安科瑞任心怡

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

關(guān)鍵詞:在線監(jiān)測系統(tǒng)，可視化管理，企業(yè)能耗。

0、引言

本文從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，基于自動化儀表技術(shù)、大數(shù)據(jù)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)等開發(fā)了企業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，簡要介紹了有色金屬冶煉過程能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)思和實(shí)現(xiàn)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)時數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理、匯總統(tǒng)計等，實(shí)現(xiàn)了電氣自動化管理。

1、能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

監(jiān)測系統(tǒng)的組成。系統(tǒng)由PLC主站、工業(yè)控制系統(tǒng)、生產(chǎn)信息系統(tǒng)、現(xiàn)場控制設(shè)備以及儀器儀表等組成，在線監(jiān)測系統(tǒng)包括端設(shè)備、計量器具、采集設(shè)備、管理軟件等。系統(tǒng)通過采集設(shè)備，采集計量器具產(chǎn)生的能耗數(shù)據(jù)，并通過有線或無線傳輸匯聚到端設(shè)備內(nèi)網(wǎng)機(jī)。其組成框圖如圖1所示。

端設(shè)備。端設(shè)備是企業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，采用獨(dú)立雙主機(jī)“2+1”架構(gòu)，主要包括內(nèi)網(wǎng)主機(jī)、外網(wǎng)主機(jī)、全隔離單元等，其主要功能包括對用能單位能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、匯總、存儲以及協(xié)議轉(zhuǎn)換等，并將采集匯總的數(shù)據(jù)上傳到省級平臺，可實(shí)現(xiàn)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(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行選擇，支持?jǐn)?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，并經(jīng)過了專業(yè)機(jī)構(gòu)的檢定，保證能耗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。(3)采集設(shè)備。采集設(shè)備需要與器具數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)、串口等通信方式傳輸數(shù)據(jù)，具有高度的安全性和可靠性。(4)管理軟件。包括端設(shè)備對數(shù)據(jù)采集、匯聚、傳輸?shù)某绦颉⒁约澳茉垂芾硐到y(tǒng)軟件。

能耗監(jiān)測系統(tǒng)軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)功能包括:基礎(chǔ)信息管理、能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)報警分析、企業(yè)用能分析、數(shù)據(jù)下載、系統(tǒng)管理。本單位將能耗監(jiān)測系統(tǒng)部署在外網(wǎng)，可通過移動端、 PC端實(shí)時查看能耗數(shù)據(jù)，企業(yè)可以根據(jù)自身需求將系統(tǒng)部署在內(nèi)網(wǎng)或外網(wǎng)，對所采集的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行指標(biāo)統(tǒng)計、匯總、報表分析。能耗監(jiān)測系統(tǒng)功能包含8大功能模塊，具體功能包括:用能看板、用能統(tǒng)計、能平衡分析、自主用能分析、用能報表、用能設(shè)備監(jiān)測、單位產(chǎn)品能耗、計量器具管理。圖2為能源管理系統(tǒng)各功能結(jié)構(gòu)圖。

(1)用能看板:用能看板實(shí)現(xiàn)了用戶對能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測的可視化管理，通過用能看板可以迅速了解各車間、各區(qū)域的能耗指標(biāo)，能夠更加直觀、系統(tǒng)地了解企業(yè)用能情況。(2)用能統(tǒng)計:用能統(tǒng)計是通過對煤炭、水、電以及天然氣等各項(xiàng)能源消耗情況以及指標(biāo)的計算，再通過圖表的方式直觀展現(xiàn)出各項(xiàng)能源每月能耗同比情況;還可通過圖形及表格等方式直觀展示各車間、各區(qū)域的能耗占比情況。(3)能平衡分析:網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過自動計算，以桑吉圖的方式展現(xiàn)用能流向。有利于用戶清晰掌握供能網(wǎng)絡(luò)中能源的損耗情況，并結(jié)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、氣等有無泄漏現(xiàn)象。(4)自主用能分析:可依據(jù)不同時間維度選擇不同的計量器具進(jìn)行公式計算，展示出所選擇時間范圍內(nèi)對應(yīng)的用能情況。同時可通過代入常數(shù)對電費(fèi)、水費(fèi)等進(jìn)行成本核算。(5)用能報表:用能報表可按照全廠、車間、工序、設(shè)備生成能耗統(tǒng)計報表，按照指標(biāo)類型分為能耗量統(tǒng)計、能耗成本統(tǒng)計、能耗效率統(tǒng)計;并可以按照日報、周報和月報的形式進(jìn)行統(tǒng)計。(6)用能設(shè)備監(jiān)測:可以在線監(jiān)測用能設(shè)備(變壓器母排溫度、變壓器損耗、負(fù)荷率以及三相平衡度等)的用能情況和用能指標(biāo)，可用于及時發(fā)現(xiàn)并掌握設(shè)備運(yùn)行情況。(7)單位產(chǎn)品能耗:按工序流程、工序環(huán)節(jié)分類，可以計算各產(chǎn)品的單位產(chǎn)品能耗，通過單產(chǎn)指標(biāo)對標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)企業(yè)在生產(chǎn)工藝上存在的能效問題。(8)計量器具管理:可以實(shí)現(xiàn)對計量器具的檔案信息、原始數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的快速查詢，有助于企業(yè)建立能源計量體系。

2、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

能耗數(shù)據(jù)采集。通過RS-485接口進(jìn)行本地數(shù)據(jù)采集，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換;對于4G采集數(shù)據(jù)，可以借助數(shù)據(jù)訂閱的方式，通過網(wǎng)絡(luò)獲取采集數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)從計量器具儀表經(jīng)過PLC，通過現(xiàn)場總線或無線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(shù)據(jù)至端設(shè)備內(nèi)網(wǎng)機(jī)，再經(jīng)由轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入工業(yè)以太網(wǎng)，終傳輸?shù)椒?wù)器，實(shí)現(xiàn)對金屬冶煉過程中電、天然氣、煤、水等各能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸。

能耗數(shù)據(jù)監(jiān)控。通過人機(jī)交互界面，可將現(xiàn)場實(shí)時采集的電力、天然氣、煤、水等能源數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變成柱狀圖、餅圖或曲線圖，通過圖形界面可直觀反映出現(xiàn)場用能情況，更加一目了然，企業(yè)可在交互界面監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和能源消耗情況。同時，企業(yè)還可以查看任意時間的日上報、月上報、年上報以及實(shí)時監(jiān)測的設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并可方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)的自行導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)了能源消耗數(shù)據(jù)的在線統(tǒng)計、報表自動生成等功能，提升了能源管理信息化、智能化水平。

能耗數(shù)據(jù)處理.系統(tǒng)結(jié)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)全過程的統(tǒng)計、分析，并設(shè)置報警功能，建立能源平衡，同時形成各類統(tǒng)計報表。報警分析是能耗監(jiān)測系統(tǒng)的重要功能，通過對能耗指標(biāo)的上下限值進(jìn)行設(shè)置，可以實(shí)時監(jiān)控企業(yè)用能情況，自動判別用能異常指標(biāo)并做出預(yù)警，提醒企業(yè)及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中存在的故障、以及實(shí)際生產(chǎn)中存在的能源浪費(fèi)現(xiàn)象等。

數(shù)據(jù)的下載。根據(jù)實(shí)際情況，企業(yè)可按車間、工段、班組以及用能種類進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分類、匯總，并能將能耗數(shù)據(jù)下載至本地。系統(tǒng)會自動判斷數(shù)據(jù)質(zhì)量，對需要重新下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)錄，也可支持手動補(bǔ)錄和重錄。

3、系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)及實(shí)施效果

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線統(tǒng)計與監(jiān)測的結(jié)合，可廣泛應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)和節(jié)能管理領(lǐng)域，信息系統(tǒng)在設(shè)計上，通過將統(tǒng)計和監(jiān)測二者有機(jī)結(jié)合，形成了統(tǒng)計和監(jiān)測業(yè)務(wù)高度統(tǒng)一，有效避免了統(tǒng)計和監(jiān)測的數(shù)據(jù)誤差給企業(yè)能源管理工作帶來的壓力。監(jiān)測數(shù)據(jù)可自動傳輸，以日數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算監(jiān)測結(jié)果，統(tǒng)計可以以日、月度、年度等為管理周期，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價值，在節(jié)能管理方面幫助企業(yè)落實(shí)能源管理指標(biāo)，貫徹能源專業(yè)化、精細(xì)化、扁平化管理思路，建立持續(xù)改進(jìn)能效的能源管理模式和機(jī)制，提高節(jié)能管理水平，為優(yōu)化用能管理、制定能源目標(biāo)等提供決策數(shù)據(jù)。

用能統(tǒng)計通過對各類能耗情況及指標(biāo)的計算，以直方圖的方式直觀展現(xiàn)出各能源品種每月能耗同比情況;同時，也通過餅圖的方式直觀展示各車間、各區(qū)域的能耗占比情況。

4、安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)概述

安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)采用自動化、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(jié)實(shí)行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃?xì)狻⒄羝皦嚎s空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)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、車間、產(chǎn)線、班組、重大能耗設(shè)備等的能源利用情況等進(jìn)行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

5、應(yīng)用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業(yè)、木材、工業(yè)園區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機(jī)電設(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等離散制造業(yè)。

6、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場通過廠區(qū)局域網(wǎng)和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網(wǎng)聯(lián)通的地方，通過有權(quán)限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機(jī)APP查看各處的運(yùn)行情況。

系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)場設(shè)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型的儀表等，也是構(gòu)建該配電、耗水、耗氣系統(tǒng)必要的基本組成元素。肩負(fù)著采集數(shù)據(jù)的重任，這些設(shè)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、開關(guān)量監(jiān)測模塊以及合格供應(yīng)商的水表、氣表、冷熱量表等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，一般應(yīng)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(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

7、系統(tǒng)功能

平臺采用自動化、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(jié)實(shí)行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理。實(shí)時監(jiān)測企業(yè)各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

7.1平臺登錄

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

7.2大屏展示

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

7.3首頁

首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業(yè)級統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

7.4數(shù)據(jù)監(jiān)控

對企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報警等情況進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r的監(jiān)測各個點(diǎn)位的運(yùn)作情況，同時能更快的掌握點(diǎn)位的報警，并為企業(yè)削峰填谷、調(diào)整負(fù)載等技改措施提供數(shù)據(jù)支撐。

能源實(shí)時監(jiān)控：對于水、電、氣等能源消耗進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，確保用能環(huán)節(jié)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)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)時展示；當(dāng)能源參數(shù)越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機(jī)短信、郵件、釘釘、語音播報、系統(tǒng)彈窗報警提示等；

配電圖：將配電房真實(shí)情況畫入配電圖，實(shí)時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實(shí)時參數(shù)、門禁水浸狀態(tài)及能耗數(shù)據(jù)。

實(shí)時統(tǒng)計：實(shí)時統(tǒng)計工廠、車間、工序、設(shè)備的當(dāng)年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

數(shù)據(jù)展示：通過實(shí)時曲線和歷史曲線展示不同區(qū)域、不同設(shè)備的不同的能耗參數(shù)；

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(shù)進(jìn)行在線設(shè)置，當(dāng)能源參數(shù)越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機(jī)短信、郵件、釘釘、語音播報、系統(tǒng)彈窗等報警提示；

7.5視頻監(jiān)控

接入攝像頭，實(shí)時掌控企業(yè)內(nèi)實(shí)際情況。

7.6變壓器監(jiān)控

展示各電壓器的負(fù)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(guī)劃。通過各種運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出更好的運(yùn)行模式。根據(jù)運(yùn)行模式調(diào)整負(fù)載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

7.7儀表實(shí)時監(jiān)控

展示各個水電氣儀表的實(shí)時參數(shù)變化，以曲線圖的方式展示。

7.8能源中控

將所有有關(guān)能源的能源參數(shù)集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實(shí)現(xiàn)各個產(chǎn)業(yè)線的對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

7.9用能統(tǒng)計

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、車間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時間、設(shè)備、班組、分項(xiàng)等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實(shí)績分析，折標(biāo)對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費(fèi)。

7.10成本分析

統(tǒng)計各個監(jiān)測節(jié)點(diǎn)（工廠、車間）的當(dāng)年、季度、月、周、日各類能源消耗費(fèi)用，其中電包括峰電量、峰電費(fèi)、谷電量、谷電費(fèi)以及平均電量和平均電費(fèi)。

審核編輯 黃宇