际效果
节能量计算，节能量验证。该解决方案不仅能够满足华茂集团当前的需求，而且能够随企业的可持续发展需求的增长而拓展。利用该解决方案能够有效降低企业因能源消耗数据统计、表单维护以及报表、数据处理而产生的费用；通过对环境监测数据的在线分析，实时有效的识别资源节约、环境改善机会，帮助企业进行能源消耗的实时监测、准确统计和详细预测，最终为企业节能降耗和自我完善提供确凿的数据基础和有力的决策支持。
2.2. 项目工作范围
“能源管理中心解决方案”初步规划以集团下属企业的用电、用水、用汽、用气、用煤三级计量。
对于系统能源管理所需的部分暂不具备在线监测的用能数据，结合现有电能源消耗的数据录入，保证能源基础数据的完善，以达到统一实施能源指标管理的目的，针对公司的重点设备管理建立全面的监测、管理机制，在完善企业三级计量体系的基础上，为集团及各分公司领导的经营管理提供实时、准确的数据支持和决策辅助。
能源管理系统的建设涵盖全集团三个工业园和一个工业城。其中第一工业园：五分厂、六分厂、华鹏、华维；
第二工业园：七分厂、华经公司、华意、服装公司；
第三工业园：华泰公司；
工业城：织染公司、德生印染、百斯特公司。具体区域见下图：
3、能源管理中心系统架构
综合解决方案其典型的系统架构包括能源管理中心、通讯网络和远程数据采集单元三级物理结构，能为用户提供能源自动化、能耗计量、能效分析方面的方案设计、软硬件产品集成，能源审计、用能问题诊断、节能改造建议、节能改造项目效益评估咨询服务，节能改造工程项目实施。
工业企业能源管理系统基于最新的自动化技术、高级量测技术、软件技术、网络通讯技术，构筑在灵活、开发的技术平台之上，可以连接各种应用。借助能源管理平台，企业可以获得更简单、更透明、更节省的能源管理系统。
3.1 系统构成
工业能耗管理中心系统是一个集成网络通信技术、短信平台技术、多媒体监控技术、Intranet/Internet网络技术、Web GIS技术、Web Service软件技术、数据库技术等于一体的大型数据综合管理系统。系统提供管理者、各级能耗内部用户、浏览者访问的网络通道，搭建一个合理、高效的信息传输平台、管理平台，并建设一个良好的安全保障体系来保证本系统的安全。系统主要完成对能耗进行实时监测和分类、分项计量；能源数据可稳定、精确采集与存贮；计量数据可远程传输；能够对计量数据查询、统计与分析。
工业能耗分项计量实时监测分析系统由监测工业企业中的各计量装置、智能数据采集器、数据中心组成。
图3.1 工业能耗在线监测系统组成图
（1）计量装置：是用来度量电、水、汽（气）、煤，等工业能耗的仪表及辅助设备。
（2）数据采集器：是在一个区域内进行各种能耗信息采集的设备。它通过信道对其管辖的各类表计的信息进行采集、处理和存储，并通过有线或无线网络方式与数据中心交换数据。
（3）数据中心：采集并存储工业企业的能耗监测数据，并对能耗数据进行处理、分析、展示和发布。数据中心建立在集团企业总部。
3.2 传输网络的建设
系统通过GPRS网络访问公网服务器，也可通过现有局域网访问公网服务器，进行数据传输。
图3.2采集、传输组网示意图
3.3 计量装置
计量装置包括三相三线有功功率变送器、三相三线电子式多功能电能表、流量计、温度传感器、压力变送器、料斗秤和地磅等。其中流量计包括电磁流量计、涡街流量计、V锥流量计、标准孔板和插入式多喉径流量装置。
多功能电表除可计量有功电度外，还可计量无功电度、各相电流、各相电压、功率因数及谐波频率等参数以及具备尖、峰、谷、平分时段计量功能，并进行数据远传。
精度要求：电压0.2级、电流0.2级。
流量计、温度传感器、压力变送器采集流量、温度和压力值送达积算器实现煤气和热蒸汽的计量，积算器通常带有远传通信接口。
应用软件系统：
能源中心软件主要包括操作系统软件、数据采集软件、监视调度软件、实时数据库软件、关系数据库软件、管理平台软件、与现有信息化系统的接口软件等。
4. 实施过程
4.1成立项目建设小组
为了保证企业生产和项目实施的同步进行，我们制定了详细的施工进度安排计划，成立项目建设小组，保证项目按期、按质完成，发挥效益，具体工作包括：
4.1.1.成立能源管理中心（EMS）专业建设小组，小组成员涉及的专业包括工艺设备管理、通用设备管理、计算机信息管理、财务统计、物资供应、安全保障等。
4.1.2.制定项目施工进度安排计划。
4.1.3.对全公司用能计量系统进行了一轮摸底，形成了较为详细的能源计量仪表台账，为后期项目建设提供依据。
4.1.4.建设小组成员到生产现场对用户进行需求分析调研，力求系统方案完善、实用。
在项目的建设过程中，我们克服了较多的困难，积累了一些施工经验。主要有：
能源管理中心建设在集团内涉及的面广，建设过程中需要协调的工作量较大，施工进度难以提速。我们采取分专业、按单位、逐步实施的办法，加强施工前、中、后的沟通。
智能电表的更换改造，带电操作有一定的危险性，停电更换则有则严重影响生产。我们在施工中结合电网停电、设备检修、生产压电等工作，进行穿插进行。
智能水表更换改造，更换较为困难。阀门的完好程度、水表井的尺寸，停水影响生产情况等等对施工均有影响。在施工前，周密细仔准备施工方案。
因智能仪表分布范围较广，数据传输布线工作量大，有高空、地沟、路面、车间等，施工难度较大。前期开展大量的实地调研工作，制定多套施工方案，在保证安全的前提下，减少施工工作量，保证生产正常进行。
4.2．项目建设情况
华茂集团能源管理中心工程项目，主要建设内容包括“三个系统”，即数据采集系统建设、信息管理系统建设和重点用能环节改造，实现能源计划、能源计量管理、能源监控、能耗分析、数据报送、重点设备能耗管理等功能。
4.2.1.数据采集系统建设
数据采集系统是能源管理中心建设的保障。企业各能源介质存在于工业现场的不同环境中，因性质不同，计量方式差异较大，结合现场实际情况，采用不同采集方式建设数据系统。
配备能源计量器具。对重点用能设备加装或改造能源计量器具，实现用能数据的数字化读取及传输，计量准确度等级达到国标要求。
定期检定计量仪表。编制检定、校准计划，对计量器具进行定期检定、校准。根据计量类型不同，分别由质监部门或自行检定，确保能源计量器具的准确性。
健全能源计量管理制度。建立完善的计量管理体系，明确岗位工作职责，提高能源计量数据基础管理能力，规范能源计量管理制度。
4.2.2.信息管理系统建设
信息管理系统是能源管理中心建设的核心。通过基础软件、控制系统、基础硬件、现场视频监控和能源管理中心大厅建设，实现企业能源管理的集中控制。
4.2.2.1.基础软件建设。软件建设是能源管理中心数据采集、传输、存储的基础，是完成系统监控、进行数据分析、处理和加工的先决条件。重点建设网络监管软件、操作系统、远程运行维护软件、实时数据库、服务器平台软件、服务器驱动、现场操作站软件等。
4.2.2.2.管理系统建设。控制系统是对基础软件功能的开发应用，企业根据行业特点采用不同的控制系统。一是监控系统。对采集的不同能源介质实时数据进行集中监控，呈现实时调配的“人机界面”。二是基础能源管理系统。进行能源计划管理、能源调度管理、用能过程管理、能源计量管理、能耗数据统计分析、能源指标绩效管理考核、能源成本结算等。三是运行维护系统。能源管理中心的数据采集、网络支撑、软件系统是同步运行的整体，依靠运行维护系统保障整体的持续稳定运行。
4.2.2.3.基础硬件建设。硬件建设是构筑能源管理中心实时数据采集、交换的平台，包括工业网交换机、数据采集器、无线路由器、光纤线路以及其它建设安装材料和设备等。
4.2.2.4.现场视频监控建设。视频监控是通过监控装置实现对生产环节和用能环节的现场实景展示，是保证调控可靠性的直接反映。主要是在生产用电各主要控制点安装视频，通过远程监控实施协调调度，进行扁平化的故障监测及分析处理等。
4.2.2.5.能源管理中心大厅建设。能源管理中心大厅是企业能源调度指挥中心，是实现能源调度、分析、调控的核心组成。包括能源管理中心机房、大屏幕显示系统、空调和电源系统、通信和安防系统等基础设施建设。
系统建成后实现了能耗远程实时监控、能源报表统计分析、节能专家系统、重点能耗设备监控系统、友好的操作界面和强大的兼容性五大功能。
4.2.3.重点用能环节改造
主要是通过企业重点用能环节进行信息化节能改造，为能源管理中心的采集、传输、调控提供用能数据支撑。
4.2.3.1.对企业的空调系统、空压系统、滤尘系统、供电系统等环节进行节能改造，实现动态管理、实时监测。
4.2.3.2.关键生产环节改造。根据企业生产经营状况，结合工艺、结构、产品优化升级，逐步对落后的生产环节进行改造，提高生产自动化水平，实现能耗监控与能源管理中心的有效对接。
5.实施效果
本系统目前处于综合运行阶段，已初步实现管理功能。主要包括7大功能模块：用电模块、用水模块、蒸汽模块、空压模块、空调模块、报警模块、视频监控模块。每个模块分别包括以下内容：
5.1.用电模块：包括能耗概况、能耗总览、配电盘展示、电流展示数据一览、支路查询、纵向比较、峰谷用电比、峰谷用电详单、功率因数、用电盘存基础数据表、分路统计表、用电统计表、用电分摊表、空调用电报表、空压站用电报表、折40单耗、混合用电单耗纵向比较、混合车间用电单耗、混合能耗指标配置等。
5.2.用水模块：包括能耗总览、用水展示、数据一览、支路查询、纵向比较、用水单耗、用水同比报表、用水单耗查询等功能。
5.3.蒸汽模块：包括能耗总览、数据一览、支路查询、纵向比较、用汽单耗、用汽同比报表、用汽单耗查询等功能。
5.4.空压模块：包括能耗总览、数据一览、支路查询、纵向比较、气电比、用气单耗、用气同比报表等功能。
5.5.空调模块：以平面图形式，展示各生产区域的实时温度和湿度数据及变化情况。
5.6.报警模块：包括能耗报警、高压室水位报警、生产运行异常情况报警等。
5.7.视频监控模块：对重要生产区域进行视频监控。
系统建立建全公司电、水、气、汽等能源的供能决策、供能计划、供能分配与传输、供能结算与考核、供能安全预警、自动化分析与报表等系统。提供了自动化控制及实时监测，完成整体供能的优化调度和管理，实现安全、优良供能，提高工作效率、降低能耗等。从而实现企业总体节能减排目标从管理层向企业每一名员工进行可量化目标分解并得以落实；企业整体节能意识的提升结合有效的能效考核机制的建立，帮助企业员工从被动节能向主动节能的转变，形成全企业各个层面的管理者和员工为企业发展群策群力的大好局面。
经安徽省节能监察中心审核，本项目实施后，年节能6659吨标煤，其中节约用电2000万度，实现节约能源成本1450万元/年。随着系统的广泛深入应用，各类管理、专家系统逐步发挥作用，项目将达到并超过年节能7000吨标煤。
6.存在问题及建议
1.因纺织行业设备机台多、机型杂、分布广，系统目前未完全做到对所有用能设备细化到逐台监测。随着技术的不断进步，我们将继续升级改造，逐步完善。
2.下一步我们将努力运行、维护、使用好现有系统，使其充分发挥作用。同时，根据需求适时进行软件升级和功能拓展。
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