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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)場智能儀表、PLC和DCS等現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。基于能源管理信息系統(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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)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(xiàn)場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現(xiàn)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。

8.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

8.2大屏展示

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。

8.4數據監(jiān)控

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；

8.5視頻監(jiān)控

接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內實際情況。

8.6變壓器監(jiān)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。

8.7儀表實時監(jiān)控

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。

8.8能源中控

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(xiàn)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

[1]劉永光.能耗在線監(jiān)測項目建設技術方案研究[J]建筑技術開發(fā).

[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)。