王志恒

安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 安徽合肥 230000

蔚來汽車生產(chǎn)基地在規(guī)劃時(shí)被定義為打造“高端新能源乘用車綠色、節(jié)能、環(huán)保的智能制造生產(chǎn)基地”。通過江淮和蔚來的攜手打造，一個(gè)擁有全新工藝、全新硬件設(shè)備、全新管理模式以及全新數(shù)字化系統(tǒng)的智慧工廠已建成投入運(yùn)行四年之久，工廠的智能化水平處于行業(yè)前列。以“綠色、環(huán)保、舒適和節(jié)能”為主題的能源管理系統(tǒng)，成為智慧工廠不可分割的一部分，能源管理系統(tǒng)的上線運(yùn)行，為工廠的能源管理提供了統(tǒng)一化的高效管理平臺(tái)。蔚來基地的能源管理系統(tǒng)平臺(tái)采用三層架構(gòu)：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層以及數(shù)據(jù)處理展示層。數(shù)據(jù)采集的對(duì)象涉及廠區(qū)內(nèi)所有能源介質(zhì)和獨(dú)立子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠能源的全域、全時(shí)和全面管理。

能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)

圍繞新能源乘用車智慧工廠進(jìn)行能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其目標(biāo)主要包括以下三方面：

1）基于全廠區(qū)、全要素和全過程的能源介質(zhì)實(shí)時(shí)化和透明化管理。通過對(duì)能源介質(zhì)進(jìn)行層級(jí)劃分，在各層級(jí)安裝智能計(jì)量表計(jì)量用戶能源數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)表計(jì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的透明化和實(shí)時(shí)化管控。

2）基于工廠能源考核指標(biāo)進(jìn)行能耗的分層管控。通過指標(biāo)的分解，各單位對(duì)能源的管控有了抓手，再通過能源管理系統(tǒng)進(jìn)行管理賦能，能夠有效保證能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)掌握，為能耗的分析和生產(chǎn)決策提供了有力支撐。

3）基于橫向和縱向的能耗差異化管理，為異常和波動(dòng)而導(dǎo)致的能源消耗差異提供了分析方向。能耗差異層層分解直至底層計(jì)量終端，為能耗差異化管理提供了精準(zhǔn)的方向。

總之，能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)都是緊緊圍繞“綠色、環(huán)保和節(jié)能”的主題而展開，為工廠科學(xué)、有效地進(jìn)行能源管理提供高效支撐。蔚來基地能源管理系統(tǒng)總體布局圖如圖1所示。

圖1 蔚來廠區(qū)能源管理總體布局

能源管理系統(tǒng)的范圍主要包括以下幾點(diǎn)：

1）采集并實(shí)時(shí)監(jiān)控各能源監(jiān)控點(diǎn)（水、電、天然氣及壓縮空氣等）的數(shù)據(jù)，設(shè)定層級(jí)之間的差異報(bào)警規(guī)則，針對(duì)超出設(shè)計(jì)規(guī)則的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警和采取相應(yīng)的動(dòng)作。

2）根據(jù)能源介質(zhì)種類，按照廠區(qū)、單體、產(chǎn)線和設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)歸類，并按照設(shè)定的統(tǒng)計(jì)規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和報(bào)表輸出，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的歸一化和透明化管理。

3）通過工廠能耗模型的建立，將工廠的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行整體考量，從整體能耗指標(biāo)、單體能耗指標(biāo)、橫向指標(biāo)和縱向指標(biāo)角度進(jìn)行全局分析，為能耗優(yōu)化提供全局視角的優(yōu)化建議。

4）工廠內(nèi)部各角落分布了全域檢測(cè)的溫濕度傳感器，對(duì)車間內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，根據(jù)人因工程學(xué)設(shè)定最合適的溫濕度。當(dāng)溫濕度超出舒適范圍時(shí)，能源系統(tǒng)將調(diào)整信號(hào)傳給地源系統(tǒng)、冷水機(jī)組和空調(diào)系統(tǒng)等以進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，保證車間作業(yè)環(huán)境的舒適性，打造“舒適”工廠，提升作業(yè)效率，保證整車高品質(zhì)。

5）污水處理中心排布數(shù)量可觀的檢測(cè)儀器和傳感器，將污水指標(biāo)實(shí)時(shí)進(jìn)行采集，對(duì)主要排污車間如涂裝的排污量和污水處理中心的處理數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合考慮，通過數(shù)據(jù)的不斷積累和統(tǒng)計(jì)，可對(duì)污水處理中心的藥劑添加提出有針對(duì)性建議。

本基地的能源管理系統(tǒng)的建設(shè)，充分體現(xiàn)出“節(jié)能、環(huán)保和舒適”的新能源乘用車智造主題。

2.能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）能源管理系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu) 基于新能源乘用車對(duì)能源管理的需求和未來發(fā)展趨勢(shì)，本次能源管理系統(tǒng)主要從四個(gè)部分進(jìn)行系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

1）獨(dú)立子系統(tǒng)。獨(dú)立子系統(tǒng)主要是從安全和效率兩個(gè)角度考量進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過將能源管理系統(tǒng)和設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)和邏輯互鎖，針對(duì)人工操作效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)較大的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程一鍵開啟和關(guān)閉。

2）計(jì)量系統(tǒng)。以現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量點(diǎn)的智能化計(jì)量?jī)x器為采集接口，將工廠的所有能源介質(zhì)（水、電、天然氣及壓縮空氣等）消耗情況進(jìn)行采集后傳輸至能源管理系統(tǒng)。

3）分析系統(tǒng)。分析系統(tǒng)是能源管理系統(tǒng)的核心和實(shí)現(xiàn)價(jià)值的關(guān)鍵所在，通過對(duì)能源數(shù)據(jù)的歸類、分析和展示，為管理層提供能源規(guī)劃決策的數(shù)字化依據(jù)。

4）環(huán)境數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)。主要包括關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)溫濕度監(jiān)測(cè)、氣象站和污水處理中心等。能源管理系統(tǒng)平臺(tái)具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 能源管理系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

（2）能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃要以廠區(qū)布局為整體考量，綜合考慮各用能單體和設(shè)備布局、各終端能源計(jì)量裝置的位置，兼顧企業(yè)后期發(fā)展需求。新能源乘用車智造基地能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)范圍涉及沖壓車間、焊裝車間、涂裝車間、總裝車間、、物料車間、PDI、發(fā)運(yùn)場(chǎng)、管理中心及餐廳等。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由底層的計(jì)量終端級(jí)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)、中心級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸和交換網(wǎng)絡(luò)以及能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集、展示網(wǎng)絡(luò)組成。具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

能源管理系統(tǒng)應(yīng)用

1.能源管理系統(tǒng)監(jiān)控中心

能源管理系統(tǒng)監(jiān)控中心從能源類別的角度主要?jiǎng)澐譃榻o水計(jì)量系統(tǒng)、電力計(jì)量系統(tǒng)、天然氣計(jì)量系統(tǒng)、壓縮空氣計(jì)量系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、冷水機(jī)組系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)及光伏系統(tǒng)等。通過監(jiān)控中心大屏，管理人員可實(shí)現(xiàn)整廠能源的全時(shí)域管控和指揮調(diào)度。如圖4所示。

圖4 能源管理系統(tǒng)監(jiān)控中心

2.能源介質(zhì)分級(jí)管控

如圖5～圖7所示，能源管理系統(tǒng)能源介質(zhì)管控按照規(guī)劃的層級(jí)進(jìn)行管控，水、電、天然氣等均實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、分級(jí)統(tǒng)計(jì)和展示。

圖5 能源管理系統(tǒng)水能源管控

圖6 能源管理系統(tǒng)電能源管控

圖7 能源管理系統(tǒng)天然氣能源管控

3.獨(dú)立子系統(tǒng)管控畫面

如圖8～圖12所示，獨(dú)立子系統(tǒng)涉及地源熱泵系統(tǒng)、冷水機(jī)組系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)及污水處理子系統(tǒng)，通過采集獨(dú)立子系統(tǒng)能源數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)，將子系統(tǒng)整體的狀態(tài)集成起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程、透明化實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖8 地源熱泵子系統(tǒng)管控

圖9 冷水機(jī)組子系統(tǒng)管控

圖10 空壓機(jī)子系統(tǒng)管控

圖11 鍋爐子系統(tǒng)管控

圖12 污水處理子系統(tǒng)管控

4.能源管理系統(tǒng)報(bào)表平臺(tái)

如圖13～圖15所示，能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，是所有決策的支撐。報(bào)表作為數(shù)據(jù)采集后的規(guī)整和統(tǒng)計(jì)，是能源消耗管理的最終可視化的量化工具。報(bào)表的核心價(jià)值在于其按照管理需求提供橫向和縱向的趨勢(shì)對(duì)比和分析，為能耗的差異提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，為后續(xù)能源分配提供指導(dǎo)。

圖13 涂裝單體用能報(bào)表

圖14 沖壓?jiǎn)误w用能報(bào)表

結(jié)語(yǔ)

新能源乘用車智造基地智慧能源管理系統(tǒng)的實(shí)施，不僅符合新能源汽車的發(fā)展主題，也從根本上轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的能源管理方式。借助數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、精確和透明化管控，通過建模和算法賦能能耗管理水平的提升，為打造“綠色、節(jié)能、環(huán)保和舒適的智造工廠”奠定了根基。