0、引言
能源是人類社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),能源消耗水平與環(huán)境、生態(tài)和全球氣候變化等息息相關(guān)。隨著節(jié)能工作向系統(tǒng)化、精細(xì)化、信息化方向發(fā)展，節(jié)能領(lǐng)域運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)手段深挖、細(xì)挖節(jié)能潛力成為必然趨勢。針對國家戰(zhàn)略規(guī)劃落地以及工業(yè)企業(yè)等行業(yè)節(jié)能降耗的實際需求，國家有關(guān)部門聯(lián)合印發(fā)了《用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)推廣建設(shè)工作方案》，對于能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)采用“國家平臺+省級平臺+用能單位接入端系統(tǒng)"的架構(gòu);同時,水泥等行業(yè)已針對運行先進技術(shù)開展了能耗監(jiān)測和能源管理系統(tǒng)的研究、應(yīng)用的探索。通過對已有能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究,企業(yè)級能耗監(jiān)測系統(tǒng)是基礎(chǔ),其關(guān)鍵是能耗監(jiān)測終端的功能和性能實現(xiàn);平臺級能耗監(jiān)測系統(tǒng)是支撐，其關(guān)鍵是如何為企業(yè)、節(jié)能主管部門等提供信息服務(wù)的支撐,實現(xiàn)有利化的資源共享和可持續(xù)、標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)體系建設(shè)。
基于此,本文提出基干物聯(lián)網(wǎng)的能耗在線監(jiān)測平臺總體方案，并針對企業(yè)級、平臺級的軟硬件進行設(shè)計、研發(fā),并在化工企業(yè)能耗管理方面進行了實踐應(yīng)用,探索我國行業(yè)節(jié)能降耗的信息化支撐。
平臺總體方案
基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗在線監(jiān)測平臺總體方案架構(gòu)如圖1所示，該方案從采集層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層等層面,對實現(xiàn)能耗監(jiān)測的技術(shù)和方案進行分析，為下步開展具體的軟硬件設(shè)計和研發(fā)打下基礎(chǔ)。
(1)采集層。采集層與物理層直接通訊,主要基于部署在企業(yè)端的用能單位能耗采集端設(shè)備實現(xiàn)對能源消耗數(shù)據(jù)的采集、對能源計量器具的識別和動態(tài)管理。
目前,能耗數(shù)據(jù)的采集主要基于三種方式實現(xiàn):一是通過傳感器、數(shù)據(jù)采集器等設(shè)備實現(xiàn)現(xiàn)場級數(shù)據(jù)采集,支持多種不同協(xié)議的能源計量傳感器,可同時對電表、水表、燃?xì)獗淼榷喾N智能儀表進行數(shù)據(jù)采集;二是通過與 PLC、DCS.OPC 服務(wù)器等管理系統(tǒng)對接實現(xiàn)控制級數(shù)據(jù)采集;三是部分無法通過在線采集方式獲取的能耗數(shù)據(jù),通過手工填報方式采集。
為減少平臺端數(shù)據(jù)處理的壓力,采集的數(shù)據(jù)經(jīng)拆分、清洗,將來自不同儀表、不同傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成平臺可以識別的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議數(shù)據(jù)，經(jīng)過解析和校驗，進行歸一化處理,終傳輸至平臺端。
圖1 平臺總體方案架構(gòu)
(2)網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層主要包括互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)有線或無線網(wǎng)絡(luò)、端系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)庫等。采集層的能源消耗數(shù)據(jù)采集以后,在網(wǎng)絡(luò)層進行初步解析、校驗和存儲,并隨時準(zhǔn)備上傳數(shù)據(jù)層。網(wǎng)絡(luò)層作為采集層和數(shù)據(jù)層的中間層,起到承上啟下的作用。
(3)數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層主要實現(xiàn)對采集上傳數(shù)據(jù)的進一步處理、存儲等操作。依據(jù)各行業(yè)數(shù)據(jù)采集指南中數(shù)據(jù)驗證要求,采集數(shù)據(jù)時對接入數(shù)據(jù)進行驗證,判斷其數(shù)據(jù)是否合法、信息是否匹配、是否有丟包漏包、目的地址是否正確等。數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)是對企業(yè)能源結(jié)構(gòu)、能耗水平、能耗趨勢等信息從多個維度進行匯總分析以及可視化展示的基礎(chǔ)。
(4)應(yīng)用層。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)層匯總分析的數(shù)據(jù)按照平臺用戶類型應(yīng)用到實際生活中。針對不同的用戶,提供相應(yīng)的信息技術(shù)服務(wù)。如:面向節(jié)能監(jiān)管部門,提供相關(guān)數(shù)據(jù)報表,實時監(jiān)測企業(yè)能耗情況,進一步細(xì)化和落實節(jié)能任務(wù),逐步形成系統(tǒng)化、信息化的能源消耗監(jiān)管體系;面向用能企業(yè),提供更優(yōu)化的生產(chǎn)方案,為企業(yè)提高能源利用效率、降低生產(chǎn)成本、減少能源浪費提供支撐;面向社會大眾,及時提供新的節(jié)能信息,推廣節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品,提高全社會節(jié)能環(huán)保意識。
平臺設(shè)計與研發(fā)
2.1 能耗采集終端設(shè)計
能耗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、實時采集是平臺運用的基礎(chǔ)。在該方案中,能耗采集終端主要實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的實時采集。終端整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
圖2 能耗監(jiān)測終端功能框圖
該終端包括控制模塊、通訊模塊、存儲單元、安全管理單元、電源模塊、顯示模塊等。其中:
(1)控制模塊。控制模塊采用低功耗處理器，主要實現(xiàn)對通訊模塊、存儲單元、安全管理單元、電源模塊、顯示模塊的控制,確保終端功能和實現(xiàn)，以及終端的長時間運行。
(2)通訊模塊。通訊模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)采集通訊、以及終端與平臺間的數(shù)據(jù)通訊。終端支持 RS485總線以及 MODBUS OPC 等工業(yè)協(xié)議,實現(xiàn)與電表、油表、水表、氣表、煤氣表等能耗計量設(shè)備的數(shù)據(jù)接口,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。終端具備以太網(wǎng)接口，支持終端與平臺間的互聯(lián)互通;同時平臺通過該以太網(wǎng)接口,實現(xiàn)對終端的遠(yuǎn)程監(jiān)控和配置功能,包括:外網(wǎng)主機部分的上傳地址、采集點信息、計算公式等參數(shù)的配置以及安裝、卸載、升級等操作。
(3)存儲單元。終端具備本地存儲功能,上傳數(shù)據(jù)經(jīng)過 HTTPS 協(xié)議加密,如果傳輸超時或失敗設(shè)備將重發(fā)數(shù)據(jù),直到接收成功反饋消息,防止因為斷電、網(wǎng)絡(luò)異常等意外事故導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。
(4)安全管理單元。設(shè)備采用“內(nèi)網(wǎng)主機+外網(wǎng)主機+安全數(shù)據(jù)交換單元"的“獨立雙主機 2+1"架構(gòu),其中,安全數(shù)據(jù)交換單元不同時與內(nèi)外網(wǎng)主機連接,以此將內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)隔離,防止企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)泄露和外部病毒木馬程序入侵,保證數(shù)據(jù)傳輸安全。
(5)電源模塊。電源模塊支持交流電壓 220V±10%,雙路冗余熱備電源輸入。
(6)顯示模塊。支持7寸液晶觸摸屏,方便顯示監(jiān)控數(shù)據(jù)以及設(shè)置參數(shù)等操作。
2.2 平臺軟件設(shè)計與研發(fā)
能耗在線監(jiān)測平臺是面向企業(yè)、節(jié)能安全監(jiān)管部門等用戶的窗口。軟件部分主要功能模塊包括:用能單位子系統(tǒng)、政府子系統(tǒng)、公眾服務(wù)子系統(tǒng)，基于 B/S 三層架構(gòu)、asp. net 技術(shù)開發(fā)實現(xiàn)(圖3)。
圖3 平臺功能框圖
2.2.1 政府監(jiān)管子系統(tǒng)
政府監(jiān)管子系統(tǒng)主要面向區(qū)/市/省相關(guān)政府部門，提供能耗監(jiān)測、能效分析、節(jié)能管理、計量管理等功能。
(1)能耗監(jiān)測。提供對用能單位的能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析功能，包括:能源消費強度、能源消費構(gòu)成及各能源品種消費量指標(biāo)統(tǒng)計分析;基于 GIS的企業(yè)和區(qū)域能耗分析,并形成圖表等可視化表示形式:服務(wù)政府各級節(jié)能部門的數(shù)據(jù)匯總,報表填報等信息化工作需求。
(2)能效分析。提供從宏觀監(jiān)測、地區(qū)、行業(yè)及產(chǎn)品的角度進行能效的統(tǒng)計分析功能，基于歷史能效指標(biāo)狀況預(yù)測能效趨勢。
(3)能管理。提供總量及強度控制、節(jié)能業(yè)務(wù)管理、節(jié)能監(jiān)察、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)與技術(shù)產(chǎn)品發(fā)布等功能;對能源“雙控"指標(biāo)進行分配并對節(jié)能形勢進行分析和預(yù)測預(yù)警;對企業(yè)管理崗位、主要負(fù)責(zé)人進行備案;提供節(jié)能公司和節(jié)能審核機構(gòu)的注冊與查詢功能。
(4)計量管理。提供用能單位計量器具配備情況匯總查詢功能，對用能單位計量器具的配備數(shù)、配備率、檢定校準(zhǔn)情況進行匯總查詢，對即將到期或已到期的進行標(biāo)注預(yù)警。
2.2.2用能單位管理子系統(tǒng)
用能單位管理子系統(tǒng)主要為企業(yè)用戶提供相關(guān)能耗數(shù)據(jù)、計量器具、政策法規(guī)等信息的維護查詢。
. 能耗監(jiān)測。對能耗監(jiān)測終端采集的煤、油、水、電、氣、汽等實時能耗數(shù)據(jù)進行監(jiān)測,實現(xiàn)。
(2)能效分析。企業(yè)內(nèi)部能耗數(shù)據(jù),進行能耗分析和成本分析,主要包括大需量配置、大需量查詢、峰平谷電耗分析、能源綜合成本分析的查詢功能,并支持企業(yè)與同行業(yè)其他企業(yè)進行相應(yīng)節(jié)能指標(biāo)的對比分析和改進指導(dǎo)。
(3)能源報表。匯總企業(yè)的電力損耗信息、能耗綜合成本、單位產(chǎn)品能耗、班次單位產(chǎn)品能耗、班組單位產(chǎn)品能耗、峰平谷電耗、能耗單位匯總、能耗成本單位匯總、能耗費用匯總、能耗比較等報表信息。
(4)能耗預(yù)警。統(tǒng)計各報警類型的報警次數(shù)和報警時長,為企業(yè)開展能耗管理決策提供參考。
(5)能源計量器具管理。對企業(yè)能源計量器具的使用、檢驗、計量等情況進行記錄和管理，從而提升企業(yè)能耗監(jiān)測的準(zhǔn)確性和有效性。
(6)能源管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范查詢。方便企業(yè)及企業(yè)人員實時在線查詢國家有關(guān)法律法規(guī)、政策文件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等資料。
2.2.3 公眾服務(wù)子系統(tǒng)
公眾服務(wù)子系統(tǒng)主要面向社會公眾提供服務(wù)，具備發(fā)布相關(guān)的政策法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、新聞動態(tài)、節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品等信息的功能,是平臺的門戶窗口,為實現(xiàn)節(jié)能降耗的多元共治局面提供支撐。
應(yīng)用案例
基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗在線監(jiān)測平臺總體方案目前已在山東省淄博市某化工企業(yè)進行了實際應(yīng)用。該企業(yè)目前主要使用的能源類型包括:原煤、電、天然氣、蒸汽,其中:企業(yè)利用工業(yè)水進行自發(fā)電,部分電力上網(wǎng),同時有外供蒸汽給周邊企業(yè)使用。部分能源數(shù)據(jù)已經(jīng)采集到企業(yè)自建的 MES 系統(tǒng)中。
根據(jù)企業(yè)實際情況,結(jié)合有關(guān)政策要求,在平臺總體方案的基礎(chǔ)上,研究提出了符合企業(yè)需求的能源在線監(jiān)測方案,如圖4所示。在邊緣采集側(cè),部署能耗監(jiān)測終端,與企業(yè)的 MES 系統(tǒng)進行對接,通過 RJ45 接口實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的采集，同時終端通過有線網(wǎng)絡(luò)/4G/無線局域網(wǎng)等數(shù)據(jù)通訊模式將能耗數(shù)據(jù)定時發(fā)送到能耗在線監(jiān)測平臺。在云服務(wù)平臺側(cè)，主要面向企業(yè)、節(jié)能安全監(jiān)管部門，以軟件即服務(wù)的模式開展信息技術(shù)服務(wù)。
圖4 應(yīng)用企業(yè)部署架構(gòu)圖
（1）面向企業(yè)的云服務(wù)。企業(yè)登錄能耗在線監(jiān)測平臺,開展企業(yè)能耗信息化管理，對本企業(yè)實時能耗情況、計量器具情況等進行管理，對企業(yè)歷史能耗情況、能耗趨勢等進行分析,形成各類預(yù)警信息,如企業(yè)能耗指標(biāo)預(yù)警、節(jié)能量預(yù)警、能源儲備預(yù)警等并為企業(yè)提出安全生產(chǎn)和能源使用的具體改進措施提供數(shù)據(jù)支撐。如:針對企業(yè)各類能耗比例進行同比或環(huán)比分析,結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)情況進行分析，發(fā)現(xiàn)企業(yè)能耗過程中的問題提出生產(chǎn)或能源使用的改進措施。
（2）面向節(jié)能安全監(jiān)管部門的云服務(wù)。依托平臺實現(xiàn)企業(yè)能耗信息的匯聚和分析,為節(jié)能安全監(jiān)管部門開展管理提供數(shù)據(jù)化和平臺化支撐。如:監(jiān)管部門可通過分析企業(yè)的能耗數(shù)據(jù),分析行業(yè)和企業(yè)能源結(jié)構(gòu),為能源管理決策和規(guī)劃提供支撐。
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)?、蒸汽及壓縮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(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APP查看各處的運行情況。
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)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理。實時監(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?qū)崟r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(diào)整負(fù)載等技改措施提供數(shù)據(jù)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(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、氣的消耗情況進行實時展示；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(shù)、門禁水浸狀態(tài)及能耗數(shù)據(jù)。
實時統(tǒng)計：實時統(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：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關(guān)處理操作，可以對報警參數(shù)進行在線設(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，實時掌控企業(yè)內(nèi)實際情況。
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行科學(xué)合理的規(guī)劃。通過各種運行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據(jù)運行模式調(diào)整負(fù)載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。
7.7儀表實時監(jiān)控
展示各個水電氣儀表的實時參數(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。
7.10費用分析
統(tǒng)計各個監(jiān)測節(jié)點（工廠、車間）的當(dāng)年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，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。
7.11產(chǎn)品單耗統(tǒng)計
與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。同時將產(chǎn)品單耗與行業(yè)/國家/國際指標(biāo)對標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。
7.12績效分析
對各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、車間，產(chǎn)線、工段、設(shè)備等進行日、周、月、年、規(guī)定時段績效統(tǒng)計按照能源計劃或定額制定的績效指標(biāo)進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力，評定能源消耗是否合理。
7.13運行監(jiān)測
系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測設(shè)備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視?？芍苯訌膭討B(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關(guān)能源用量。
7.14自定義能耗報表
用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產(chǎn)各種報表，查看企業(yè)各個節(jié)點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環(huán)比報表，支持導(dǎo)出報表。
7.15同比、環(huán)比
提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環(huán)比分析，分類、分時段、分項（地點、機構(gòu)、設(shè)備）統(tǒng)計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。
同比
環(huán)比
7.16分析報告
以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運行情況、運維情況等進行仔細(xì)的統(tǒng)計分析，讓用戶更加了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。
7.17能耗設(shè)備用能
監(jiān)控耗能設(shè)備運行、停機及異常狀態(tài)，及時解決設(shè)備故障停運導(dǎo)致無法正常生產(chǎn)。
7.18線損分析
根據(jù)節(jié)點、能源分類，查詢各個節(jié)點線路上的能源損耗數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預(yù)。
7.19碳排放管理
按照區(qū)域?qū)μ寂欧趴偭康淖兓厔葸M行統(tǒng)計，并進行同環(huán)比分析。對單位產(chǎn)值碳排放量進行計算，并結(jié)合減排指標(biāo)實現(xiàn)超標(biāo)預(yù)警，提升區(qū)域減排水平，促進碳達(dá)峰目標(biāo)實現(xiàn)。
7.20電能質(zhì)量監(jiān)測
實時監(jiān)測諧波含量、三相不平衡度、功率因數(shù)等，確保功率因數(shù)不低于供電局考核指標(biāo)，避免被罰款和設(shè)備出現(xiàn)故障。
7.21運維管理
系統(tǒng)支持設(shè)備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設(shè)備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執(zhí)行巡檢、完成工單、巡檢發(fā)現(xiàn)問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設(shè)備維修保養(yǎng)需要。
7.22報警管理
針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現(xiàn)電參量異常報警、電氣火災(zāi)隱患報警、能耗超標(biāo)報警、限電報警等，幫助企業(yè)提前預(yù)警，避免發(fā)生火災(zāi)事故和被罰款導(dǎo)致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發(fā)與閉環(huán)處理。
7.23能耗抄表
可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。
7.24能耗分析自定義時間抄表
可自定義時間段內(nèi)各個拓?fù)涔?jié)點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。
7.25容需量報表
提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業(yè)實現(xiàn)容改需，降低基本電費。
7.26復(fù)費率報表
對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統(tǒng)計分析，為企業(yè)分時用電，優(yōu)化成本效益提供數(shù)據(jù)支持。
7.27文檔管理
對國標(biāo)、能源管理制度、能源指標(biāo)體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關(guān)文檔。對儀表臺賬進行系統(tǒng)管理，支持文件的上傳和下載。
7.28 3D可視化大屏
對場景進行虛擬仿真，展示各區(qū)域運行及能源消耗情況，可實現(xiàn)分層預(yù)覽、轉(zhuǎn)場展示、風(fēng)格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監(jiān)測點位的自定義綁定。
7.29 3D子系統(tǒng)
對各動力子系統(tǒng)進行虛擬仿真，展示子系統(tǒng)的動力管線、設(shè)備的實時狀態(tài)及能源消耗情況，可實現(xiàn)動態(tài)的能源流向效果。
7.30工業(yè)組態(tài)
可通過圖形化的編輯方式自定義組態(tài)圖，展示設(shè)備運行狀態(tài)及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監(jiān)測數(shù)據(jù)。
7.31自定義駕駛艙
可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數(shù)據(jù)及各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源包括API、數(shù)據(jù)庫查詢、MQTT、Excel等方式。
7.32基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
對系統(tǒng)的項目、探測器、設(shè)備型號、電參量、節(jié)點、能源、公示、及相關(guān)參數(shù)進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權(quán)管理、合同管理。
7.33手機APP
APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設(shè)備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、產(chǎn)線比對、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標(biāo)、事件記錄、運行監(jiān)視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。
8、系統(tǒng)硬件配置
應(yīng)用場景 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 |
企業(yè)能源管控平臺 | Acrel-7000 |
| 安科瑞企業(yè)能源管控平臺采用自動化、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)?、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況。 |
智能網(wǎng)關(guān) | Anet-2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協(xié)議上傳，支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；輸入電源：AC/DC 220V，導(dǎo)軌式安裝。 |
ANet-2E4SM |
| 4路RS485 串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC 12 V ～36 V 。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 | |
ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
35kV/10kV/6kV進線 | AM5SE-F |
| 三段式過流保護、反時限過流保護、兩段式零序101過流/反時限過流保護、兩段式零序102過流/反時限過流保護、重合閘、后加速過流保護、過負(fù)荷保護、PT斷線告警、控制回路故障告警、頻率保護、FC閉鎖、失壓跳閘、逆功率保護、過電壓保護、零序過壓保護；斷路器遙控分/合閘操作；故障錄波；獨立的操作回路；檢同期；U、I、P、Q、Ep、Eq等電參量測量。 |
35kV/10kV/6kV饋線 | |||
配電變壓器 | AM5SE-T | 三段式過流保護、反時限過流保護、兩段式零序101過流保護、兩段式零序102過流保護、101反時限過流保護、102反時限過流保護、過負(fù)荷保護、PT斷線告警、控制回路故障告警、非電量保護、FC 閉鎖；斷路器遙控分/合閘操作；故障錄波；獨立的操作回路；U、I、P、Q、Ep、Eq等電參量測量。 | |
電動機（2000KW以下） | AM5SE-M | 過流一段保護（啟動中、已運行）、過流二段 保護、反時限過流保護、兩段式負(fù)序過流/負(fù)序 反時限過流保護、兩段式零序過流保護、熱過載保護、過負(fù)荷保護、堵轉(zhuǎn)保護、啟動時間過長保護、低電壓保護、非電量保護、PT斷線告警、控制回路故障告警、零序過壓告警、FC閉 鎖、電壓不平衡保護、相序保護、電壓斷相保 護、過電壓保護；斷路器遙控分/合閘操作；故 障錄波；獨立的操作回路；U、I、P、Q、Ep、 Eq等電參量測量。 | |
35kV/10kV/6kV母聯(lián) | AM5SE-B | 兩段式過流保護、反時限過流保護、后加速過流保護、進線備投/母聯(lián)備投/聯(lián)切備投/自適應(yīng)備投、PT斷線告警、控制回路故障告警、母線充電保護；斷路器遙控分/合閘操作；故障錄波；獨立的操作回路檢同期。 | |
35KV/10kV/6kV電容器 | AM5SE-C | 兩段式定時限過流保護、反時限過流保護、兩段式零序過流保護、欠電壓保護、過電壓保護、零序過電壓保護、不平衡電壓保護、不平衡電流保護、非電量保護、PT斷線告警、控制回路故障告警；斷路器遙控分/合閘操作；故障錄波；獨立的操作回路；U、I、P、Q、Ep、Eq等電參量測量。 | |
主變 | AM5SE-D2 | 兩圈變差動速斷保護、比率制動差動保護 | |
主變 | AM5SE-TB | 三段式過流保護（帶復(fù)合電壓、帶方向閉鎖）、反時限過流保護、零序過流保護、間隙零序電流保護、零序電壓保護、過負(fù)荷保護、啟動通風(fēng)、閉鎖有載調(diào)壓、斷路器遙控分合 閘、故障錄波、全電量測量、獨立操作回路、遙控升檔/降檔/急停、變壓器檔位測量；U、1、P、Q、Ep、Eq等電參量測量。 | |
PT并列監(jiān)測 | AM5SE-UB |
| PT并列、低電壓告警、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警 |
大功率異步電機 | AM5SE-MD | 電機差動速斷保護、比率差動保護、啟動中過流一段保護、已運行定時限過流保護、過負(fù)荷保護、零序過流保護、過熱保護、堵轉(zhuǎn)保護、低電壓保護、斷路器遙控分合閘、獨立操作回路、故障錄波、全電量測量；U、I、P、Q、Ep、Eq等電參量測量。 | |
主變保護 | AM5SE-D3 | 三圈變差動速斷保護、比率制動差動保護 | |
主變公共測控、進線公共測控 | AM5SE-K | 20路遙信、10路開出、遙測 | |
35kV/10kV/6kV 弧光保護 | ARB5-M |
| 測量所有的常用電力參數(shù)，如三相電流、電壓，有功、無功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能，非常適合于實時電力監(jiān)控系統(tǒng)。 |
ARB5-E |
| DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進行時鐘、費率時段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對電能表的各項技術(shù)要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 | |
ARB5-S |
| 三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 | |
35kV/10kV/6kV進線柜電能質(zhì)量在線監(jiān)測 | APView500 |
| 相電壓電流+零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流 63 次諧波、50 組間諧波、35 組高次諧波、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降（故障源定位）、電壓中斷、沖擊電流、1024點波形采樣、定時錄波、電能質(zhì)量合格率統(tǒng)計，波形實時顯示及故障波形查看，內(nèi)存32G，16DO+22DI,2RS485+1RS232+1GPS,+3以太網(wǎng)接口+1WiFi+1USB接口支持U盤到處數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 |
35kV/10kV/6kV間隔智能操控、節(jié)點測溫 | ASD500 |
| 液晶屏顯示一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫濕度控制及顯示、遠(yuǎn)方/就地、分合閘、儲能旋鈕、預(yù)分預(yù)合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4~20mA輸出 |
35kV/10kV/6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動電流大于5安培，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；傳輸距離空曠150米 |
35kV/10kV/6kV間隔 電參量測量 | APM810 |
| 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月峰值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示 |
低壓進線 | APM810 | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；本月和上月峰值；電流、電壓不平衡度；負(fù)載電流柱狀圖顯示；66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示 | |
AEM96 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 | |
0.4kV無功補償 | ARC |
| 測量I、U、Hz、cosΦ，具備過電壓保護、欠流鎖定、電網(wǎng)諧波過大保護功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協(xié)議 |
APM810 |
| 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月峰值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示 | |
ANSVC |
| ANSVC低壓無功功率補償裝置并聯(lián)在整個供電系統(tǒng)中，能根據(jù)電網(wǎng)中負(fù)載功率因數(shù)的變化控制電力電容器投切進行補償，具有多種補償形式，可根據(jù)電網(wǎng)的實際情況，合理選用補償形式。 | |
0.4kV有源濾波 | AnSin-□-M Ⅰ型 |
| 采用DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，并聯(lián)在系統(tǒng)中，兼補諧波和無功；可對2～51次諧波進行全補償或規(guī)定特定次諧波進行補償；具備完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；基于谷歌Fliutter框架構(gòu)建的遙信、遙控軟件平臺，具備遠(yuǎn)程服務(wù)與數(shù)據(jù)處理功能；支持IOS、安卓、PC多平臺交互；具備超前和滯后的功率因數(shù)校正功能，可將三相不平衡負(fù)荷調(diào)整至平衡；具備動態(tài)過溫降載功能，較大限度的保證濾波器的持續(xù)運行；具備智能風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制功能，根據(jù)負(fù)荷率和環(huán)境溫度智能控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，降低損耗；具備動態(tài)擴容功能。 |
0.4kV出線 | AEM72 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 |
ARD3M |
| ARD3智能電動機保護器適用于額定電壓至AC690V、額定電流至AC800A、額定頻率為50/60Hz的電動機，可與接觸器、電動機起動器等電器元件構(gòu)成電動機控制保護單元，有遠(yuǎn)程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。 | |
ANHPD300 |
| 對用電設(shè)備產(chǎn)生的隨機高次諧波、脈沖尖峰、電涌等具有吸收作用，能濾除電壓尖峰雜波、矯正畸變的電壓波形，對諧波噪聲進行消化和吸收，防止保護裝置誤跳閘，保證用電設(shè)備正常運行。 | |
DTSD1352 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統(tǒng)計，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 | |
變壓器繞組溫度檢測 | ARTM-8 |
| 8路溫度巡檢，熱電阻信號輸入，RS485接口，2路繼電器輸出，預(yù)埋PT100 |
變壓器接頭測溫 低壓進出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E |
| 可以嵌入式安裝低壓柜面板上，每臺裝置可以接收60個無線傳感器的數(shù)據(jù)。裝置帶有一路485接口，可將采集到的溫度數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控。2路告警出口，全電參量測量 |
ATE400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動電流大于5（A），測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；傳輸距離空曠150米 | |
配套附件 | AKH-0.66 |
| 測量型互感器，采集交流電流信號 |
AKH-0.66L |
| 剩余電流互感器，采集剩余電流信號。 | |
柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 | AHE |
| 無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±百分之3RH，發(fā)射頻率：5min，傳輸距離:200m，電池壽命：≥3年（可更換） |
ATC600 |
| 兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路報警出口。 | |
智能遠(yuǎn)傳水表 | 物聯(lián)網(wǎng)水表 LXSY-O-M/NB |
| 電子直讀式，高清晰液晶顯示，具備誤差自動修正功能；各參數(shù)可設(shè)；斷電后數(shù)據(jù)可保存10年以上；可根據(jù)需要擴展遠(yuǎn)程控制閥門開關(guān)功能；可在120℃下長期工作，水解穩(wěn)定；抗酸堿腐蝕性強不易被腐蝕，阻燃性能好；水資源免遭二次污染 |
智能遠(yuǎn)傳 燃?xì)獗?/span> | 燃?xì)獗?/span> |
| 直接讀取燃?xì)獗淼拇翱谥?，無累計誤差；電子部分平時可不工作，可在讀表瞬間工作；直讀燃?xì)獗頍o需初始化；表計地址可以靈活設(shè)定 |
冷熱量表 | 冷熱量表 |
| 流量計量無機械齒輪，無磁傳感器，耐磨、耐腐蝕、防攻擊；電壓低或受到攻擊破壞時自動報警；溫度傳感器斷路、短路時自動報警；流量和溫度分段，準(zhǔn)確度高；溫度的冷熱端采用數(shù)字方法修正和校準(zhǔn)，誤差接近于0；根據(jù)流速智能降耗；數(shù)據(jù)多重備份自動糾錯技術(shù)；低功耗 |
9結(jié)語
基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗在線監(jiān)測平臺總體方案基于國家政策導(dǎo)向、行業(yè)節(jié)能需要、企業(yè)管理實際研究提出。在總體方案的基礎(chǔ)上，重點研究設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的能耗監(jiān)測終端、能耗在線監(jiān)測平臺等支撐性的軟硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)實時動態(tài)采集、監(jiān)測以及分析、預(yù)警等功能。平臺方案和技術(shù)產(chǎn)品在典型化工企業(yè)能耗管理中得到了實踐應(yīng)用，滿足了企業(yè)提高運行管理水平、政府強化能源管理等各方需求,具有較好的推廣應(yīng)用前景。
參考文獻
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