能源监测和报告是近来造纸行业的一个热门议论的话题。造纸厂都知道，通常他们的总体能源消耗量处在一般粗略的水平。对单台造纸机来说能源效率的跟踪仅仅通过手工测量或很少的几个指标来实现。需要一整套能源效率工具将能源效率呈现给操作人员。事实上，生产线的能源效率在工程设计阶段就应该开始考虑好，将各种需要的信息呈现给工艺操作人员。
　　1     使能源效率更加确实明确并且广泛告知
　　芬兰就业与经济部任命的一个能源效率委员会的结论性报告中列举了以下三个方面，它们是组成造纸工业能源效率监测所不可或缺的部分：
　　●         能源效率的鉴别、告知和执行最好措施
　　●         进一步开发产品和工艺工程专业知识
　　●         增加能源效率方面的补充培训
　　全面的能源效率监测帮助识别和告知最佳的方法，在公司内部和外部。进行对操作人员的操作过程、设计的需求相符合的培训，它将加强工业领域的参与者之间以不同的形式进行合作。
　　2     能源效率的多种定义
　　对能源效率已经进行过很多讨论，但是没有一个可以被公众广泛接受的定义。一般来说，能源效率可以定义为在一个特定的过程中能源消耗量产生的值比。因为比值的量在实践中可能不好定义，而且许多案例中的信息不容易收集。不过，能源效率指标可以归在表1中的实践条款中。

　　表 1    能源效率指标。

　　大家可能注意到了，上面提到的大多数参数相对来说是不知道或者是没有使用的。来看看与造纸设备有关的指标，造纸设备的指标趋向于单位能源消耗（如水被蒸发后单位蒸汽的公斤数）或者是能源效率的间接测量值（例如气罩中供风的温度）相关。另外，新型能源效率指标和追踪方法也需要便利的综合效率测量。
　　3     过程仪表方便能源效率改进
　　恰当指标的监测可以为能源效率的改进提供依据，但是没有充足的测量仪表是不可能做到的。从实践的角度来说，它应该能够对各种不同的使用位置进行消耗平衡计算。总体水平的平衡能够保证我们理解各种能源流量的重要性，但是，实际效率的测量要求这种平衡的想法应该更多的是来自过程内部更深层次的结果。
　　从电能的使用开始，消耗数据应该从功率分配和过程层次这两个方面获得。造纸生产线的电能消耗值首先应该从每一个配电变压器进行测量，测量数据送到能源效率监测系统。我们都知道，这种使用位置在实际操作中是通过几个独立的控制系统实现的。但是使用  OPC  接口，例如www.cechina.cn，在数据便于转移的同时也可以把数据使用在其他系统中。这种方法也可以在分部传动上使用，它通常由传动控制系统所控制，这些传动控制系统相对于纸机实际的本体控制系统是独立的，但是这些数据还是可以从一个系统传输到另一个系统。
　　在造纸生产线上，几百个独立的电机通常只能搜集到很少的能源消耗信息。通常主要是以选型尺寸的百分比显示出来的功率消耗信息。可靠的、综合的控制要求功率测量仪表也要用于额定功率小于30 kW电机。这些额定功率在30kW以下的电机在数量上占多数，但是他们仅代表了一条生产线全部功率需求的一小部分，这意味着要在有限的费用下执行对综合能源的监测（见图 1）。

　　图 1     按照造纸机配备电机的数量和额定功率形成的分配图。

　　关于热能，它是定义成每一条造纸生产线热平衡和主要使用热能的位置。在实践中要求在每一个加热位置和冷却位置安装流量测量，再综合空气和水系统进行温度测量。
　　值得注意的是水消耗量对能源效率有着重大影响。由于这个原因，还要把注意力放在与生产线其他能源平衡形影相随的水平衡上。水平衡的定义也要求在每一个使用位置和过程进行流量和温度的测量。
　　其他额外的测量帮助实现全面的能源效率监测，它们包括：
　　●       测量压缩空气的流量
　　●         测量压缩空气的压力和到生产线末端之间的压缩空气压差
　　●         测量成型部和压榨部的脱水
　　●         测量成型部和压榨部的固形物含量
　　●         测量室外温度
　　●         测量车间温度和湿度
　　能源效率指标不需要总是提供具体的读数，在一些情况下，只要知道过程的方向接近于优化点的方向就足够了。例如用目视监测边缘切边控制工程网版权所有，就可以增加能源效率。这是因为如果能够对切边功能做出很好的改进，就能够改善纸机的运行性能，所以加强了能源的效率。
　　4     操作员是关键角色
　　近年来经常出现一种抱怨，说技术把人与他们行为的结果隔离开了。从某种程度上来说，这也许是事实。实际上对新技术需求增加的目的是使能源消耗更加清晰可见，把控制和责任还给操作者，这有利于人们意识到环境的重要性。因此一种趋势在上升，即操作者趋向于愿意在他们操作的系统中减少能源消耗。操作者的主动性还需要被正确的激发，因为简单的绿色价值不足以激励每一个人。
　　为了使效率测量达到实用的水平，实际应用时必须要做到可靠、广泛、易于使用。易于使用在这里就是要求产品或系统特性便于学习，增加操作者的满意度和效率。在把一种新技术介绍给造纸机的环境时，易于学习是一个及其重要的因素，因为操作者有时要把精力放在复杂的工作上。由于这个原因要尝试把每一个新技术与现有的系统尽可能的整合起来，同时保证新的应用易于被接纳。
　　如果一个新应用的特性不能满足使用者的需要，仅有可用性是不够的。在使用者的各种需求中，首先要证明其可靠性。在造纸机的生产过程中，操作者和生产管理层，他们对使用的技术特性的期望各有不同。一般而言，在线的检测技术对操作者来说是更有用的应用。但是对于生产经理们来说，他们更关注各种类型的报告。这些需求都是发散型的。要在最好的实践中，让各种应用的使用成员对它们的认同性、传播性和执行性提供支持。作为回报，从操作室就可以看到在日常操作相对重要领域中的应用带来的效率上的提高。
　　理解操作人员如何在给定的情况下工作，以及他们怎样可以控制过程中的各种设备，巡检监督是操作工具发展的先决条件。图2是造纸机操作人员的关键工作功能图表。操作者首先要仔细检查整体层次上的指示器发现异常，然后转到较低层次上的指示器，如果有需要可以参照不同的操作指导。一旦发现了问题的源头，操作人员可以进入应用控制系统页面，使操作过程朝着能源效率更高的操作点进行。能源效率的监测和报告可以按照图3所示的结构。例如www.cechina.cn，按照层次操作CONTROL ENGINEERING China版权所有，从整体消耗量到跟踪使用的各个指标的参数。总览系统包括了报告的大纲范围，信息和优化功能。

　　图 2     案例：增加能源效率的操作方式。

　　这种层次结构的重要性是什么？它可以做到清楚的进行全面浏览、显示出可以理解的信息。这样操作者就能够在任何给定的状态下找到需要的信息。
　　5     对能源效率监测特性的要求
　　一台现代化的造纸机通常配置了相对全面的控制系统来管理控制工艺设备。能源效率监测一般不会只构成一个独立的部分，相关的指标都嵌入到不同的操作显示画面中。在这种情况下有了问题，它能够被全局察看，否则，能源消耗很难加以改善。除了总体浏览，对造纸机操作者的能源效率工具的要求至少包括下列各项：
　　●       应用程序必须提供克重纸种的具体信息，在操作者使用部分，不用费劲就能找到它（例如纸种的指示灯）
　　●          必须提供仅仅一瞥就很容易浏览到总体的能源效率状态   
　　●           应用程序必须与其他的工艺集成链接，即便这些工艺不是能源效率进行控制的
　　●           应用程序必须能够发现更多能源效率逐渐变化的状态
　　●           应用程序必须进一步以各种形式提供特定纸种的历史信息
　　指示信号灯和直观的读数提供了监测显示的状态浏览，让长时间的变化可以通过趋势图进行检查。如果指示信号在显示器上显示，它们必须根据纸种的不同而变化，不应该直接进行相互比较。指示信号的基准可以用自动或手动的方式进行存储。
　　监测页面要能提供原始的标准报告，使用消耗率表格或各种平衡格式。由于系统存储空间的局限，它被设定在工程页面的自动系统中。使用数据库和单独的报告程序可以在操作显示以外得到实际的报告。

　　图 3     实例：造纸机能源控制系统的层次。

　　 图 4     举例：EnergyOperator 的能源监测系统层级。

　　6     从时间角度看能源效率的报告
　　能源效率监测主要面对操作人员需求的时候，报告也提供了能满足生产经理需求的工具，其中包括了能源和环境的内容。为了从这些报告中全面受益，在这种情况下，这些需求的技术细节也是需要的，要识别正在使用能源信息的形式以及它是如何呈现出来的。报告一般都包含了基于时间的和基于质量的信息。
　　纸种的报表允许对纸种的运行进行检查，与最近的三次运行进行比较。例如www.cechina.cn，选择所有的时间里运行得最好的一次，在出现问题的生产期间里，比较针对的是最后三次运行，通常要把季节性影响最小化，假设时间接近目前的运行阶段。有时候如果设备上有问题，即使最后三次"不良"运行看起来还好，使用最后一次运行与所有的时间里最好的运行相比较也还是有用的。
　　基于时间的报告与每一个造纸厂其他操作程序的关系很大。每天早晨的生产会议，例如要把能源消耗情况包括在内，应该在报告程序的规划中予以考虑。通常基于时间的报告周期应该包括：
　　●       这个月和最近几个月
　　●       现在的24小时和最近的24小时期间
　　●       本年度和最近的几年
　　●       操作班次
　　"整理"能源消耗的检查，是把各种对生产产生干扰的影响过滤掉，这对基于时间的报告和基于纸种的报告都有用。这些被过滤掉的消耗数据提供的信息是一些发生问题的设备没有被过滤掉的消耗量控制工程网版权所有，便于在不同设备生产相同纸种时进行比较。过滤可以建立在卷纸断头信号上，例如www.cechina.cn，把断纸之前5分钟，和之后30分钟的断纸数据从检查得到的数据中去掉。筛选标准自然由于各个过程的差异而不相同。但是能源测量经验表明控制工程网版权所有，从这些时间期间之外的能源观点来看生产设备的操作是足够稳定的。
　　现代化的报告工具，例如存储和记录功能，还有可以用不同的方式报告瞬间事件的功能。存储功能可以储存在给定运行条件下的设定值（包括能源和过程），方便对独立过程的能源效率进行检查。这个功能还能够更密切地研究断纸的情况。记录功能，允许设定触发系统参数，从选定的能源和过程参数值开始报告，在断纸的过程中观察能源消耗。例如www.cechina.cn，可以把断纸信号设定为"触发信号"，用于记录断纸信号前5分钟和断纸终止后30分钟的数据。
　　应该注意，相对于报告而言为了单独报告的使用，总是需要一个支持数据库，使用从数据库中恢复的信息。这种方法提高了能源监测改进的成本，但是它也能够提供通过简单的在线监测得不到的信息。
　　7     未来发展趋势
　　在未来的几年里，工业领域中的参与者将对能源效率的监测发展做出重大贡献。从设备的角度来说，各种设备之间的过程仪表和数据传递会朝着更加复杂的、可控的过程发展。即传统控制系统之间的区别更加模糊，或甚至向着把它们全部取消的方向发展。这就便于向完全崭新的、过程优化应用的方式发展。各种"操作窗口设计"（见图5）将扩展为对各不相同的指标设定进行同步优化。一个实践上的例子是操作菱形形式，现在用于校验控制，它还不能用于能源效率监测。能源效率也可以通过远程进行连接，很像是用过程变化来强化跟踪功能。

　　图 5    操作窗口形式，每一个变量的物理最大值在外部边缘上， 目标值在内部边缘上，测量的瞬间值在绿色多边区域内。

　　把各种对环境的考虑混合在一起的最终结果将是一个全新的挑战。例如www.cechina.cn，未来来自消费者的压力，迫使造纸生产者披露他们产品的生态情况，即要求单纯的能源效率监测之外的补充资源。
　　8     结论

　　图 6    能源效率监测发展方法举例

　　发展能源效率监测是非常多面的、经常是带有挑战性的项目。参与这个项目的双方（纸和设备生产者）必须要一起致力于未来的开发。在技术上可行的综合监测系统之外需要一个额外的要求，要求一组有主动性的操作团队把新的元素结合到他们的日常职责范围内。图6提供了一个能源效率发展项目的例子。一个综合的方法可以产生好的结果，无论如何，它会满足未来法律上以及用户的要求。