PDF样品:
GB/T 41571-2022 English:
GB/T 41571-2022 GB/T 41571-2022: 工业自动化能效诊断方法
GB/T 41571-2022 英文名称: The diagnosis method of energy efficiency in industry automation
ICS 25.040
CCSN10
中华人民共和国国家标准
2022-07-11发布
2023-02-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
1 范围
本文件规定了用于工业自动化的能效诊断的一般方法。
本文件适用于工业自动化的能效分析、能效诊断等。
5 能效诊断概述
5.1 能效诊断模型
能效诊断是实施能效提升的关键环节,对于制造企业开展能效诊断需考虑生产组织情况、企业现状
和行业现状,并有充分能效数据做支撑才能完成能效诊断工作。生产组织情况包括生产工艺、生产执
行、人员管理、物料管理等多方面内容,企业现状指企业经营情况、制造水平、可投入能效提升经费等情
况,行业现状指按产品或者工艺划分的行业制造水平、能效水平等。通过生产组织情况可抽取形成生产
现状;通过企业现状和行业现状可形成领域知识;通过大量现场数据输入可计算能效指标和确定能效基
准。基于生产现状、能效指标、能效基准、领域和行业知识开展能效诊断决策,包括:对企业节能潜力进
行评估,能效问题精准定位,确定能效提升目标和关键切入点,根据企业可投入的经费、技术力量等要素
条件给出适用于企业的能效提升建议和实施方案。
能效诊断需考虑诊断对象和诊断范围。能效诊断对象可以是工厂、车间、产线、制造单元、设备等。
不同诊断对象开展能效诊断内容不同,但都可以参考能效诊断模型(见图1),针对性地确定诊断需要的
能效数据、能效相关的生产组织情况、企业现状和行业现状。能效诊断对象不同,在诊断过程中使用的
能效指标也不同,但通常能效诊断过程中针对设备层面和企业层面的能效指标较少,针对生产过程能效
指标则较多,需要考虑多种因素对能效的影响。
5.2 能效诊断基础工作
5.2.1 企业现状梳理
根据能效诊断对象和诊断范围及内容,对企业现状进行梳理。企业现状从生产状况、管理状况、信
息化状况等几方面开展梳理工作。
首先,梳理生产状况,主要包括:生产工艺流程、生产节拍及各工序/设备的生产效率、围绕生产工艺
的物料流和能量流、围绕工艺流程的生产设备、能源生产或供给设备等;其次,梳理管理状况,主要包括:
总能源消耗及费用、各介质能源消耗、生产能源消耗、生产辅助能源消耗、生产及生产辅助各环节人员使
用情况、物料有效利用、设备维护等;最后,信息化状况,主要包括:企业级管理、车间级运行管理、能源管
理、现场监控等信息系统部署、设备数字化能力、现场数据采集、各信息系统之间及信息系统与设备的集成等。
按照上述内容对企业现状进行梳理过程中,应以获得定量数据或指标作为目标,对于企业现状部分
内容可能由于企业管理精细化程度不够、相关数据不完备等原因而无法获得,可通过与企业管理层、车
间管理层、生产操作人员等进行沟通和交流,以及通过对相关行业现状对比和分析,对企业现状部分内
容进行定性描述和判断。
5.2.2 能效数据采集
能效数据是开展企业能效诊断的基础和前提,对能效数据的要求是涵盖能效相关各个环节,不只是
能耗数据,还应包括与能效相关的设备、生产过程等数据;能效数据除了包括工厂内部数据外,还应包括
同类行业及企业的相关数据,这些数据能帮助企业确定能效基准以及定位企业能效在行业中的位置;从
时效性看,能效数据应包括历史数据和实时现场数据;要求确保数据准确性,并满足一定的时钟同步要
求,以建立数据间的时间相关性;对能效数据应做统一的处理、分析和管理,应建立能效数据模型,以方
便对能效数据的管理与集成。
能效数据采集主要有两种方式,一是通过现有系统进行采集,如:通过设备通信接口、PLC、DCS、
SCADA等获取能效相关的设备、单元、产线等数据,通过 MES系统获取生产运行管理相关数据等;二
是对于无法获取数据,需通过对设备进行改造或部署新的装置或设备实现数据采集,如:在设备上部署
电能测量设备、在管线上部署流量测量仪表、压力测量仪表等。出于降低经济投入或物理环境条件所限
等原因导致的无法部署装置、设备或系统,可能导致多个设备或单元共享能效数据,可通过对数据做统
计分析结合设备、单元工作状况,对不同设备或单元进行定量分析。
采集的能效数据类型应包括但不限于:设备和制造单元层面:各类能源消耗、各类物料消耗、平均操
作时间、辅助加工时间、设备计划外停机数量、设备工作状态、返工率、不良品率等;辅助单元层面:各类
能源供给、能源转换效率、照明能耗、空调能耗等;行业层面:同类工艺能效先进值、单位产品能源消耗先
进值、企业人均劳动生产率等。
6 能效诊断流程
工业自动化能效诊断通用流程如图2所示。
能效诊断通用流程主要分为4个阶段:能效诊断准备、能效提升潜力评估、能效提升目标确定、能效提升方案。
能效诊断准备是开展能效诊断前需完成的基础性工作。首先需完成能效数据采集,能效数据类型
包括生产过程中各类制造设备、辅助设备等能源消耗数据以及与能效相关的生产过程中的数据,能效数
据获取方式主要有:通过设备通信接口、增加传感器和仪器仪表、车间制造运行管理系统或相似信息化
系统等。其次需对能效影响因素进行分析,分为3个层次梳理能效影响因素,设备层面从设备工作模
式、设备利用率、关键工艺参数等要素分析对能效影响,生产过程层面从工艺过程、车间生产运行管理等
要素分析对能效影响,能源供给层面从能源损耗、能源供给和需求平衡等要素分析对能效影响。
能效提升潜力评估是从整体上对能效提升潜力进行计算和评估,是后续确定能效提升目标和给出
能效提升方案的依据。首先需要确定能效基准,确定能效基准过程中需考虑企业现状和行业现状。其
次根据能效基准定义能效提升潜力指标,并计算和评价。
能效提升目标确定是能效诊断整个流程的关键环节,在这个环节根据整体能效提升潜力确定不同
尺度多个层面能效提升的目标,是给出能效提升总体方案的基础。首先需要实现能效多指标设计与计
算,针对行业和企业生产特点,从设备、生产过程、系统3个层次设计不同尺度的多能效指标体系,基于
能效相关数据计算3个层次的多能效指标值。能效问题精准定位,基于多能效指标值,确定影响能效的
关键指标,将能效提升潜力指标分解到设备、生产过程的具体环节。确定能效提升目标,根据企业预期
投入和现有技术手段分析,确定多能效指标值的提升目标值。
能效提升方案是能效诊断的输出成果环节,基于能效问题定位和能效提升指标,以及针对具体环节
可行技术改造方案,在完成投入产出精准测算后,确定能效提升的总体方案。
7 能效提升潜力评估
7.1 能效基准确定
确定能效基准是开展能效提升潜力评估的基础,也是制定能效提升目标和能效提升方案的重要依
据。能效基准确定方法主要有标准参照法、统计分析法、计算法等。根据开展能效诊断对象的范围,可
按企业级、工序级、设备级3个层次确定能效基准。
a) 企业级能效基准
对产品品种比较单一或产品品种虽多但产量结构基本保持稳定的企业,对于比较单一产品结构的
企业可采用行业认可的该类产品理想单位能耗或者参考单位能耗作为基准值;对于多产品品种但产量
结果稳定且不同产品生产能效没有明显差距的企业,可采用行业认可的所有产品理想单位能耗或者参
考单位能耗作为基准值;对于多产品品种企业,但产量不稳定或不同产品品种对能效影响较大,可以产
品品种和产品数量作为影响因素,通过数据拟合方式得出能效参考值。也可根据企业产品数量计算得
出企业总能耗基准。
示例1:钢铁生产企业通常采用吨钢标煤作为总体上对比能效水平的指标;汽车零配件加工企业通常采用单位件数
的能源消耗作为能效基准指标。
b) 工序级能效基准
工序可包含单一生产工艺或多个生产工艺,工序级能效基准确定可以采用下述几种方法:参考值
法、机理建模法、数据拟合法等。参考值法是可参照相关行业协会、组织提供的生产工艺的单位产量参
考能耗,或理论设计的单位产量能耗,或将能效优化作为能效基准;机理建模法是基于工序的生产工艺
原理,并考虑物料和能源等约束条件,建立工序能效模型,并基于工序能效模型计算出工序能效参考值;
数据拟合法是基于生产工序运行过程中的相关状态数据、产品数据等,以及确定影响生产工序的影响因
素,通过数学回归方法得出工序能效与影响因素的关联关系,基于关联关系可得出工序能效参考值。确
定工序级能效基准需考虑其适用的工况。
示例2:炼油生产中的常减压工艺,采用基于工艺机理的“热量平衡法”计算其基准能效;冶金生产中的热轧工艺,考
虑来料厚度、轧件出口厚度等因素,采用多项式回归方法计算基准能效。
c) 设备级能效基准
设备级能效基准确定可以采用下述几种方法:参考值法、机理建模法、数据拟合法等。参考值法是
基于设备制造商提供的设备额定功率等参数以及典型工况的能耗数据等,并通过实际工作环境对相关
参数和数据的验证,作为设备的能效基准;机理建模法是基于设备的工作原理以及运行过程中的物理或
化学变化机理,建立设备能效模型,基于能效模型可计算出理想状态下的设备能效,作为设备能效基准;
数据拟合法是基于设备运行过程中的状态数据,以及对设备能效影响因素的分析,通过数学回归方法得
出影响因素和能效的关联关系,基于建立的数学关联关系可得出在不同工作状态下的设备能效参考值,
作为设备能效基准。
7.2 能效提升潜力评估
对设备、工序、企业等能效诊断对象的能效提升潜力进行评估,需首先确定描述能效提升潜力的指
标,通过指标计算对能效提升潜力进行评估,公式(1)是能效提升潜力指标的计算公式。
8 能效提升目标确定
8.1 能效多指标设计与计算
基于能效提升潜力评估,设计多个能效指标并计算是准确定位能效问题和设定合理能效提升目标的基础。
可根据不同行业特点和企业特点设计能效多指标。通常能效指标可从生产设备、生产过程、经济产
出3个维度进行定义。生产设备能效指标反映制造设备、辅助设备等能效水平,包括:设备单位产能能
耗、设备能量转换效率、设备利用率等指标。生产过程能效指标反映生产过程中制造资源组织管理对能
效影响,包括:工序单位产能能耗、工序作业时间比率、单位时间生产效率、材料利用率、返工率、废品率
等。经济产出能效指标反映各因素对能效的综合影响效果,包括:单位产品能耗指标、单位产品能源成本等。
8.2 能效问题定位
基于能效多指标设计与计算,按照由上到下逐级进行能效问题定位。根据能效提升潜力评估,首先
在生产过程层面定位能效问题。生产过程通常由多个生产工序或生产单元组成,对每个工序或每个生
产单元计算相应的涵盖效率、质量、能耗3个方面的能效指标,根据计算值和可作为参考的生产过程级
能效基准值,通过数据分析确定对生产过程能效影响大的关键若干工序,并确定影响生产过程能效的关
键工序的关键指标和主要影响因素。针对生产过程能效影响大的关键若干工序,计算设备层面的能效
指标,基于计算结果和生产工艺知识确定影响能效的关键设备,以及影响能效的关键影响因素。最终形
成从全局性的能效提升潜力评估、生产过程关键工序定位和主要影响因素定位以及设备层面的关键设
备定位和关键影响因素定位。
8.3 确定能效提升目标
基于对制造企业能效问题的准确定位,通过与企业管理层有效沟通,考虑到企业经济现状、经营现
状、技术现状、人员现状等,制定企业的能效提升计划......