安科瑞 劉秋霞
摘要：能源是人類社會發展的重要推動力，能源缺乏，將導致人類無法正常開展生產生活活動。如果失去能源的支持，現代社會的運作將會直接癱瘓或崩潰。所以，為了解決目前日益嚴峻的能源問題，應采用節能監測技術來促進能源的合理利用，從而達到節能減排的目的。文章對智慧化工業企業能耗監測管理系統的構成以及該系統的軟件特性進行研究，以期可以通過能耗監測管理系統的使用，讓能源的消耗量得到進一步節約。
關鍵詞：智慧化；工業企業；能耗監測管理系統
節能監測技術是節能減排、節能的重要支撐技術，當前能源資源日漸枯竭的緊張形勢下，節能意識的增強以及各行業對節能技術的需求不斷增加，使得節能技術的開發越來越受到人們的重視。工業企業能耗監測系統的構建是按照“統一規劃、分期分批"的原則構建，并按照有關規范及技術設計進行研發的，工業企業能耗監控系統的出現，將讓能源消耗量較大的工業企業發展得到進一步規范。
1、系統組成
1.1? 系統總體結構
工業企業能耗監測系統的構建是按照“統一規劃、分期分批"的原則構建的，并按照有關規范及技術導則設計，本文介紹了該項目的總體設計思路、數據采集系統、監控網絡以及節能管理等內容，現以某工業企業能耗監控為例，說明該方案的可行性，并提出了今后需要進一步研究和改進之處，以保證工業企業能源檢測系統可以與時俱進地得到升級與優化。把工業企業能源監測與管理系統打造成功能完備，特色鮮明的工業企業能耗監控系統，非常重要且必要。
（1）工業企業能耗監測系統層。利用工業企業能耗監測系統采集大量數據，可實現對工業企業能耗、設備的實時采集、分類、統計，為工業企業能耗監測活動開展提供了詳細的數據分析和科學的決策依據。通過構建一整套的企業能耗監控與管理系統，能夠有效地解決企業的節能管理和節能降耗工作落實中存在的問題，并降低工業生產對環境的污染。
（2）網絡通訊層。通訊層主要由開關、路由器、串行服務器、光纖轉換器組成，通訊傳輸層包括：調制解調器和光傳輸模塊，通過這兩個部分可實現信號在不同通信通道之間的轉換，為各種器件提供良好的工作環境，并對各種器件進行控制與保護。通訊層為數據的交流提供了橋梁，同時也擔負起了服務器和現場設備間的通信數據傳輸的功能。
1.2? 系統體系架構
我國是一個高耗能的現有水平相比，單位產品的能源消耗和能源終端的能源消耗均達到了3億噸標準煤。因此，能源管理工作的落實與信息化進步緊密相關。在信息技術迅猛發展的今天，信息化已成為推動社會、經濟發展的重要力量。我國著眼于國民經濟的大發展，提出了要以信息化帶動工業化的決策，所以工業企業要充分發揮資源與資金上的優勢，提高產業競爭力。能源管理中重要也是應用較廣的就是信息系統體系結構，它通過計算機網絡及各種數據通信技術來實現對整個能源系統的有效控制。
（1）集成平臺層。集成平臺層是一個集應用和運行于一體的開放綜合平臺，為能源監控中心提供了一個較為開闊的信息共享與處理環境。它包括基礎層、應用服務器層、中間件層和應用層。其中應用集成與應用層又包括三個層次：用戶接口層、業務邏輯層和資源管理層。此外，該系統使用統一的工業技術標準，為操作系統、網絡、數據庫等各種設備的信息存取和交互方式提供了接口，使各種應用系統可相互接通并實現有效融合。集成平臺層提供的用于數據分享的統一機制和設備能夠支持應用程序間的協作，并為各類系統的功能二次開發提供了一個整體框架。
（2）應用層。系統集成平臺可以對能源管理中心的各類應用的穩定運作提供總控平臺，如：數據采集、監測、公共數據平臺、能源管理、配電管理、調度員訓練模擬等應用的協同運作。
2、工業企業能耗監測系統功能
（1）數據采集。集中管理采集器主要用于組態、校時、診斷和狀態監控。集中管理采集器主要由上位機軟件和下位機硬件組成，其中下位機硬件包括供電電源電路、時鐘控制電路、通訊接口電路、數據處理模塊、電源模塊。本系統能夠很好地與工業企業的過程管理系統兼容，充分利用工業企業網絡對水、電等數據的產生與變化進行準確、傳輸安全的特點，能耗數據采集頻率為每次20 min至3h，可以按要求進行設定。
（2）人機界面。人機界面作為用戶與平臺系統互動的接口，在整個系統中占有舉足輕重的地位，它是用戶首先見到并使用頻率*高的環節。人機界面安裝了一、二次中文字庫，包括了光柵、向量和文字的輸入以及拼音、位置和五筆輸入。它能實現多種方式的人機交互，如鍵盤控制、鼠標控制和圖形用戶界面（GUI）控制等，具有良好的交互性和可移植性。同時，模塊化設計思想，讓其便于開發和維護。本系統具有大屏幕投影驅動、模擬屏驅動等多種功能。
（3）實時監測。多層次能源消耗模式（包括地區模式、建筑模式）融合能源統計與能源消耗表等功能，能對采集到的數據進行處理后發出相應的控制命令，從而完成對實時監測數據和歷史數據的管理。另外，提供實時監測平臺架構和軟件功能框架，能對各個模塊進行詳細的說明并給出部分源代碼，并對系統開發中所涉及的關鍵技術及解決方案做簡要介紹，實現了對能耗的在線監控。界面采用的是直觀圖形界面，例如：柱形圖、餅圖、儀表板等，可對能源消耗量以及趨勢進行分析和顯示，并支持按小時、日、月、年的任意導航。
（4）數據統計。數據統計可以按照不同的分類、不同的項目，實現對能源的每日、每周、每月、每年的數據分析，并能以不同的格式顯示出來。另外，可按照生產、系別和其他層級進行統計，根據使用者輸入的起始和終止時刻，對任意時間段的能源使用進行統計。在對系統的功能進行檢測時，可通過與公用部門的數據比對，來驗證系統與功能設計的合理性，同時也說明了數據統計可讓節能工作開展的更有針對性，能實現預期目標。
（5）能耗查詢。工業企業能耗查詢系統具有良好的開放性與擴展性，能對能源記錄的可實施狀況進行查詢。針對單一區域、單一部門的綜合條件篩選后，按時序進行電力用電分析（以日為單位，以月為單位，以季為單位，以規定時間等為單位），繪制相關圖表，并生成不同的分析類型的數據報告。用戶可以根據不同的需要，選擇不同的能源消耗類型（水、電力、供熱）、 工業企業（辦公大樓、能源使用單位、能源消耗單位、公共場所、宿舍），系統會生成豐富多彩的圖表與報表，并對數據進行分析，可采用折線圖、條形圖、餅圖、二維表等方式進行數據分析結果的展示。
（6）數據分析。數據分析能夠分析工業企業的能源消耗趨勢，確定能源消耗的指標，并對能源消耗進行實時監測和分析。在此基礎上建立節能評估指標體系，并給出具體計算過程，可讓工業企業的能源消耗總量以及趨勢得到更為準確控制。另外，以工業企業為例進行實例應用，說明數據分析的方法具有可行性及實用性。數據分析具有強大的數據處理能力和數據分析功能，結果直觀形象，通過提供能源消耗的數據分析，來幫助科研人員開展相關專業研究工作，涵蓋的內容包括工作時間、非工作時段的能源效率的分析、夜晚待機能源消耗的分析等。通過對工業企業能源使用的規律進行分析，為能源使用異常狀況的監測提供了基礎數據，既實現各種方式的靈活監控，又可實現在工作狀態和非工作狀態下的能源探測數據融合。在此基礎上建立了基于大數據分析技術的能耗消耗異常檢測系統，通過采集建筑用電設備的運行狀態信息和利用數據挖掘算法，來挖掘用戶行為模式特征，并根據這些特征構建預測模型，分析同類型工業園區的能耗，并與其他工業企業能耗相比較，保證能耗指標可得到專業人員的科學調整。通過不同時段能耗的對比，能夠清晰地了解能源節能措施的作用，了解能源消耗的規律，并提出相應的節能對策。用 VisualBasic6.0開發了能耗監測系統，該系統主要包括統計模塊和計算模塊兩個部分。趨勢曲線擬合歷史值較好，可在一定程度上反映時間軸變化。曲線支持多縱軸、多曲線顯示，可以為不同曲線設定不同縱軸，要支持多曲線在相同時間內進行比較分析，支持單、多曲線在不同時段內的比較和分析，支持曲線顯示設定。通過比較能源節能設計與建筑的實際能源消耗數值，可以評價和監控工業園區運作過程中的能源效率，從而實現能源消耗分析報告的編制，根據分析的內容，自動產生和輸出報表。同時，結合工程實例介紹基于WebService 技術的節能分析系統設計方法和開發過程。該系統采用 B/S 結構模式，ASP、NET 作為開發工具。數據庫采用 SQLServer，通過對我國能源節能現狀的定量評價，可以對我國工業企業能耗節能的效益和能耗進行預測，從而達到提升節能、環保效果的目的。該系統具有能源審計數據錄入、輔助審計計算、能源審計報告的輔助生成和輸出的功能，能源消耗分析在工業生產領域的研究中占有舉足輕重的地位。
（7）能耗報警。能耗報警支持多種類型的報警窗口，包括實時報警、歷史報警、查詢報警等。在一個報警庫內存儲有多個報警數據，每個報警數據對應一種報警方式，使用者可以通過歷史警報和查詢警報確認信息，并判斷是否存在新的警報事件。一個查詢窗口將與報警庫中的全部警報事件相聯系，當發生報警事件時，可從報警庫中查找相應的數據。報警信息包括報警時間、報警類型、報警內容等。能源報警系統支持能源消耗監測報警、能源消耗監測、能源跟蹤、電子郵件報警、短信報警，同時具備能耗報告提供、能耗記錄查詢等功能。根據不同報警類別設置不同的優先級，當報警提示出現時，其他報警會相應地給出響應，并在一時間內發出報警信號。此外，報警記錄采用主動式報警方式觸發警報，實現了高異常報警的快速響應。能源報警與其他能耗工業企業聯動時，一旦出現能源異常，系統就會自動發出警報。另外，系統還能對儀表的故障進行報警，并能將電子郵件和短信系統發送到工業企業內部部門，實現實時報警。
（8）定額管理。工業企業能源指標的管理可以根據自然資源部、教育部、各地區的能源消耗、用水量的定額和實際的能源消耗統計數據，給出工業企業能源消耗的合理建議，并制定能源消耗的管理體系。建立工業企業能源基本資料的專用統計體系，從挖掘節約空間、建設節約工業企業、完善工業企業生產和能源設施等幾個方面建立能源分類統計體系，能源消耗統計體系，考核評價體系等，對各專業的節能效果實施量化考評。同時，還可配合以節約能源為核心指標的績效考核機制，對工業企業的能源消耗以及環境污染情況進行跟蹤式的監控。另外，可通過完善各項規章制度，加強過程控制，達到節能降耗目的。同時，通過多種統計表格的形式，對能源消耗進行*面的公示，采用多種靈活的結算方法，實現對工業企業的定額管理。
（9）能耗分析子系統與能耗公示。將不同部門采集到的大量數據進行分類匯總后，結合電力需求側管理（DSM）模型，建立一套基于大數據分析的能效預測系統，并在實際應用中取得了令人滿意的效果。通過對能源消耗的大量數據處理和分析，可生成各種統計圖表，實時顯示能源消耗的歷史數據，并可讓現有數據與歷史數據進行對比，甚至對未來能源消耗趨勢進行預測，實現對能源指標的合理評價，從而對能源消耗趨勢進行科學的管理。通過網絡向公眾公布各種能源能耗、節能等級及能耗結構，并為同類園區的節能等級進行排序。利用ASP、NET 技術，SQLServer 數據庫，基于 B/S 模式開發平臺進行系統總體設計和功能模塊劃，對系統關鍵技術做了闡述，*后給出測試結果及結論，公布方式采用表格、餅圖、條形圖，界面直觀、形象，并支持用戶按需要進行數據周期的分配。
（10）電能計量子系統。電能計量子系統可實現按戶、按項目、按類別的實時測量。根據用戶負荷曲線計算出相應的電量值，并按照專用通訊協議，可直接監控整個工業企業的電力系統的基礎運作。
3、結束語
文章論述了工業企業能耗監測系統的功能，所以在當前能源愈發緊張的形勢下，需要增強節能意識，也要加大各行業對節能技術的使用力度，尤其是工業企業，故在智慧化能耗監測管理系統的構建研究方面還有一段路要走。
4、平臺概述
安科瑞企業能源管控平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，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。
方案設計
5.1 系統結構
平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：
現場通過廠區局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。
系統可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。
現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。
網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。
平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。
平臺功能
用戶可以用瀏覽器（建議用谷歌瀏覽器、火狐瀏覽器、360*速瀏覽器）打開
用戶可根據需要，在大屏展示能耗、能效數據，進行能效排名等等。
首頁給用戶展示企業集團與分公司的每日用電統計信息、每周用電統計信息、總碳排統計信息、各分部用電統計信息、分時段用能統計等相關信息，展示報警的數據和分類，用戶還可以切換平臺主題色和中英文，以及全屏展示，如圖所示。
數據監控顯示了項目信息和項目下所有的設備信息，可以看到每個設備的通訊狀態、回路名稱、電參量等。
該頁面展示某一回路中，一段時間內每天的日數據信息，用戶可以選擇不同的電力類型，顯示不同電參量數據，數據會以圖表或者數據列表的信息展示；逐日*極值數據展示了各個電參量在一段時間內，每天*值數據及發生時間，還能統計平均值。
用戶可以查看各個區域設備的電參量報表，可以通過切換時間和調整參量顯示查看對應數據，如圖所示。支持報表導出和批量導出，導出報表為excel格式，批量導出可以導出多塊儀表的數據。
展示各個項目下的儀表的電參量在某一天中的*小值，以及平均值和發生時間，形成報表形式進行展示，并可導出。
展示了項目下某一回路按月/年的正向總有功電能、反向總有功電能、正向總無功電能、反向總無功電能、平均功率因數，并以折線圖和數據表格的形式展示，如圖所示。
配電監測主要展示配電一次圖。選中需查看的項目名稱，即可查看該配電一次圖。點擊圖中數據，可以調出控制箱，查看實時數據，如相電壓，有功功率，無功功率，有功電能，相電流，無功電能，切換至歷史數據，通過選擇日期與電力類別，查詢想要看的圖表與數據。
查看儀表的接線以及儀表數據是否正常，常見的診斷狀態有，正常，數據異常，接線松動，相序錯誤，失聯，相序接反。如圖所示。
把環比、能耗趨勢、日用電功率曲線、功率峰值顯示在同一界面。根據查看某個項目，選擇對應節點、分類能耗，即可查看該項目，環比，能耗趨勢，有的還可以查看日用電功率曲線，功率峰值。同時，可以切換當日，當月，當年，查看不同時間段的能耗趨勢。如圖所示。
趨勢分析可以查看項目能耗節點下分類能耗的日月年能耗趨勢，如圖所示。
主要展示單個項目各個分類能耗的流向圖。選中需查看的項目、分類能耗，起始日期及截止日期，即可查看該項目的能源流向。如圖所示。
根據項目設置的容量單價，需量單價，結合項目總容量，*大需量，復費率，計算用容量計費劃算，還是需量計費劃算。如圖所示。
根據所選的能源消耗節點用量，進行能源消耗排名，從高到低。如圖所示。
企業可以在此添加節能技改記錄，設置基期和校準期，比較節能措施實施前后的同一產量下的節能量。如圖所示。
企業可以查看各個能源節點的同比環比數據，如圖所示。
損耗分析可以查看各個用能源節點之間的線路損耗情況，也支持導出報表。如圖所示。
平臺支持設置工作日，非工作日，維修日，停機日等多種時間段，然后根據設置的各個時段做統計。如圖所示。
平臺支持多能源計量節點再分組，然后根據分組情況進行能源數據的日月年自定義時間段的趨勢數據進行統計，支持導出。如圖所示。
對比分析可以對選中項目的多個能耗節點進行圖表對比。選中需查看的項目，能耗節點以及日期，選中“日"，“月"其中一種報表類型，點擊“查詢"。如圖所示。
企業可以查看能源網絡計量點的各能源類型產生的碳排放量，同比環比數據，下級能源節點前五碳排放量的能源節點。如圖所示。
對于能耗異常的點位，系統支持對于異常數據的小修復。如圖所示。
分項概況是把分項用能柱狀圖、餅圖、表格數據顯示在同一界面。根據查看某個項目，選擇對應能耗節點、分類能耗，切換日期，即可查看該項目對應時間段內的分項用能柱狀圖、餅圖、表格數據。如圖所示。
分項同比分析主要統計某個項目能耗節點某一類能耗分項用能與去年同期的比較分析。選中需查看的項目，分類能耗、能耗節點及日期，選擇“年份"即可查看該項目的分項用能表格數據和柱狀圖表。如圖所示。
復費率報表主要統計項目能耗節點的尖、峰、平、谷電能及電費。選中需查看的項目，能耗節點及日期，選擇“日"，“月"，“年"其中一種報表類型。點擊“查詢"，即可查看該能耗節點的復費率報表；點擊“導出"可導出表格。如圖所示。
注：此報表需要計量裝置支持分時段統計功能。
反向復費率報表主要統計項目能耗節點的尖、峰、平、谷電能及電費。選中需查看的項目，能耗節點及日期，選擇“日"，“月"，“年"其中一種報表類型。點擊“查詢"，即可查看該能耗節點的反向復費率報表；點擊“導出"可導出表格。如圖所示。
注：此報表需要計量裝置支持分時段統計功能。
以柱狀圖展示日，月，年內尖峰谷的用電趨勢，以餅圖展示尖峰谷用電量的占比以及金額占比。如圖所示。
系統支持手動錄入各個能源節點的產量數據、產值數據。如圖所示。
系統可以按照日月年自定義時間段，查看各個能源計量節點下的產品產量數據，產值數據。如圖所示。
企業可以查看各個能源計量節點下的產量的同環比數據。如圖所示。
手工錄入產品的編號，名稱，售價。國際企業標準等數據，為產品錄入做準備。如圖所示。
查看各個能源計量節點下的電單耗、水單耗等趨勢數據以及電產值單耗、水產值單耗數據。如圖所示。
可以查看各個能源計量節點下的各個產品的在時間區間段內的單位產品單耗和單位產值單耗。如圖所示。
展示各個能源計量節點下各個產品與企業等標準的對比數據。如圖所示。
按照月，年展示各個能源計量節點的單耗趨勢數據。如圖所示。
設定整個企業考核各個能源計量節點的評分標準。如圖所示。
設定各個能源計量節點的計劃指標數據，為績效kpi分析做準備。如圖所示。
根據企業設定的評分標準，和設定的各個能源計量節點的指標，展示各個能源計量節點的績效評分數據。如圖所示。
班組增刪改查。如圖所示。
對各個能源計量節點的班次班組設置。如圖所示。
設置企業，或者能源計量節點的班次情況，增刪改查。如圖所示。
可以查看各個能源計量節點下，各個班組在區間段內的總能耗。如圖所示。
變壓器管理頁面展示了關聯項目下所有的變壓器信息，信息包括變壓器名稱、儀表、額定容量、項目名稱、備注、創建時間等，可根據項目名稱/變壓器名稱找到對應變壓器。如圖所示。
展示各變壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比分析，找出*低。如圖所示
該頁面展示了項目下單個變壓器的各項數據，用戶可以切換該項目下其他變壓器和不同時間維度查看變壓器平均負荷等數據，如圖所示。本頁面支持報表導出，點擊導出按鈕即可導出相應數據，導出報表為excel格式。
組態圖需要由客戶自行繪制。
組態管理頁面展示了關聯項目下所有的組態信息，信息包括配置編號、配置名、類型、標簽、控制操作等，可根據類型/標簽/配置名找到對應組態。如圖所示。
該頁面可以對圖元進行分類管理，如圖所示。
用戶可以通過此頁面，上傳和查看圖元，如圖所示。
該頁面可以存儲和使用組態模板，如圖所示。
該頁面主要展示客戶繪制的組態圖頁面。如圖所示。
點擊視頻監控即可查看當前攝像頭視頻監控，視頻監控功能需要配置視頻監控信息，支持回放的監控設備還可查看*定時間的視頻回放，如圖所示。
8、典型硬件
導軌式電能表DTSD1352
● 有功精度：0.5S級，無功精度：2級（目前標準*高），電壓、電流精度：0.2級
● 電壓規格：3×100V、 3×380V、3×57.7/100V、3×220/380V
● 電流規格：3×1(6)A（經互感器接入），3×10(80)A（直接接入）
● 工作溫度：-25℃~+55℃
● 相對濕度：≤95℅（無凝露）
● 通訊：*大支持2路獨立485通訊，Modbus RTU規約/DL/T645-07規約可自適應，兩路485可獨立設置，亦可使用不同協議；波特率1200bps-19200bps可設，奇偶校驗位可設
● 功能：支持1DI1DO；支持有功脈沖輸出
● 外形尺寸：126*88*69，標準DIN35導軌安裝
智能遠傳水表
● 可用電子直讀式，具有高清晰液晶顯示，直接讀取和通信發送。該水表的特點包括：高靈敏度，始動流量小，計量*度高，具備誤差自動修正功能；通訊方式：可通過MODBUS-RTU通訊接口進行通信，管理者可對水表各參數進行設置或修改，也可抄回表內的信息以便供管理部門進行統計、監測；斷電后數據可保存10年以上；擴展功能：可根據需要擴展遠程控制閥門開關功能；耐高溫：可在120℃下長期工作，水解穩定；抗腐蝕：抗酸堿腐蝕性強不易被腐蝕，阻燃性能好，環保：水資源免遭二次污染。
● 通信規約依照《CJ-T188-2004戶用計量儀表數據傳輸技術條件》或者兼容《DL/T 645-2007》的規約。
ANet智能通信管理機是一款采用嵌入式硬件計算機平臺，具有多個下行通訊接口及一個或者多個上行網絡接口，用于將一個目標區域內所有的智能監控/保護裝置的通信數據整理匯總后，實時上傳主站系統，完成遙信、遙測功能。
9、結束語
安科瑞企業能源管控平臺能夠采用自動化、信息化技術建立能源管理調中心，實現從能源數據采集——過程監控——能源介質消耗分析——能耗管理等全過程的自動化、高效化、科學化管理。從而使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，使之能夠運用的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，提升企業能源管理，提高企業競爭力。
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