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摘 要：圍繞重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設工作，文中介紹了系統(tǒng)的建設背景和主要內容，分析了工業(yè)企業(yè)實現能耗數據在線采集、實時監(jiān)測的總體技術路線和方法建議，提出了通用技術要求。
關鍵詞：工業(yè)企業(yè)；能耗在線監(jiān)；系統(tǒng)建設；通用技術
0、引 言
隨著節(jié)能工作向系統(tǒng)化、精細化、信息化方向發(fā)展，節(jié)能領域運用物聯(lián)網、大數據等信息技術手段深挖、細挖節(jié)能潛力成為必然趨勢。為此，國家從“十二五”開始建設覆蓋全國一萬多家重點用能單位的能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，可以準確、及時地掌握全國和分地區(qū)、分行業(yè)能源消費總量及其構成，提高節(jié)能宏觀調控的針對性和有效性。建設能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，是推進能源生產和消費革命、深化創(chuàng)新節(jié)能工作的必然選擇，是企業(yè)進一步挖掘節(jié)能潛力、提高能源管理精細化水平的客觀需要，也有利于培育和發(fā)展節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略性新興產業(yè)，促進經濟結構轉型升級。
1、能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設的有關背景
“十一五”期間，國家建立了重點用能單位能源利用狀況報告制度，對重點用能單位能源利用狀況實行年度管理。2011年，國家發(fā)展改革委、教育部、工業(yè)和信息化部、財政部等十二部門聯(lián)合發(fā)布《萬家企業(yè)節(jié)能低碳行動實施方案》,提出要建立萬家企業(yè)能源利用狀況在線監(jiān)測系統(tǒng)。2012年，《國務院關于印發(fā)節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃的通知》則進一步提出開展重點用能單位能耗在線監(jiān)測體系建設試點工作。從2014年下半年開始，國家組織開展能耗在線監(jiān)測試點，選取北京、河南、陜西3個省市的電力、鋼鐵、石油石化3個行業(yè)的部分重點用能單位開展試點。2015年以后，國家對能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設提出了新的要求，在《關于加快推進生態(tài)文明建設的意見》、“十三五”規(guī)劃《綱要》、《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》等文件中再次提出了建設能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的明確要求。2017年，國家發(fā)展改革委、原質檢*聯(lián)合印發(fā)《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)推廣建設工作方案》,明確要求在試點基礎上推進能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設，到“十三五”末期，基本建成連接各省(區(qū)、市)重點用能單位、相關部門和行業(yè)數據共享的能耗監(jiān)測系統(tǒng)，為統(tǒng)籌能源發(fā)展與生態(tài)文明建設、強化能源消費總量與強度“雙控”提供支撐，為重點用能單位提質降本增效提供服務。
2、能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設內容
能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括三部分建設內容：一是建設省級平臺。省級平臺是監(jiān)測系統(tǒng)的區(qū)域性公共服務平臺，部署在各省(區(qū)、市)電子政務外網和互聯(lián)網，支持接入市級平臺數據，至少應達到國家信息安全等級保護二級的要求。省級平臺由省級節(jié)能主管部門、質監(jiān)部門負責建設，要優(yōu)先使用政務云等計算資源，符合國家對政務信息系統(tǒng)整合共享的工作要求。二是對接國家平臺。各省級平臺要按照統(tǒng)一的技術標準，將監(jiān)測數據上傳到國家平臺。國家平臺部署在國家電子政務外網和互聯(lián)網，由國家發(fā)展改革委負責建設，主要功能是接入、匯總、分析各省級平臺或重點用能單位直接上傳的數據，為能源消費總量與強度“雙控”及重點用能單位節(jié)能管理等工作提供支持。三是建設重點用能單位接入端系統(tǒng)。重點用能單位接入端系統(tǒng)部署在重點用能單位內部，由重點用能單位負責建設。主要功能是，通過計量儀表、工控系統(tǒng)等采集、匯總本單位能耗數據，將數據上傳至省級平臺，或直接上傳至國家平臺。
3、能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的總體技術路線
3.1 總體技術路線
能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)采用“國家平臺+省級平臺+重點用能單位端系統(tǒng)”的架構和技術路線(見圖1),為各部委、各級節(jié)能主管部門和質監(jiān)部門、重點用能單位等用戶提供不同層次的服務。重點用能單位需按照《用能單位能源計量器具配置和管理通則》(GB17167)配備計量儀表。
圖1 能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術路線
國家平臺部署在國家電子政務外網和互聯(lián)網，由國家發(fā)展改革委負責建設，主要功能是接入、匯總、分析各省級平臺或重點用能單位直接上傳的數據，為能源消費總量與強度“雙控”及重點用能單位節(jié)能管理等工作提供支持。國家平臺達到國家信息安全等級保護三級要求，可以為相關部門提供數據接口，實現信息共享。
省級平臺是監(jiān)測系統(tǒng)的區(qū)域性公共服務平臺，部署在各省(區(qū)、市)電子政務外網和互聯(lián)網，支持接入市級平臺數據，至少應達到國家信息安全等級保護二級的要求。省級平臺由省級節(jié)能主管部門、質監(jiān)部門負責建設，優(yōu)先使用政務云等計算資源。主要是接收本區(qū)域內重點用能單位上傳的數據，整合能源供應單位、其他行業(yè)節(jié)能主管部門系統(tǒng)，按統(tǒng)一的技術標準與國家平臺進行數據對接，為本省節(jié)能主管部門、質監(jiān)、住建、交通等相關部門以及重點用能單位等提供支持服務。
重點用能單位端系統(tǒng)一般由能耗在線監(jiān)測端設備、計量器具、工業(yè)控制系統(tǒng)、生產監(jiān)控管理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、通信網絡及相應的管理軟件等組成，部署在重點用能單位內部，由重點用能單位負責建設，主要為用能單位提供能源管理服務。重點用能單位端系統(tǒng)通過互聯(lián)網或傳輸專線等方式將采集到的數據上傳至省級平臺，再由省級平臺經電子政務外網上傳國家平臺。
3.2 技術方法建議
(1)完善能源計量器具配備
企業(yè)依法配備能源計量器具，并定期檢定或校準，能源計量器具應滿足數據采集接口要求。進出用能單位(一級)和進出主要次級用能單位(二級)計量器具配備率和在線率達到;企業(yè)根據重點耗能設備或工序的能耗情況和儀表安裝的可行性，完善主要用能設備(三級)計量器具配備。計量器具配備率和準確度等級達到《用能單位能源計量器具配備和管理通則》(GB17176)的要求。
(2)部署完善能源數據采集網絡
開展能源計量儀表(含新增、改造及已有儀表)現場數據采集系統(tǒng)的適應性接入改造，基于已有自動化系統(tǒng)(DCS、PLC及電力綜保系統(tǒng)等),完善現場數據采集網絡和工業(yè)主干網絡，在滿足安全性和隔離性技術要求下，實現能源計量數據、能源系統(tǒng)操作和質量數據、關鍵生產數據集中統(tǒng)一采集到能耗在線監(jiān)測端設備。
(3)開發(fā)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件系統(tǒng)
企業(yè)能源管理中心信息系統(tǒng)分為三層：數據采集層、數據應用層和人機交互層。數據采集層由企業(yè)交互終端和數據采集機(如有必要)組成，企業(yè)交互終端內置控制器及智能儀表標準協(xié)議，可與全球品牌的控制器和智能儀表實現組態(tài)配置通訊接口，內置實時數據庫，用于暫存關鍵數據；內置OPC接口，便于與第三方控制系統(tǒng)或信息系統(tǒng)通訊。企業(yè)如果有特殊需要，也可以添置數據采集機，采集機須預置與生產現場智能儀表、PLC和DCS等現場測量和控制裝置的通訊協(xié)議，以便于相關數據的采集；數據應用層由多臺服務器組成，服務器用于存儲數據、存儲和運行模型庫(數據和數據的固有關系)、存儲定制的人機交互界面等；人機交互層，該層由多種形式的人機交互設備組成，可以是大屏幕顯示器、PC機或移動終端等，這些設備應方便生產管理人員使用能源管理中心信息系統(tǒng)的各項功能。
(4)部署能源集中監(jiān)控平臺
基于實時數據庫和監(jiān)控圖組態(tài)系統(tǒng)，建設監(jiān)控系統(tǒng)。實現對各級(集團、分廠、車間、重要耗能設備)多種能源介質(煤、電、蒸汽、水、燃料氣、氮氣等)產、存、耗全過程的實時監(jiān)控，掌握其歷史和實時趨勢。實時記錄能源系統(tǒng)事件，實時掌握能源使用消耗情況，實現對各類產能、供能和用能過程及設備的實時監(jiān)控、異常報警和分析管理。對重點耗能設備(變壓器、鍋爐、加熱爐、汽機、風機、空壓機、泵等)進行能效實時計算與監(jiān)控，實時監(jiān)控與優(yōu)化設備的能源利用率、設備運行與生產負荷之間的匹配度。通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)，建設集團、分廠、車間、重要耗能設備四級能源監(jiān)控系統(tǒng)。
(5)健全管理制度
企業(yè)根據生產過程和能量系統(tǒng)特點，制定切合實際的能耗在線監(jiān)測制度，充分發(fā)揮能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的作用。企業(yè)需將能源管理工作提升到與產品質量管理和產量管理同等高度，針對不同產品和不同重點耗能設備或工序，制定能耗預警指標體系；制定節(jié)能優(yōu)化生產操作指南?；谀茉垂芾硇畔⑾到y(tǒng)分析工具，制定持續(xù)改進的節(jié)能工作方案，實施在線能效績效考核管理，落實節(jié)能獎懲制度。
4、工業(yè)企業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設通用技術要求
能耗在線監(jiān)測端系統(tǒng)部署在重點用能單位內部，主要功能是通過計量儀表、工業(yè)控制系統(tǒng)等采集、匯總本單位能耗數據，將數據上傳至省級平臺，或直接上傳至國家平臺。能耗在線監(jiān)測端系統(tǒng)要通過網閘、防火墻、隔離等安全措施，確保內部系統(tǒng)安全和數據安全；要具備遠程升級維保、一端多傳、接收國家和省級平臺推送信息和用能單位自身能源管理所需的功能。
端系統(tǒng)的核心是能耗在線監(jiān)測端設備，是重點用能單位的信息節(jié)點。重點用能單位管理信息系統(tǒng)、生產執(zhí)行系統(tǒng)、儀表中的能耗相關數據通過有線或無線網絡的方式，傳輸到能耗在線監(jiān)測端設備。能耗在線監(jiān)測端設備對采集到的數據進行統(tǒng)計匯總，經驗證、篩選、整理打包后，采用HT-TPS進行通道保護傳送至上級系統(tǒng)應用平臺。能耗在線監(jiān)測端設備在接入互聯(lián)網之前應采用防火墻隔離可能來自互聯(lián)網的網絡攻擊，可選硬件或軟件防火墻。用能單位當前未配置硬件防火墻時，需配置硬件防火墻。
能耗監(jiān)測端設備作為連接用能單位生產控制網絡與辦公網絡、互聯(lián)網的關鍵節(jié)點設備，須保障數據傳遞的安全隔離，即能耗監(jiān)測端設備數據接入端和數據發(fā)送端之間的物理隔離和邏輯隔離，數據接入端網絡和數據發(fā)送端網絡之間的數據交換，只能通過配置的數據，其他數據都被*過濾無法通過。
能耗監(jiān)測端設備需采用“2+1”架構設計，以雙主機加專用隔離部件的方式組成，即由內網主機、外網主機、安全隔離數據交互單元三部分組成。用于連接生產控制網絡數據輸出系統(tǒng)主機(如生產過程控制系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)、企業(yè)生產自動化系統(tǒng)等)網絡與企業(yè)辦公網絡，實現兩個網絡之間的數據傳遞、安全隔離、信息流訪問控制、內容過濾和信息交換等。能耗監(jiān)測端設備中的內、外部主機通過安全隔離數據交互單元連接(由專用隔離部件構成),安全隔離數據交互單元是兩個網絡之間的可信物理信道。該內部信道裁剪了TCP/IP等功能網絡協(xié)議棧，采用私有協(xié)議實現協(xié)議隔離。對于用能單位能耗數據的采集與遠傳，屬于安全性要求較高而實時性要求相對較低的應用場合，安全隔離數據交互單元還將采用一組互斥的分時切換電子開關實現內部物理信道的通斷控制，以分時切換連接方式完成信息擺渡，從而在兩個網絡之間形成一個不存在實時物理連接的隔離區(qū)。
5、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、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理，監(jiān)測企業(yè)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(yè)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(tǒng)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(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎數據和支持。
6、應用場所
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、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業(yè)。
7、系統(tǒng)結構
現場通過廠區(qū)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(lián)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(tǒng)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(tǒng)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(jiān)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(guī)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(xù)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。
平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：
8、系統(tǒng)功能
平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理。實時監(jiān)測企業(yè)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(yè)加強能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)能改造提供數據依據。
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用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業(yè)及各區(qū)域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區(qū)域展示該區(qū)域的分類能耗、產值等相關信息。
8.3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)計數據。
對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠實時的監(jiān)測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業(yè)削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。
能源實時監(jiān)控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監(jiān)測，確保用能環(huán)節(jié)的持續(xù)穩(wěn)定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網絡圖、能源計量網絡圖等功能。
能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數越限報警，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：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數、門禁水浸狀態(tài)及能耗數據。
實時統(tǒng)計：實時統(tǒng)計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；
數據展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區(qū)域、不同設備的不同的能耗參數；
檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關處理操作，可以對報警參數進行在線設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統(tǒng)彈窗等報警提示；
接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內實際情況。
展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規(guī)劃。通過各種運行參數狀態(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。
展示各個水電氣儀表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。
將所有有關能源的能源參數集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現各個產業(yè)線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。
參考文獻
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[2]楊紹鵬.王璐.時希杰.工業(yè)企業(yè)能耗在線監(jiān)測通用技術研究[J].應用能源技術.
[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與選型手冊.2022.05版.
[4]安科瑞企業(yè)能源管控平臺.2020.08版.
作者簡介：翟雪玲，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為工業(yè)能源管理系統(tǒng)。
