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引言

電能是造船企業使用的主要能源，經了解我國船舶建造的萬元電耗平均水平與世界先進造船企業相比，要高出5倍以上，各造船廠之間的電耗水平差距也很大。節電是節能減排的重點內容，也是降低造船成本和增加經濟效益的一項重要措施。造船企業高電耗主要表現在以下幾方面：

由于沒有智能化的管理工具，節電增效工作無處著手,節電措施不力和相關的統計、計量、考核制度不完善所造成；

企業由于管理、設計、工藝、生產計劃等各方面的原因，電能利用效率普遍偏低；

由于變壓器及配電線路配置不合理;設備配置不合理,“大馬拉小車”情況嚴重；流體設備運行工藝不合理；電能設備陳舊老化導致供配電系統運行效率低，從而產生高電耗；

電力品質低且質量差，主要由于瞬變電壓和浪涌電流的影響；供電電壓不穩影響；以及諧波的影響電壓和電流的波形產生畸變，惡化電力品質，不但增加電耗，也影響了電能安全和設備使用壽命；

電能管理方式粗放，能效與供電系統及各種設備的運行狀態管理、維護、檢修密不可分，而大部分企業只從保障設備能正常運行的角度對電能進行管理，沒有從使用效率、生產成本和設備使用壽命等角度對電能進行精細管理，由于缺乏科學有效的電能利用及電能質量管理手段，企業一般都不知道電能主要消耗在什么地方，電能質量有沒有被污染以及污染程度有多大？不清楚什么時間消耗了多少，不明白電能浪費的漏洞在哪里，更不清楚改善的機會有哪些；

企業電能結構復雜、且分布地域廣泛的特點；很難實現對電能的使用狀態、電能運行情況、電能分布狀況的實時跟蹤和統計等方面的管理。

因此，為了達到船舶建造企業節電增效的目標，文中利用先進的物聯網技術，傳感器技術、智能儀表及嵌入式技術,研究并提出了船舶企業電能智能化應用思路，此思路緊密與企業的生產工藝流程相結合，將企業日常生產中消耗的電能數據進行動態的采集，并利用移動的網絡通訊技術，將數據及時傳送到電能智能化管理平臺，實現對數據的運算、統計和分析,形成企業需要的各種電能報表，使企業工作人員、管理人員、決策人員實時掌握電能消耗和電能分布情況，有效控制電能消耗，及時發現生產過程中的電能癥結，及時采取措施，及時調度指揮，及時操作，充分利電能價政策，提高日負荷率及功率因素，降低線路功率損失，優化運行空氣壓縮系統，改進并優化高電耗的設備，實現能效智能化、精益化管理，達到最大限度的減少造船生產電能能耗，降低生產成本，增加企業效益，提升企業核心競爭力。

1電能智能化的國內外發展綜述

1.1國外電能智能研究現狀

電能量化系統自八十年代中葉誕生于美國后，在世界各地得到了迅猛的發展，迅速擴展到電、氣、熱等各個領域。在美國、加拿大、日本和西歐等一些發達國家和地區都廣泛采用遠程電能量化系統代替傳統的人工抄表。此系統的快速發展得益于上世紀80年代計算機技術、超大規模集成電路和通訊技術的高速發展，美國于1986年就建立了自動抄表研究協會，AMRA(AutomaticMeterReadingAssociation)，每一年半左右開一次國際性年會，每次年會都有專題報道，旨在進一步發展和推廣AMR(AutomaticMeterReading)技術。近年來，歐洲自動抄表技術協會(EUROAMRA)和英國自動抄表技術協會(UKAMRA)也相繼成立。與此同時，IEC的Tcl3和Tc57兩大標準化組織在其標準體系中都為AMR系統制定

了相關的標準。各種形式的AMR系統，各種新的AMR技術不斷推陳出新，推動著整個電能量化系統的發展。它們使得系統在向著智能化、低功耗、低成本和通信標準化設計的過程中邁出了堅實的一步，如今電能量化系統達到可以大規模推廣的實用性階段。上世紀80年代中期以來，美國在AMR技術的開發和應用上就已取得了長足的進步。在科羅拉多州丹佛市，一家公用事業企業將77萬余臺智能電表和67萬余臺煤氣表實現了遠程控制，成為當時美國推廣應用量最大的一家公司;2004年，美國共有971項AMR應用項目，其中約有2200萬臺智能電表實現了遠程電能量化管理。

1.2國內電能智能系統研究現狀

二十世紀90年代，電能量化系統技術被引進到中國，國內許多研究機構和企業紛紛投入對電能量化的研究。早期的AMR系統主要用于大電網的電能量考核結算，隨著國內居民電能一戶一表政策的推行和住宅小區智能化的發展，國內一些公司開始了對此的研發和推廣1993年，廣州科立通電能公司研制出國內第一套居民遠程電能量量化系統。到90年代中期，國內己有不少研制成功的自動電能量化系統，例如常州的“YH5551型集中自動抄表系統”、太原的“煤氣表讀數遙測系統”、中科院合肥智能所的“煤氣表戶外自動抄表裝置”和上海市公用事業研究所1997年開發成功的“水、煤氣表合抄集中自動抄表系統”不久前，沈陽匯成電纜廠開發出了DYYVP22型電能表自動抄表系統專電能纜。經過十幾年的發展，AMR技術已經在我國得到了廣泛的應用，各種AMR技術和系統的研究，己成為各個AMR系統生產企業和科研機構競相追逐的熱點。

綜上所述，基于電能數據采集及量化管理初級階段，國內外尚未發現船舶企業電能智能化管理應用。因此，船舶企業電能網絡化、信息化、自動化、智能化和集成化已成為企業電能智能管理應用的必然發展趨勢，它為船舶企業電力資源的優化和事故分析提供實時可靠的數據，為生產電能綜合評估提供切實依據，成為企業節能減排必不可少的手段。

2電能智能化設計

經過深入調研，并結合船舶企業現狀，現提出電能智能化管理的如下設計思路。

2.1系統總體設計拓撲結構

電能智能化系統整個架構采用基于TD/GPRS的無線網絡通訊，大大降低了項目投資成本和施工難度，系統架構如圖1所示。

2.2系統功能

電能智能化應用主要通過對企業各生產流程加裝多功能智能電度表，并進行數據的動態實時采集、數據分析和統計,讓計量人員、管理人員及決策人員實時了解企業電量的運行情況、分布情況，也為管理人員、決策人員進行電量再分配、電能優化、電能負荷管理等提供有力的數據保障。

2.3系統管理

系統管理主要包括對電能智能管理系統的運行配置管理、通訊接口管理和用戶權限管理，主要是用戶權限管理(權限管理包括部門管理、人員管理和授權管理)，通過權限管理,可對企業計量人員、管理人員、決策人員進行有效的組織和分工，并使電能智能管理系統在可靠性、安全性等方面比通用軟件有更大的提高。

2.4數據采集

數據采集是電能智能管理的基本功能，數據采集通過數據采集與傳輸設備和多功能智能電度表通過RS485總線連接,通過DL645協議輪訓式問答，實時采集每臺多功能智能電度表的數據，包括：電流、電壓、功能和電度等，再通過移動網絡的GPRS，將數據傳送到電能智能管理系統進行數據存儲，并通過直觀的人機界面(HMI)展現給計量人員及管理人員，圖2所示是其實際而直觀的人機界面圖。

2.5數據查詢

數據查詢包括實時數據查詢和歷史數據查詢，實時數據查詢可以按智能儀表的所在地或表名實時查詢每塊表的當前數據，也可實現每個生產流程的電能數據消耗查詢；歷史數據查詢可查詢歷史任意時間及時間段查詢每塊表中每個數據的歷史值，并通過圖標的方式直觀地展現給用戶，圖3所示是可以展現給用戶的數據查詢圖。

圖3可展現給用戶的數據查詢圖

2.6數據統計

由于多功能智能電度表讀取的電度量都為累計值，直接通過累計值無法算出當日、旬、月甚至年的電量消耗，但電能智能管理系統的數據統計功能直接在后臺運算，只要鼠標輕松一擊，就可以通過圖形直觀顯示，圖4所示是其數據統計結果顯示圖。

圖4數據統計結果

2.7數據分析

電能智能管理系統可進行高級數據分析，可同時對圖5所示的某種數據或多個數據進行歷史數據分析。分析方式可通過曲線、圖標、棒圖/餅圖等，通過歷史一段時間內的數據變化趨勢及異常數據出現的頻率高低，可對歷史時間內的電能質量進行分析，找出問題缺陷，為電量再分配、負荷調整等提供數據依據。

圖5某種或多個歷史數據分析圖

2.8數據報警

數據報警是電能智能管理系統的重要功能，數據報警主要用于對電能不合理或超出額定值等超負荷情況下進行工作,

/86物聯網技術2014年/第8期造成電能的額外消耗，針對此類情況，系統提供了彈畫面報警和聲音報警，同時，考慮有時人員可能不在現場，且現場環境復雜，有時可能聽不到報警，導致沒有及時知道報警而立即做出處理，帶來電能的嚴重消耗，為避免此類問題，系統對數據報警提供更高級的數據報警功能，當報警時，系統會自動通過移動網路的GPRS，通過短信實時傳輸到計量人員、管理人員手機、手持終端上，即時提醒計量人員、管理人員對報警信息的處理，排除安全隱患，保證安全生產。

2.9決策報表

電能智能系統強勁的報表系統可解決用戶日常計量所需要的日報、旬報、月報及年報，系統通過類Excel電子表格方式將數據直觀地展現給計量人員，并可進行報表的在線打印,圖6所示是電能智能系統在線打印的報表圖。

圖6電能智能系統在線打印的報表

3電能智能化應用

3.1效益分析

電能智能管理系統可實時采集、監控生產電能數據，分析企業的電能分布情況、生產車間電能情況、設備的耗電情況等，對電能不合理或電能分配不當及時處理，加強改進措施,降低生產能耗，可為船舶企業的成本控制奠定基礎。

通過對企業生產過程電能情況的全面監測和數據分析,使得船舶企業的生產經營決策在一定程度上擺脫主觀判斷,以客觀的計量數據和對數據的統計分析為依據。

電能智能管理采用很多先進的物聯網、自動化技術和信息化技術，可滿足船舶企業的信息向智能化發展的需要。

3.2風險控制

由于系統的建設和使用，需要企業對原有的業務模式和人員安排進行必要的培訓，以避免由此帶來的風險。

3.3投資成本

投資成本包括以下幾部分，它們是系統軟硬件采購成本、系統集成成本、業務模式、管理方式、人員安排成本、人員培訓成本以及系統維護成本。

4結語

通過對船舶企業電能智能化應用的深入研究，可以深刻感受到此應用鮮明的特點。

首先，采用先進的系統架構體系和基于3G的網絡通訊技術設備，可以做到配置和技術應用的先進；其次，在經濟和實用性方面，智能化設備管理以實用性為原則，充分利用現代化信息技術、移動通訊技術，在系統整體設計、硬件軟件選型時結合企業現有系統實際情況，確定了合理、高性價比的建設方案。

本電能智能化應用系統的軟件和硬件平臺均采用模塊化設計與開發，具有良好的可擴充、擴展能力，能夠非常方便地進行系統升級和更新，以適應今后業務的不斷發展，并提供與ERP系統的數據接口。另外，由于主干網和數據通訊多采用無線通訊技術和3G通訊技術，減少了復雜的人工布線，以便于管理和維護。

依據某船舶集團的發展現狀和未來發展規劃，作者采用“總體規劃、分步實施”的原則，項目前期可通過具備實施條件的區域先上，再逐步向其它生產線擴展，將實現企業每條生產線的電能智能管理，使企業實現'電能有計量、考核有依據'

下一步，筆者將研究與現有ERP平臺進行整合，有效地進行信息資源共享，為船舶企業信化向智能化發展添磚加瓦。

20211221_61c1ec1a6b6e1__船舶企業電能智能化管理系統的設計與應用