造纸企业能源数字化管控平台搭建及能效提升实践

摘要：造纸产业用能构成繁杂，传统能源管控方式较为粗放，普遍存在能耗计量不准、数据价值挖掘不足、节能方向难以定位等痛点。为助推企业数字化改造与低碳绿色发展，文章以某造纸工厂智能化改造项目为案例，基于安科瑞 Acrel-7000 能源管控平台搭建数字化能源管理系统。通过完善全厂计量网络、打通异构系统数据孤岛、优化数据传输链路，实现能耗数据满足监管上报要求，同时支撑企业内部精细化用能管控、动力设备智能运维与工艺参数调优。项目投运后的运行结果表明，该数字化平台能够有效弥补传统管理模式短板，持续提升能源利用水平、压缩生产运营成本，可为造纸行业同类数字化节能改造项目提供实践参考。

关键词：造纸行业；能源管控平台；Acrel-7000；数字化管控；能效提升；节能降碳

1 项目建设背景与行业现状

在 “双碳” 目标持续推进、工业数字化转型不断深化的大背景下，造纸属于典型高耗能流程制造业，同时面临能耗监管合规和节能降本的双重压力。造纸工艺流程包含制浆、抄造、分切复卷等多个环节，生产过程连续消耗电、蒸汽、原煤等多种能源，空压机、热力锅炉、变配电设备等高耗能机组常年不间断运行，能源管控难度大。

多数造纸企业原有能源管理依靠人工抄表、事后汇总统计，管控模式存在明显局限：其一，计量体系不完善，末端耗能设备、三级计量点位存在采集盲区，能耗统计数据不全；其二，各生产系统相互独立，SCADA、PLC、DCS、ERP 等系统互不联通，形成大量数据孤岛；其三，能耗分析存在滞后性，仅能完成简单汇总统计，缺少能耗溯源、异常告警、节能潜力分析能力；其四，难以适配政府能耗在线监测对接规范，数据传输稳定性、标准化程度不足。

为实现绿色高质量发展，该造纸企业启动能源管理数字化升级，搭建标准化能源管控系统。项目目标分为两层：对外，满足地方能耗在线监测平台对接规范，稳定、合规上传能耗数据；对内，依托数字化平台重构能源管理体系，贴合造纸生产工序与自备电厂运行特点，实现能耗实时监测、智能分析、管控，依靠数据分析指导设备参数调整与节能技改，持续降低用能成本。本项目选用安科瑞 Acrel-7000 能源管控平台，结合现场工况进行定制化部署落地。

2 Acrel-7000 能源管控平台落地实施要点

2.1 核心建设目标

本能源管控系统以数据可视化、管控精细化、节能智能化、上报标准化为建设主线，依托 Acrel-7000 平台构建 “感知采集 - 数据传输 - 智能分析 - 闭环管控 - 能效优化” 全链路能源管理体系。一是搭建全域采集网络，打通多类工业系统，实现电力、蒸汽、煤炭等多品类能源实时采集、可靠存储、合规上报；二是搭建多层级能耗分析模型，支持车间、产线、工序、重点设备、班组多维度能耗对标；三是建立设备智能预警机制，对能耗异常、设备故障自动告警、溯源定位，延长设备服役周期，减少运维损耗；四是深度挖掘能耗数据价值，通过工艺参数调整、系统策略优化、技改落地实现节能，提升全厂综合能效。

2.2 系统设计原则

结合造纸行业连续生产、高负荷运行工况，结合平台技术架构优势，系统建设遵循多项设计准则：整体性，统筹全厂计量设备、采集终端、工业系统，实现全厂能源一体化管控，融合物联网、大数据分析技术适配工业数字化趋势；前瞻性，架构支持弹性扩容，适配后期产能扩建、设备新增、管控需求迭代；稳定性，具备强容错、抗电磁干扰能力，适配工业现场不间断运行需求；易用性，界面模块化布局，操作直观，适配管理人员日常使用；完备性，覆盖采集、传输、统计、告警、分析、优化全业务流程；可追溯性，建立完整数据台账，历史能耗、设备运行记录随时调取查询；易维护，模块化架构便于检修调试、故障定位；数据安全，配置权限分级、数据加密、定期备份机制，保障工业数据安全；经济性，按需定制功能模块，避免功能冗余，保障项目投入性价比。

3 平台功能架构与业务能力

项目依托安科瑞 Acrel-7000 搭建适配造纸行业的能源管控体系，搭建 “工厂 - 车间 - 产线 - 工序 - 单台设备” 五级计量管控架构，适配造纸企业源介质、多设备、多工序的管控需求，核心功能如下：

3.1 能耗在线监测与合规上传

平台符合地方能耗在线监测技术规范，可将全厂能耗数据稳定推送至市级能耗监管平台，满足监管上报要求。同时配套多终端可视化看板，能源驾驶舱直观展示电、蒸汽、煤炭等能源消耗、负荷变化、介质参数，管理人员通过大屏、PC 端随时掌握全厂用能态势，解决人工抄表误差大、时效性差、统计遗漏等问题。

3.2 能耗多维统计与对标分析

依托平台内置数据分析模型，实现多维度能耗统计对标。系统自动核算车间、产线、关键工序、班组能耗，自动生成日、月、季、年度能耗报表；支持纵向历史同期对比、横向班组、设备之间对标比对，快速定位高耗能环节、低效运行设备，挖掘节能空间，为生产调度、节能改造提供数据支撑。

3.3 重点耗能设备专项能效管控

针对造纸厂空压机、热力系统、变配电系统等高耗能核心设备，配置专属能效监控模块，实时采集运行压力、有功功率、负荷、温度等运行参数，自动识别空载、超压、低效运行等异常工况，触发告警并留存事件记录。依托运行数据输出能效优化建议，改变依靠人工经验管控的模式，实现高耗能设备精细化运维。

3.4 自动报表与台账管理

平台支持自动抄表、报表自动生成、台账归档，替代人工统计模式，自动输出能耗统计表、设备运行报表、能效分析报告。所有数据全程留痕、可追溯，既提升能源管理工作效率，也保证能耗数据真实规范，满足企业内部管理和外部核查要求。

4 项目实施难点及优化方案

在系统落地调试阶段，结合现场原有设备、数据链路情况，发现多项现场问题，依托平台灵活定制能力针对性优化，保障系统稳定运行。

4.1 补齐计量体系短板

项目初期，部分三级末端设备缺少计量装置，存在数据采集盲区，无法实现全域统计上报。项目加装高精度计量仪表，配套 LoRa 无线采集终端，统一设置通信参数，将采集数据同步推送至 DCS 与能源平台服务器，补齐末端采集点位，建成完整三级计量网络。

4.2 优化 SCADA 对接通信稳定性

原有 SCADA 对接方案不支持高频、大容量数据读取，USB 转串口通信链路容易断连、丢包。项目改造硬件对接方案，取消 USB 转串口，采用热电前置机原生串口直连；同时调整上送机制，将变位主动上送修改为定时轮询上送，稳定通信链路，稳定采集电流、电压、功率、功率因数等电参量，实现 SCADA 与能源平台可靠对接。

4.3 修正产量时序不匹配问题

试运行阶段出现每日固定时段产量数据归零偏差，根源在于平台抓取数据时机过早，复卷纸卷称重未完成、ERP 生管数据尚未更新，造成能耗单耗失真。利用平台采集时序自定义配置能力，延后产量数据抓取时间，匹配生产系统数据更新周期，优化后平台产量数据与 ERP 数据保持一致，数据准确度显著提升。

4.4 设备接入参数校准整改

通过人工比对校验，发现初期接入存在仪表选型不符、接线虚接、二次表参数设置错误、计算公式、温压补偿参数偏差等问题。项目组建调试小组，逐一对接入仪表、通信线路、平台逻辑参数核查校准，修正全部异常项。历经两个月持续测试调优，平台采集、传输、分析功能稳定，顺利实现与市级能耗平台常态化对接。

5 项目实施成效

本次 Acrel-7000 能源管控平台落地应用，推动企业能源管理模式升级，综合效益突出：一是满足合规监管，能耗数据稳定规范上传监管平台，符合行业管控要求；二是实现精细化能耗管控，消除人工管理的数据滞后、盲区多等问题，全工序、全时段能耗可视可管；三是提升设备运维水平，依靠告警、溯源、能效分析及时处置异常工况，降低设备损耗，保障生产稳定；四是实现降本增效，依托空压机等动力系统参数优化与策略调整，减少无效能耗，创造直接经济效益；五是助力企业绿色数字化转型，搭建数字化能源管控体系，提升智能制造与低碳生产水平。

6 平台配套功能介绍

平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理。实时监测企业各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业加强能源管理，提高能源利用效率和节能潜力，为节能改造提供数据依据。

6.1平台登录

在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

6.2大屏展示

用户登录成功之后进入大屏展示页面，展示企业及各区域的能耗折标、产值、异常、排名、占比、通讯情况，点击区域展示该区域的分类能耗、产值等相关信息。

6.3首页

首页展示峰谷平用电、变压器情况、年能耗趋势、单耗趋势、分类能耗等企业级统计数据。

6.4数据监控

对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况，同时能更快的掌握点位的报警，并为企业削峰填谷、调整负载等技改措施提供数据支撑。

• 能源实时监控：对于水、电、气等能源消耗进行实时监测，确保用能环节的持续稳定运行，显示配电图、能流图、能源平衡网络图、能源计量网络图等功能。

• 能流图：需要在能流图上对水、电、气的消耗情况进行实时展示；当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，同时支持APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗报警提示等；

• 配电图：将配电房真实情况画入配电图，实时展示接入的门禁、水浸、电水气等仪表的实时参数、门禁水浸状态及能耗数据。

• 实时统计：实时统计工厂、车间、工序、设备的当年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

• 数据展示：通过实时曲线和历史曲线展示不同区域、不同设备的不同的能耗参数；

• 检测：对能源报警信息进行集中显示，可以对报警阈值信息进行相关处理操作，可以对报警参数进行在线设置，当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，具备APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗等报警提示；

6.5视频监控

接入摄像头，实时掌控企业内实际情况。

6.6变压器监控

展示各电压器的负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析，找出更好的运行模式。根据运行模式调整负载，从而降低用电单耗，使电能损失降低。

6.7仪表实时监控

展示各个水电气仪表的实时参数变化，以曲线图的方式展示。

6.8能源中控

将所有有关能源的能源参数集中在一个看板中，能从多个维度对比分析，实现各个产业线的对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

6.9用能统计

从能源使用种类、监测区域、车间、生产工艺、工序、工段时间、设备、班组、分项等维度，采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析，折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。

6.10成本分析

统计各个监测节点（工厂、车间）的当年、季度、月、周、日各类能源消耗费用，其中电包括峰电量、峰电费、谷电量、谷电费以及平均电量和平均电费。

6.11产品单耗统计

与企业MES系统对接，通过产品产量以及系统采集的能耗数据，在产品单耗中生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。同时将产品单耗与行业/国家/国际指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

6.12绩效分析

对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、车间，产线、工段、设备等进行日、周、月、年、规定时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助企业了解内部能效水平和节能潜力，评定能源消耗是否合理。

6.13运行监测

系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集，监测设备及工艺运行状态，如温度、湿度、流量、压力、速度等，并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据，支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。

6.14自定义能耗报表

用户可通过自定义报表头与列，灵活生产各种报表，查看企业各个节点的能耗，单耗，成本，综合能耗等信息，并同比、环比报表，支持导出报表。

6.15同比、环比

提供能耗成本的图形对比分析，包括分时段（日、月、年）的同比、环比分析，分类、分时段、分项（地点、机构、设备）统计图形对比分析（柱状图、饼图、堆积图等）。

同比

环比

6.16分析报告

以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行仔细的统计分析，让用户更加了解系统的运行情况，并为用户提供数据基础，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。

6.17能耗设备用能

监控耗能设备运行、停机及异常状态，及时解决设备故障停运导致无法正常生产。

6.18线损分析

根据节点、能源分类，查询各个节点线路上的能源损耗数据，及时发现能量在使用过程中的跑冒滴漏和异常用能等浪费的问题，提醒用户及时进行干预。

6.19碳排放管理

按照区域对碳排放总量的变化趋势进行统计，并进行同环比分析。对单位产值碳排放量进行计算，并结合减排指标实现超标预警，提升区域减排水平，促进碳达峰目标实现。

6.20电能质量监测

实时监测谐波含量、三相不平衡度、功率因数等，确保功率因数不低于供电局考核指标，避免被罚款和设备出现故障。

6.21运维管理

系统支持设备日常巡检计划、派工、消缺、报修、派工等设备运维管理，方便运行管理人员的制定巡检计划、派工，巡检人员执行巡检、完成工单、巡检发现问题消缺，进行故障报修、跟进维修进度，满足日常巡检、设备维修保养需要。

6.22报警管理

针对于电气正常开展、限电和能耗双控，实现电参量异常报警、电气火灾隐患报警、能耗超标报警、限电报警等，帮助企业提前预警，避免发生火灾事故和被罚款导致用能成本过高。支持分级分类报警，可对报警进行派发与闭环处理。

6.23能耗抄表

可自定义时间段抄仪表的抄表值以及差值，可自定义抄表的分类分项。

6.24能耗分析自定义时间抄表

可自定义时间段内各个拓扑节点的能耗值，可自定义抄表能耗值的的分类分项。

6.25容需量报表

提供容需量报表，实时展示容量需量价格的变化情况，帮助企业实现容改需，降低基本电费。

6.26复费率报表

对尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析，为企业分时用电，优化成本效益提供数据支持。

6.27文档管理

对国标、能源管理制度、能源指标体系等文件进行归档，可快速查询相关文档。对仪表台账进行系统管理，支持文件的上传和下载。

6.28 3D可视化大屏

对场景进行虚拟仿真，展示各区域运行及能源消耗情况，可实现分层预览、转场展示、风格切换、智能巡检等效果，支持模型与监测点位的自定义绑定。

6.29 3D子系统

对各动力子系统进行虚拟仿真，展示子系统的动力管线、设备的实时状态及能源消耗情况，可实现动态的能源流向效果。

6.30工业组态

可通过图形化的编辑方式自定义组态图，展示设备运行状态及能源消耗情况，可上传自定义素材及绑定监测数据。6.31自定义驾驶舱

可通过图形化的操作方式自定义驾驶舱，以折线图、饼图、表格等图形展示采集数据及各类统计数据，数据源包括API、数据库查询、MQTT、Excel等方式。

6.32基础数据管理

对系统的项目、探测器、设备型号、电参量、节点、能源、公示、及相关参数进行配置、修改、删除等管理、进行用户添加和授权管理、合同管理。

6.33手机APP

APP支持Android、iOS操作系统，方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、产线比对、效率分析、同环比分析、能耗折标、事件记录、运行监视、异常报警、配电图、工艺流程图、能流图。

7 配套硬件选型

整套系统硬件包含 Acrel-7000 能源管理软件平台、ANet 系列智能网关（ANet-2E8S1、ANet-2E4SM），支持多协议转换、边缘转发；保护测控装置 AM5SE 系列覆盖进线、变压器、电机、母联、电容器、主变差动、公共测控场景；ARB5 弧光保护、APView500 电能质量在线监测装置保障配电安全；ASD500 智能操控装置、ATE400 无线测温传感器用于高压柜状态监测；APM810、AEM96、DTSD1352 等多功能电表采集高低压回路电参量；ARD3M 电机保护器、ARC 无功补偿控制器、ANSVC 无功补偿装置、AnSin 有源滤波装置保障低压侧电能质量；ARTM 系列温度巡检仪、AKH 互感器、AHE 无线温湿度传感器、ATC600 无线中继终端为配套感知器件。

8 结语

造纸行业节能降耗、数字化转型的核心，是摆脱粗放式管理，依靠数字化手段释放能耗数据价值。本文以安科瑞 Acrel-7000 能源管控平台项目为载体，结合造纸生产用能特点，完成系统部署、问题整改与能效优化。项目实践证明，专业数字化能源管控平台能够有效解决造纸企业计量不全、通信不稳、管控粗放、能耗浪费等痛点，兼顾监管合规、降本增效、管控多重价值。本次项目沉淀的建设思路、调试优化方案，可为国内同类型造纸企业能源数字化、低碳改造项目提供可落地的实践参考。

原创作者：江苏安科瑞微电网研究院有限公司