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　　摘要：MEOP是造紙企業信息化與節能技術集成的重要成果，該系統是MES框架下的能源管理系統（EMS，Energy Management System），本文介紹了MEOP（Mill Energy Optimization Platform）設計的硬件和軟件結構，著重分析與描述了該系統的功能，MEOP的應用使企業決策人員、管理人員、工藝人員、調度人員、操作人員使用相同系統，實現能源規劃——能源調度——能源消耗的協調統一。

　　關鍵詞： MES；EMS；能量系統優化 

　　造紙企業典型的信息系統為PCS(Process Control System)/MES(Manufacture Executive System) /ERP(Enterprise Resource System)三層結構[1]，其中，PCS層是制漿造紙過程生產自動化基礎控制系統，大中型造紙企業將其作為制漿造紙生產線的“標準配置”；而ERP及管理信息系統是企業管理的重要工具和手段，也已在國內大中型造紙企業普遍應用；作為承上啟下的制造執行系統MES層，則很少有國內造紙企業實施該類項目。目前，MES的實施仍處于探索階段，因此，MES已成為當前造紙企業信息化的重點和難點。

　　造紙行業作為國家發改委“十一五”期間重點監管的九大高耗能行業之一，面臨前所未有的節能壓力，許多造紙企業試圖探索運用信息化手段解決造紙工業當前節能降耗的問題。基于MES層框架的能源管理系統（EMS，Energy Management System）可以有效集成企業PCS層“孤島”運行的DCS中能量系統數據，分析企業能量系統運行狀態，優化調度能量系統，是運用信息化手段幫助企業節能降耗的有效手段。

　　根據廣州造紙集團有限公司對生產過程能量系統管理的需求，華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室在造紙企業能源管理系統（EMS）基礎上開發了全廠能量系統優化信息平臺（MEOP, Mill Energy Optimization Platform）,用于實時監控全廠能量系統運行狀態、分析能源利用狀況、診斷能量系統節能潛力、優化能量系統運行工藝，實現企業能量系統全局優化運行,提高企業能源利用效率。

　　1 設計的原則

　　制漿造紙工業屬于流程工業，企業生產是流水性晝夜連續作業，由多個工藝單元（如制漿生產線，造紙生產線，堿（酸）回收系統，熱電站及廢水處理站等）按一定的順序組合而成，生產過程的物流和能量流連續，生產工藝和方法復雜，聯動性很強，但要求工藝流程和產品穩定；生產過程涉及各種物理及化學過程，機理復雜、數據信息量大、處理難度較大；生產節奏性強，連續性和均衡性要求高，并且在生產過程控制和設備控制的自動化方面要求很高；設備投資、更新、改造和維修的管理與決策比較復雜，對庫存和污染物也有特殊要求。因此，作為MES的重要組成部分，造紙企業造紙企業全廠能量系統優化信息平臺的設計與開發要遵循以下原則：

　　1）安全的原則。MEOP需要集成熱電廠、制漿、造紙和污水處理等生產線的DCS中的數據，MEOP運行時必須確保不影響各生產線DCS的運行，以免造成重大生產事故。

　　2）標準化的原則。MEOP是MES層能源管理的子系統，在造紙企業信息系統中起到承上啟下的作用。必須遵照ISA(International Federation of National Standardizing Associations)的MES相關標準和MESA（Manufacturing Execution System Association International）的MES相關標準設計開發，以實現信息系統的功能擴展及與第三方信息系統的對接[2]。

　　3）開放的原則。MEOP不僅需要集成PCS層的數據，還需要對外發布信息以及與ERP能管理信息系統進行通訊，因此，需要遵循現場總線、以太網和B2MML等典型相關協議進行設計。

　　4）實用的原則。MEOP為集成和優化企業能量系統，需要針對熱電廠的操作人員、企業中心調度人員、工藝人員和生產管理人員的不同需求，設計不同的監控、分析和優化界面，MEOP的界面設計必須簡潔和實用，人機交互界面針對性強，提高上述人員的有效合作共同挖掘節能潛力，提高企業能效水平。

　　2 MEOP硬件結構

　　MEOP基于MES中能源管理系統基本結構和功能的基礎上，結合“三環節”能量流結構模型與優化技術，實現對制漿造紙企業能量系統信息的采集、分析、監控、優化等功能，MEOP將大大提高企業能量系統信息的透明化和標準化，為企業管理和生產調度決策提供可靠依據，是企業降低生產成本的有效工具。

　　該系統架構采用C/S和B/S混合模式。核心服務器由實時數據庫服務器、關系數據庫服務器和Web數據庫服務器組成，C/S模式用于支持工藝人員和生產管理人員遠程訪問MEOP，B/S模式用于支持中心調度室調度人員和熱電廠操作人員即時監控和操控系統以及響應報警事件等。MEOP具有與底層控制系統通訊的標準接口，如OPC、DDE、Modbus、 ProfiBus等；還可基于以太網同時與ERP系統通過OLE、ODBC、COM等方式進行數據傳輸。如圖1所示。

　　造紙企業能量系統優化信息平臺與制漿造紙廠中的DCS、PLC等進行通訊，采集發電廠、制漿車間、抄紙車間、能量流數據。根據ISA和MESA的相關標準，MEOP不直接與現場傳感器或變送器通訊，所有現場數據均來自于控制器以上的系統中。

　　MEOP擁有多個操作終端，便于生產管理人員與該系統交互，如進行在線查詢、在線分析、下達調度指令和打印報告等。另外，MEOP也可將關鍵數據通過以太網傳送到ERP中，并接收來自ERP的指令數據，便于企業決策者對企業能源的調控與管理。

　　3 MOEP軟件結構[3]

　　MEOP針對制漿造紙企業特點進行設計開發，為企業實現能流調度及全局優化提供決策支持，MEOP可以系統、科學、準確、實時地調度生產能量配給，減少人為調度的主觀性和局限性，使企業能量調度達到全局優化，減少能源浪費和減少污染物的排放。MEOP將大大提高企業能流信息的透明度和信息的標準化，為企業管理和生產調度決策提供可靠依據，是企業降低生產成本的有力工具。造紙企業能量系統優化信息平臺軟件結構如圖2所示。

　　該系統主體部分采用美國通用電氣（GE）公司MES智能平臺軟件搭建，數據庫分別由實時數據庫、關系數據庫、Web數據庫和功能模型庫組成[4]。關系數據庫通過實時數據庫與過程控制層相連，MEOP通過B2MML與管理層ERP進行通訊連接，客戶端可完成數據分析及比較、數據顯示及報告、能流信息優化和能流調度計劃及決策支持等功能，這些功能由功能模型庫中的模型計算后實現。

　　4 MEOP功能

　　MEOP是華南理工大學在制漿造紙企業信息系統集成與優化技術方面的重要研究成果，適合典型造紙企業能量系統優化調度管理，可實現造紙企業能量流、物料流、信息流的集成和優化。造紙企業能量系統優化信息平臺(MEOP)將系統、科學、準確、實時地調度生產能量配給，優化熱電廠運行，減少人為調度的主觀性和局限性，使企業能量調度達到全局優化，減少能源浪費和減少污染物的排放，其具體功能如下：

　　1）數據集成功能。MEOP通過實時數據庫（RTD）集成制漿造紙廠中過程控制系統、SCADA、現場能流測量數據和操作人員手工輸入的能流數據，將這些數據分類為電網子系統數據、蒸汽管網子系統數據、漿料管網子系統數據和水管網子系統數據等，存儲到關系數據庫，用于歸檔、顯示和發送到ERP中。

　　2）信息監控及調度功能。MEOP操作終端可以顯示關鍵工序中的關鍵數據，如盤磨機的電流、新鮮蒸汽進入烘缸的壓力、熱電廠鍋爐壓力、溫度、汽輪發電機抽氣溫度等等，如圖3所示。這些數據往往會在一定的范圍內波動，MEOP可以根據這些變量的相互關系組織畫面，將這些變量實時顯示在操作終端上或發送到ERP。該功能是實現企業信息化和生產過程透明化的關鍵步驟之一，避免關鍵數據局限于某“信息孤島”，通過對能源系統集中監控，可大幅度提高能源系統勞動生產率。

　　運用系統在線監控功能，可實現能源調度指揮、充分利用二次能源、保證企業能源生產、轉換和消耗的平衡，可以減少能源浪費，確保系統經濟合理運行。在能源系統異常和事故時，系統通過集中監控提供實時數據，利于調度及時、快速和準確的處理，把能源系統故障所造成的影響控制在最低限度，確保能源系統穩定運行。

　　持續穩定的能源供應是工業生產的重要保證，而能源實時調度與監控則是保證能源供應的必要手段。能源供應通常是指供水、供汽、供電幾個重要環節，能源實時調度模塊可以在線監控生產企業所有能源（水、電、汽）消耗實時數據，并同時可以追溯能源的歷史消耗數據，如各主要供水、供電、供汽管線的日累積值、月累積值、年累積值，以及對供汽壓力和供汽溫度的監控。

　　3）數據分析功能。基于MEOP強大的能源生產信息數據庫，運用先進的數據處理與分析技術，實現能源系統的離線生產分析與管理功能，包括能源生產管理統計報表、平衡分析、質量管理、績效管理、預測分析等功能。同時對能源負荷進行分析，為整個紙廠和每個工段精確、恰當地定義能耗目標值，同時停機負荷以及停機時間也被定義，如圖4所示。

　　數據分析功能中的過程畫面、過程曲線提供各能源介質的歷史趨勢曲線、各區域的能源使用平衡點的上下限，實現對能源的質量、工序能耗和運行管理的前端控制和評估，從而為能源管理的持續改進提供方向。

　　通過曲線分析各條能源供應（供電、供水、供汽）線路的消耗數據，可方便快捷地分析出能源供應的峰谷時期，結合當時的生產情況可以盡量減少能源供應的峰谷差，削峰填谷，提高能源供應的效率和可靠性。KPI(Key Performance Indicator)分析是企業生產管理手段之一。通過關鍵能耗指標對比，管理或調度人員可以快速而容易地發現有關的事件和趨勢，并將能耗的配給需要關注的指標上。因此，KPI 通常由各種原始數據、報告或圖表以不同的方式組合而成。

　　4）信息的優化功能。過程數據的離線和實時在線優化為調度能流提供必要的手段，主要通過建立“三環節”優化控制模型，對全廠能流的轉化環節、利用環節和回收環節進行分析和優化；利用標準過程能流和物流模型對車間級和工序級進行分析和優化；對各子系統進行分析，并及時給出能量利用效率，判斷能量利用狀態，給出綜合分析意見，作為現場控制依據，如圖5所示。

　　電廠優化運行根據企業運行中實際對電、低壓蒸汽和中壓蒸汽等二次能源的實時需求，及時指導電廠調度人員，調節鍋爐負荷分配、調節汽輪機抽氣量，使熱電廠在滿足正常生產的條件下更經濟地運行。

　　5）能源規劃功能。MEOP能源規劃功能可以制定能源管理的長期規劃；依據生產計劃，制定能源平衡計劃；指導能源介質的采購（電力、液氧、水），保證能源供應；制定能源生產旬計劃（例如發電、煤氣等），保障生產安全合理進行；根據數據采集獲得數據，預測能源產、供趨勢，調度各種能源生產、分配，監控各種異常情況，及時給出調整措施，給出統計分析和平衡分析報表，為能源優化提供數據支持。

　　6)Web發布功能。Web功能可以讓管理人員通過Internet 來監控操作能源轉化、能源利用和能源回收過程。Web瀏覽器支持用于英特網公共安全機制，例如路由器、防火墻和代理服務器。由于Web瀏覽器采用標準的HTTP協議，所以不需要任何專門的防火墻管理。Web發布功能可以實現遠程操作和監控、有事件驅動快速更新、遠程診斷和故障排除、與管理系統的客戶機相集成，并可以在辦公室中存取生產實時數據。

　　4 項目實施后的成果

　　MEOP是造紙企業信息化與節能減排技術集成的重要成果，將造紙企業能量系統“三環節” 模型作為企業能量系統優化信息平臺的全局優化模型，實現了能量系統局部優化與全局優化的統一。在滿足生產需要的條件下，預測二次能源使用負荷，根據各臺鍋爐和汽輪機特性優化電廠運行方式，提高電廠能效利用率，提高電廠運行調節的響應速度。將國內外造紙行業先進能耗數據作為比較分析企業能量利用狀況基礎對標數據，動態分析和比較生產線之間、生產線與國內外同類先進生產線之間能源利用效率，使企業決策人員、管理人員、工藝人員、調度人員使用相同系統，實現能源規劃——能源調度——能源消耗的協調統一。MEOP的成功實施將可為廣州造紙集團有限公司節約能源消耗5%左右。

　　參考文獻：

　　【1】 李繼庚,劉煥彬,等.造紙工業現代集成過程系統應用研究[J].中國造紙,2003年 04期 :35-37.

　　【2】 王志新，金壽松.制造執行系統MES及應用[M].北京：中國電力出版社，2006.

　　【3】 李繼庚,劉煥彬.造紙企業節能關鍵共性技術[J].造紙科學與技術,2008年第27卷第6期:22-25