安科瑞任心怡

摘要:闡述企業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統，實(shí)現對企業(yè)能源消耗情況的監測、分析和評估，通過(guò)信息化和可視化管理，提升了企業(yè)能源管理自動(dòng)化水平。

關(guān)鍵詞:在線(xiàn)監測系統，可視化管理，企業(yè)能耗。

0、引言

本文從實(shí)際應用角度出發(fā)，基于自動(dòng)化儀表技術(shù)、大數據技術(shù)、云計算技術(shù)、工控組態(tài)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)等開(kāi)發(fā)了企業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統，簡(jiǎn)要介紹了有色金屬冶煉過(guò)程能耗在線(xiàn)監測系統的設計構思和實(shí)現手段，對生產(chǎn)主要用能如煤、天然氣、電、水等主要能源消耗情況進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集、傳輸與處理、匯總統計等，實(shí)現了電氣自動(dòng)化管理。

1、能耗監測系統的設計

監測系統的組成。系統由PLC主站、工業(yè)控制系統、生產(chǎn)信息系統、現場(chǎng)控制設備以及儀器儀表等組成，在線(xiàn)監測系統包括端設備、計量器具、采集設備、管理軟件等。系統通過(guò)采集設備，采集計量器具產(chǎn)生的能耗數據，并通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)傳輸匯聚到端設備內網(wǎng)機。其組成框圖如圖1所示。

端設備。端設備是企業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統的關(guān)鍵部件，采用獨立雙主機“2+1”架構，主要包括內網(wǎng)主機、外網(wǎng)主機、全隔離單元等，其主要功能包括對用能單位能耗數據進(jìn)行采集、分析、匯總、存儲以及協(xié)議轉換等，并將采集匯總的數據上傳到省級平臺，可實(shí)現與省級平臺進(jìn)行協(xié)議上傳和回傳。(2)計量器具。計量器具主要指對煤炭、水、電、天然氣等能源消耗進(jìn)行計量的儀器儀表。計量器具的購置需要嚴格按照國家標準和行業(yè)相關(guān)標準的要求進(jìn)行選擇，支持數據遠傳功能，并經(jīng)過(guò)了專(zhuān)業(yè)機構的檢定，保證能耗數據的準確性。(3)采集設備。采集設備需要與器具數據端口進(jìn)行連接，其主要功能是用于讀取計量器具的能耗計量數據，并通過(guò)以太網(wǎng)、串口等通信方式傳輸數據，具有高度的安全性和可靠性。(4)管理軟件。包括端設備對數據采集、匯聚、傳輸的程序、以及能源管理系統軟件。

能耗監測系統軟件系統。軟件系統功能包括:基礎信息管理、能耗數據監測、數據統計、數據報警分析、企業(yè)用能分析、數據下載、系統管理。本單位將能耗監測系統部署在外網(wǎng)，可通過(guò)移動(dòng)端、 PC端實(shí)時(shí)查看能耗數據，企業(yè)可以根據自身需求將系統部署在內網(wǎng)或外網(wǎng)，對所采集的能耗數據進(jìn)行指標統計、匯總、報表分析。能耗監測系統功能包含8大功能模塊，具體功能包括:用能看板、用能統計、能平衡分析、自主用能分析、用能報表、用能設備監測、單位產(chǎn)品能耗、計量器具管理。圖2為能源管理系統各功能結構圖。

(1)用能看板:用能看板實(shí)現了用戶(hù)對能耗數據監測的可視化管理，通過(guò)用能看板可以迅速了解各車(chē)間、各區域的能耗指標，能夠更加直觀(guān)、系統地了解企業(yè)用能情況。(2)用能統計:用能統計是通過(guò)對煤炭、水、電以及天然氣等各項能源消耗情況以及指標的計算，再通過(guò)圖表的方式直觀(guān)展現出各項能源每月能耗同比情況;還可通過(guò)圖形及表格等方式直觀(guān)展示各車(chē)間、各區域的能耗占比情況。(3)能平衡分析:網(wǎng)絡(luò )系統通過(guò)自動(dòng)計算，以桑吉圖的方式展現用能流向。有利于用戶(hù)清晰掌握供能網(wǎng)絡(luò )中能源的損耗情況，并結合自助用能分析可進(jìn)一步判斷供電是否存在異常損耗，以及水、氣等有無(wú)泄漏現象。(4)自主用能分析:可依據不同時(shí)間維度選擇不同的計量器具進(jìn)行公式計算，展示出所選擇時(shí)間范圍內對應的用能情況。同時(shí)可通過(guò)代入常數對電費、水費等進(jìn)行成本核算。(5)用能報表:用能報表可按照全廠(chǎng)、車(chē)間、工序、設備生成能耗統計報表，按照指標類(lèi)型分為能耗量統計、能耗成本統計、能耗效率統計;并可以按照日報、周報和月報的形式進(jìn)行統計。(6)用能設備監測:可以在線(xiàn)監測用能設備(變壓器母排溫度、變壓器損耗、負荷率以及三相平衡度等)的用能情況和用能指標，可用于及時(shí)發(fā)現并掌握設備運行情況。(7)單位產(chǎn)品能耗:按工序流程、工序環(huán)節分類(lèi)，可以計算各產(chǎn)品的單位產(chǎn)品能耗，通過(guò)單產(chǎn)指標對標，可以發(fā)現企業(yè)在生產(chǎn)工藝上存在的能效問(wèn)題。(8)計量器具管理:可以實(shí)現對計量器具的檔案信息、原始數據以及網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的快速查詢(xún)，有助于企業(yè)建立能源計量體系。

2、系統功能實(shí)現

能耗數據采集。通過(guò)RS-485接口進(jìn)行本地數據采集，并對采集數據進(jìn)行協(xié)議轉換;對于4G采集數據，可以借助數據訂閱的方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )獲取采集數據。其中，采集網(wǎng)絡(luò )主要用于采集計量器具(電力計量點(diǎn)、煤計量點(diǎn)和天然氣計量點(diǎn)等)所計量的能耗數據。數據從計量器具儀表經(jīng)過(guò)PLC，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信連接到采集工作站;采集工作站采用以太網(wǎng)連接傳輸數據至端設備內網(wǎng)機，再經(jīng)由轉換模塊進(jìn)入工業(yè)以太網(wǎng)，終傳輸到服務(wù)器，實(shí)現對金屬冶煉過(guò)程中電、天然氣、煤、水等各能耗監測數據的傳輸。

能耗數據監控。通過(guò)人機交互界面，可將現場(chǎng)實(shí)時(shí)采集的電力、天然氣、煤、水等能源數據信息轉變成柱狀圖、餅圖或曲線(xiàn)圖，通過(guò)圖形界面可直觀(guān)反映出現場(chǎng)用能情況，更加一目了然，企業(yè)可在交互界面監測設備運行狀態(tài)和能源消耗情況。同時(shí)，企業(yè)還可以查看任意時(shí)間的日上報、月上報、年上報以及實(shí)時(shí)監測的設備運行現場(chǎng)數據，并可方便用戶(hù)進(jìn)行數據的自行導出，實(shí)現了能源消耗數據的在線(xiàn)統計、報表自動(dòng)生成等功能，提升了能源管理信息化、智能化水平。

能耗數據處理.系統結合企業(yè)實(shí)際需求，對采集的各種能源(水、電、氣、煤等)進(jìn)行生產(chǎn)全過(guò)程的統計、分析，并設置報警功能，建立能源平衡，同時(shí)形成各類(lèi)統計報表。報警分析是能耗監測系統的重要功能，通過(guò)對能耗指標的上下限值進(jìn)行設置，可以實(shí)時(shí)監控企業(yè)用能情況，自動(dòng)判別用能異常指標并做出預警，提醒企業(yè)及時(shí)發(fā)現設備運行中存在的故障、以及實(shí)際生產(chǎn)中存在的能源浪費現象等。

數據的下載。根據實(shí)際情況，企業(yè)可按車(chē)間、工段、班組以及用能種類(lèi)進(jìn)行能耗數據的統計、分類(lèi)、匯總，并能將能耗數據下載至本地。系統會(huì )自動(dòng)判斷數據質(zhì)量，對需要重新下載的數據進(jìn)行補錄，也可支持手動(dòng)補錄和重錄。

3、系統應用特點(diǎn)及實(shí)施效果

該系統實(shí)現了在線(xiàn)統計與監測的結合，可廣泛應用于企業(yè)生產(chǎn)和節能管理領(lǐng)域，信息系統在設計上，通過(guò)將統計和監測二者有機結合，形成了統計和監測業(yè)務(wù)高度統一，有效避免了統計和監測的數據誤差給企業(yè)能源管理工作帶來(lái)的壓力。監測數據可自動(dòng)傳輸，以日數據為基礎計算監測結果，統計可以以日、月度、年度等為管理周期，具有重要的實(shí)際應用價(jià)值，在節能管理方面幫助企業(yè)落實(shí)能源管理指標，貫徹能源專(zhuān)業(yè)化、精細化、扁平化管理思路，建立持續改進(jìn)能效的能源管理模式和機制，提高節能管理水平，為優(yōu)化用能管理、制定能源目標等提供決策數據。

用能統計通過(guò)對各類(lèi)能耗情況及指標的計算，以直方圖的方式直觀(guān)展現出各能源品種每月能耗同比情況;同時(shí)，也通過(guò)餅圖的方式直觀(guān)展示各車(chē)間、各區域的能耗占比情況。

4、安科瑞企業(yè)能源管控系統概述

安科瑞企業(yè)能源管控系統采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理，監測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、工藝、車(chē)間、產(chǎn)線(xiàn)、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進(jìn)行能耗統計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

5、應用場(chǎng)所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠(chǎng)、電廠(chǎng)、供熱站、軌道交通、航空工業(yè)、木材、工業(yè)園區、醫院、學(xué)校、酒店、寫(xiě)字樓以及汽車(chē)制造、機電設備、電器產(chǎn)品、工器具制造等離散制造業(yè)。

6、系統結構

現場(chǎng)通過(guò)廠(chǎng)區局域網(wǎng)和平臺通訊，平臺搭建在客戶(hù)自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶(hù)可以在任意能與局域網(wǎng)聯(lián)通的地方，通過(guò)有權限的賬號登陸網(wǎng)頁(yè)以及手機APP查看各處的運行情況。

系統可分為三層：即現場(chǎng)設備層、網(wǎng)絡(luò )通訊層和平臺管理層。

現場(chǎng)設備層：主要是連接于網(wǎng)絡(luò )中用于水、電、氣等參量采集測量的各類(lèi)型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著(zhù)采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡(luò )電力儀表、溫濕度控制器、開(kāi)關(guān)量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網(wǎng)絡(luò )通訊層：包含現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò )交換機等設備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)將數據存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò )恢復時(shí)從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務(wù)器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數據服務(wù)器，一般應用服務(wù)器和WEB服務(wù)器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結構進(jìn)行設計，詳細拓撲結構如下：

7、系統功能

平臺采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理。實(shí)時(shí)監測企業(yè)各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節能改造提供數據依據。

7.1平臺登錄

在瀏覽器打開(kāi)云平臺鏈接、輸入賬戶(hù)名和權限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權人員瀏覽有關(guān)信息。

7.2大屏展示

用戶(hù)登錄成功之后進(jìn)入大屏展示頁(yè)面，展示企業(yè)及各區域的能耗折標、產(chǎn)值、異常、排名、占比、通訊情況，點(diǎn)擊區域展示該區域的分類(lèi)能耗、產(chǎn)值等相關(guān)信息。

7.3首頁(yè)

首頁(yè)展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類(lèi)能耗等企業(yè)級統計數據。

7.4數據監控

對企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控。以便企業(yè)用戶(hù)能夠實(shí)時(shí)的監測各個(gè)點(diǎn)位的運作情況，同時(shí)能更快的掌握點(diǎn)位的報警，并為企業(yè)削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

• 能源實(shí)時(shí)監控：對于水、電、氣等能源消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，確保用能環(huán)節的持續穩定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網(wǎng)絡(luò )圖、能源計量網(wǎng)絡(luò )圖等功能。
• 能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進(jìn)行實(shí)時(shí)展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類(lèi)，同時(shí)支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語(yǔ)音播報、系統彈窗報警提示等；
• 配電圖：將配電房真實(shí)情況畫(huà)入配電圖，實(shí)時(shí)展示接入的門(mén)禁、水浸、電水氣等儀表的實(shí)時(shí)參數、門(mén)禁水浸狀態(tài)及能耗數據。
• 實(shí)時(shí)統計：實(shí)時(shí)統計工廠(chǎng)、車(chē)間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；
• 數據展示：通過(guò)實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)展示不同區域、不同設備的不同的能耗參數；
• 檢測：對能源報警信息進(jìn)行集中顯示，可以對報警閾值信息進(jìn)行相關(guān)處理操作，可以對報警參數進(jìn)行在線(xiàn)設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類(lèi)，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語(yǔ)音播報、系統彈窗等報警提示；

7.5視頻監控

接入攝像頭，實(shí)時(shí)掌控企業(yè)內實(shí)際情況。

7.6變壓器監控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進(jìn)行科學(xué)合理的規劃。通過(guò)各種運行參數狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

7.7儀表實(shí)時(shí)監控

展示各個(gè)水電氣儀表的實(shí)時(shí)參數變化，以曲線(xiàn)圖的方式展示。

7.8能源中控

將所有有關(guān)能源的能源參數集中在一個(gè)看板中，能從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)產(chǎn)業(yè)線(xiàn)的對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

7.9用能統計

從能源使用種類(lèi)、監測區域、車(chē)間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時(shí)間、設備、班組、分項等維度，采用曲線(xiàn)、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(yè)用能統計、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jì)分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統計，找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過(guò)程中的浪費。

7.10成本分析

統計各個(gè)監測節點(diǎn)（工廠(chǎng)、車(chē)間）的當年、季度、月、周、日各類(lèi)能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。