引言

電能是造船企業(yè)使用的主要能源，經(jīng)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(yè)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(jié)電是節(jié)能減排的重點內(nèi)容，也是降低造船成本和增加經(jīng)濟效益的一項重要措施。造船企業(yè)高電耗主要表現(xiàn)在以下幾方面：

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

企業(yè)由于管理、設(shè)計、工藝、生產(chǎn)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(shè)備配置不合理,“大馬拉小車”情況嚴重；流體設(shè)備運行工藝不合理；電能設(shè)備陳舊老化導(dǎo)致供配電系統(tǒng)運行效率低，從而產(chǎn)生高電耗；

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

電能管理方式粗放，能效與供電系統(tǒng)及各種設(shè)備的運行狀態(tài)管理、維護、檢修密不可分，而大部分企業(yè)只從保障設(shè)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(chǎn)成本和設(shè)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(zhì)量管理手段，企業(yè)一般都不知道電能主要消耗在什么地方，電能質(zhì)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(yè)電能結(jié)構(gòu)復(fù)雜、且分布地域廣泛的特點；很難實現(xiàn)對電能的使用狀態(tài)、電能運行情況、電能分布狀況的實時跟蹤和統(tǒng)計等方面的管理。

因此，為了達到船舶建造企業(yè)節(jié)電增效的目標，文中利用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，傳感器技術(shù)、智能儀表及嵌入式技術(shù),研究并提出了船舶企業(yè)電能智能化應(yīng)用思路，此思路緊密與企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程相結(jié)合，將企業(yè)日常生產(chǎn)中消耗的電能數(shù)據(jù)進行動態(tài)的采集，并利用移動的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將數(shù)據(jù)及時傳送到電能智能化管理平臺，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的運算、統(tǒng)計和分析,形成企業(yè)需要的各種電能報表，使企業(yè)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(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的電能癥結(jié)，及時采取措施，及時調(diào)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(yōu)化運行空氣壓縮系統(tǒng)，改進并優(yōu)化高電耗的設(shè)備，實現(xiàn)能效智能化、精益化管理，達到最大限度的減少造船生產(chǎn)電能能耗，降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)效益，提升企業(yè)核心競爭力。

1電能智能化的國內(nèi)外發(fā)展綜述

1.1國外電能智能研究現(xiàn)狀

電能量化系統(tǒng)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(fā)展，迅速擴展到電、氣、熱等各個領(lǐng)域。在美國、加拿大、日本和西歐等一些發(fā)達國家和地區(qū)都廣泛采用遠程電能量化系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工抄表。此系統(tǒng)的快速發(fā)展得益于上世紀80年代計算機技術(shù)、超大規(guī)模集成電路和通訊技術(shù)的高速發(fā)展，美國于1986年就建立了自動抄表研究協(xié)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(fā)展和推廣AMR(AutomaticMeterReading)技術(shù)。近年來，歐洲自動抄表技術(shù)協(xié)會(EUROAMRA)和英國自動抄表技術(shù)協(xié)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(tǒng)制定

了相關(guān)的標準。各種形式的AMR系統(tǒng)，各種新的AMR技術(shù)不斷推陳出新，推動著整個電能量化系統(tǒng)的發(fā)展。它們使得系統(tǒng)在向著智能化、低功耗、低成本和通信標準化設(shè)計的過程中邁出了堅實的一步，如今電能量化系統(tǒng)達到可以大規(guī)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(shù)的開發(fā)和應(yīng)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(yè)企業(yè)將77萬余臺智能電表和67萬余臺煤氣表實現(xiàn)了遠程控制，成為當時美國推廣應(yīng)用量最大的一家公司;2004年，美國共有971項AMR應(yīng)用項目，其中約有2200萬臺智能電表實現(xiàn)了遠程電能量化管理。

1.2國內(nèi)電能智能系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

二十世紀90年代，電能量化系統(tǒng)技術(shù)被引進到中國，國內(nèi)許多研究機構(gòu)和企業(yè)紛紛投入對電能量化的研究。早期的AMR系統(tǒng)主要用于大電網(wǎng)的電能量考核結(jié)算，隨著國內(nèi)居民電能一戶一表政策的推行和住宅小區(qū)智能化的發(fā)展，國內(nèi)一些公司開始了對此的研發(fā)和推廣1993年，廣州科立通電能公司研制出國內(nèi)第一套居民遠程電能量量化系統(tǒng)。到90年代中期，國內(nèi)己有不少研制成功的自動電能量化系統(tǒng)，例如常州的“YH5551型集中自動抄表系統(tǒng)”、太原的“煤氣表讀數(shù)遙測系統(tǒng)”、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(yè)研究所1997年開發(fā)成功的“水、煤氣表合抄集中自動抄表系統(tǒng)”不久前，沈陽匯成電纜廠開發(fā)出了DYYVP22型電能表自動抄表系統(tǒng)專電能纜。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，AMR技術(shù)已經(jīng)在我國得到了廣泛的應(yīng)用，各種AMR技術(shù)和系統(tǒng)的研究，己成為各個AMR系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)和科研機構(gòu)競相追逐的熱點。

綜上所述，基于電能數(shù)據(jù)采集及量化管理初級階段，國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)船舶企業(yè)電能智能化管理應(yīng)用。因此，船舶企業(yè)電能網(wǎng)絡(luò)化、信息化、自動化、智能化和集成化已成為企業(yè)電能智能管理應(yīng)用的必然發(fā)展趨勢，它為船舶企業(yè)電力資源的優(yōu)化和事故分析提供實時可靠的數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)電能綜合評估提供切實依據(jù)，成為企業(yè)節(jié)能減排必不可少的手段。

2電能智能化設(shè)計

經(jīng)過深入調(diào)研，并結(jié)合船舶企業(yè)現(xiàn)狀，現(xiàn)提出電能智能化管理的如下設(shè)計思路。

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計拓撲結(jié)構(gòu)

電能智能化系統(tǒng)整個架構(gòu)采用基于TD/GPRS的無線網(wǎng)絡(luò)通訊，大大降低了項目投資成本和施工難度，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.2系統(tǒng)功能

電能智能化應(yīng)用主要通過對企業(yè)各生產(chǎn)流程加裝多功能智能電度表，并進行數(shù)據(jù)的動態(tài)實時采集、數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計,讓計量人員、管理人員及決策人員實時了解企業(yè)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(yōu)化、電能負荷管理等提供有力的數(shù)據(jù)保障。

2.3系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要包括對電能智能管理系統(tǒng)的運行配置管理、通訊接口管理和用戶權(quán)限管理，主要是用戶權(quán)限管理(權(quán)限管理包括部門管理、人員管理和授權(quán)管理)，通過權(quán)限管理,可對企業(yè)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(tǒng)在可靠性、安全性等方面比通用軟件有更大的提高。

2.4數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是電能智能管理的基本功能，數(shù)據(jù)采集通過數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備和多功能智能電度表通過RS485總線連接,通過DL\645協(xié)議輪訓式問答，實時采集每臺多功能智能電度表的數(shù)據(jù)，包括：電流、電壓、功能和電度等，再通過移動網(wǎng)絡(luò)的GPRS，將數(shù)據(jù)傳送到電能智能管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)存儲，并通過直觀的人機界面(HMI)展現(xiàn)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(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢包括實時數(shù)據(jù)查詢和歷史數(shù)據(jù)查詢，實時數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，也可實現(xiàn)每個生產(chǎn)流程的電能數(shù)據(jù)消耗查詢；歷史數(shù)據(jù)查詢可查詢歷史任意時間及時間段查詢每塊表中每個數(shù)據(jù)的歷史值，并通過圖標的方式直觀地展現(xiàn)給用戶，圖3所示是可以展現(xiàn)給用戶的數(shù)據(jù)查詢圖。

圖3可展現(xiàn)給用戶的數(shù)據(jù)查詢圖

2.6數(shù)據(jù)統(tǒng)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(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)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(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示圖。

圖4數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果

2.7數(shù)據(jù)分析

電能智能管理系統(tǒng)可進行高級數(shù)據(jù)分析，可同時對圖5所示的某種數(shù)據(jù)或多個數(shù)據(jù)進行歷史數(shù)據(jù)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(nèi)的數(shù)據(jù)變化趨勢及異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻率高低，可對歷史時間內(nèi)的電能質(zhì)量進行分析，找出問題缺陷，為電量再分配、負荷調(diào)整等提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

圖5某種或多個歷史數(shù)據(jù)分析圖

2.8數(shù)據(jù)報警

數(shù)據(jù)報警是電能智能管理系統(tǒng)的重要功能，數(shù)據(jù)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(lián)網(wǎng)技術(shù)2014年/第8期造成電能的額外消耗，針對此類情況，系統(tǒng)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(xiàn)場，且現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，有時可能聽不到報警，導(dǎo)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(tǒng)對數(shù)據(jù)報警提供更高級的數(shù)據(jù)報警功能，當報警時，系統(tǒng)會自動通過移動網(wǎng)路的GPRS，通過短信實時傳輸?shù)接嬃咳藛T、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(chǎn)。

2.9決策報表

電能智能系統(tǒng)強勁的報表系統(tǒng)可解決用戶日常計量所需要的日報、旬報、月報及年報，系統(tǒng)通過類Excel電子表格方式將數(shù)據(jù)直觀地展現(xiàn)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(tǒng)在線打印的報表圖。

圖6電能智能系統(tǒng)在線打印的報表

3電能智能化應(yīng)用

3.1效益分析

電能智能管理系統(tǒng)可實時采集、監(jiān)控生產(chǎn)電能數(shù)據(jù)，分析企業(yè)的電能分布情況、生產(chǎn)車間電能情況、設(shè)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(chǎn)能耗，可為船舶企業(yè)的成本控制奠定基礎(chǔ)。

通過對企業(yè)生產(chǎn)過程電能情況的全面監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析,使得船舶企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營決策在一定程度上擺脫主觀判斷,以客觀的計量數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析為依據(jù)。

電能智能管理采用很多先進的物聯(lián)網(wǎng)、自動化技術(shù)和信息化技術(shù)，可滿足船舶企業(yè)的信息向智能化發(fā)展的需要。

3.2風險控制

由于系統(tǒng)的建設(shè)和使用，需要企業(yè)對原有的業(yè)務(wù)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(tǒng)軟硬件采購成本、系統(tǒng)集成成本、業(yè)務(wù)模式、管理方式、人員安排成本、人員培訓成本以及系統(tǒng)維護成本。

4結(jié)語

通過對船舶企業(yè)電能智能化應(yīng)用的深入研究，可以深刻感受到此應(yīng)用鮮明的特點。

首先，采用先進的系統(tǒng)架構(gòu)體系和基于3G的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)設(shè)備，可以做到配置和技術(shù)應(yīng)用的先進；其次，在經(jīng)濟和實用性方面，智能化設(shè)備管理以實用性為原則，充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)、移動通訊技術(shù)，在系統(tǒng)整體設(shè)計、硬件軟件選型時結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)實際情況，確定了合理、高性價比的建設(shè)方案。

本電能智能化應(yīng)用系統(tǒng)的軟件和硬件平臺均采用模塊化設(shè)計與開發(fā)，具有良好的可擴充、擴展能力，能夠非常方便地進行系統(tǒng)升級和更新，以適應(yīng)今后業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，并提供與ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。另外，由于主干網(wǎng)和數(shù)據(jù)通訊多采用無線通訊技術(shù)和3G通訊技術(shù)，減少了復(fù)雜的人工布線，以便于管理和維護。

依據(jù)某船舶集團的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展規(guī)劃，作者采用“總體規(guī)劃、分步實施”的原則，項目前期可通過具備實施條件的區(qū)域先上，再逐步向其它生產(chǎn)線擴展，將實現(xiàn)企業(yè)每條生產(chǎn)線的電能智能管理，使企業(yè)實現(xiàn)'電能有計量、考核有依據(jù)'

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

20211221_61c1ec1a6b6e1__船舶企業(yè)電能智能化管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用