一、引言

隨著改革開放進入深水區(qū)，我國的經濟總量已躍居世界前面，但是目前的發(fā)展依然是建立在傳統(tǒng)的高能耗、低效率的模式上，而目前環(huán)境問題愈發(fā)嚴峻，對經濟發(fā)展的制約也越來 越嚴重，因此，我們必須采取先進的科學技術，加強對能源的控制，建立完善的企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)。

二、企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的設計

2.1企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)設計的目標

企業(yè)建立能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)主要是為了對一些重要的耗能設備以及能源介質進行實時控制和監(jiān)控，進而了解和掌握各種能耗設備的運行情況和耗能情況，為做出科學合理的決策提供依據，最終達到能源系統(tǒng)高效、安全地運行的目標 。

設計能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要內容包含以下幾點：(1)采集能源相關的數據和信息，對其進行實時監(jiān)控；(2) 完善網絡系統(tǒng)及自動化系統(tǒng)；(3)最大限度地挖掘企業(yè)的節(jié)能潛力，從能源的計劃、統(tǒng)計到最終的考核形成全*位的能源管理；(4)建立能源調度模型，從而給出優(yōu)化能源調度的可行性意見和建議。

2.2企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要架構

2.2.1采集能源數據網絡

能源數據采集網絡可以在現有的基礎上，按照可行性、冗余性和可靠性將工礦企業(yè)的三級能源數據采集平臺進一步完善，進而建立更加實用的能源數據采集網絡，以此來適應未來 能流高度集成的需要。

2.2.2能源監(jiān)測控制中心

能源監(jiān)測控制中心主要包含了和節(jié)能減排緊密相關的各種信息，比如重點的耗電設備和耗能設備、生產關鍵信息、質量安全環(huán)保信息、能源質量信息等，并且相關信息還涉及一些關鍵數據。能源監(jiān)測中心具備不同的功能，比如狀態(tài)監(jiān)視功能、查詢歷史趨勢、監(jiān)控實時報表、集成實時監(jiān)控等功能，再與生產管理系統(tǒng)進行集成，最后達到管控一體化的目的。

2.2.3能源管理平臺

能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)對整個計劃、調度和操作、考核等過程進行閉環(huán)管理，從事前、事中和事后進行全*位的考核口。

事前管理。能源管理系統(tǒng)與生產管理系統(tǒng)實現集成之后可以獲取相關的生產信息，然后再針對各個能源建立耗能模型，并給出各工序能源介質的消耗以及生產計劃，在事前做好靜態(tài)管理。另外，能源管理系統(tǒng)與能源調度系統(tǒng)進行集成，可以對能耗信息進行一定的預測，然后再獲取相關的能源優(yōu)化調度建議。

事中監(jiān)督。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)包含調度運行管理和質量環(huán)保管理對系統(tǒng)現場的運行狀況進行的實時跟蹤，還可以對能源設備進行在線監(jiān)督，利用強大的數據分析和挖掘工具分析影響系統(tǒng)運行的不同因素，并對能源的調度和調整進行準確的指導，進而實現節(jié)能的目的。

事后考核。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)需要對能源進行控制和管理，因此，需要使本系統(tǒng)的計量結算功能、考核功能、報表功能、統(tǒng)計分析功能等得到實現。只有這些功能都得到實現才能獲取能源的計劃以及定額的執(zhí)行情況、能源設備運行情況、環(huán)境與安全情況等。對一些超額現象要進行處罰，節(jié)能現象要給予獎勵。在系統(tǒng)的運行過程中要嚴格執(zhí)行相關的考核制度，改善當前的高能耗、低效益發(fā)展模式。

2.2.4預測、調度能源模型

能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)通過能流數據進行采集、監(jiān)控 和分析，建立起能源的調度與預測模型。此模型可以對能耗情況進行準確的預測，還可以進行動態(tài)模擬計算，進而根據實際情況給出優(yōu)化調度方案，通過對能源進行合理的調度，使能源的利用效率得到提高，繼而實現節(jié)能減排的目的。

企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的實現

3.1 監(jiān)測和管理能源功能的實現

監(jiān)測和管理功能的實現主要是依據系統(tǒng)使用的ESP-ISYS系統(tǒng)和綜合集成平臺，進而建立對能源進行綜合監(jiān)控的系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以對相關信息進行全面覆蓋，比如質量安全環(huán)保信息、重點耗能和耗電設備信息等。能源管理平臺對搜集到的三級能源數據以及關鍵的耗能設備的運行數據、相關生產數據、質量環(huán)保數據等進行進一步的集成和管理。

能源管理系統(tǒng)還可以對收集到的能源數據進行校正和診斷，對各個耗能設備進行實時監(jiān)視、故障診斷與應急聯(lián)動等功能，在實際的運行過程中可以結合能源優(yōu)化調度系統(tǒng)實現能源的預測與優(yōu)化調度等，進而實現能源管控的一體化。

3.2 數據采集與自動化功能的實現

本系統(tǒng)數據采集功能的實現主要是結合企業(yè)當前的網絡 架構，利用三層交換技術實現局域網的劃分。核心層一般采用 工業(yè)以太環(huán)網設計，圖1為數據采集的網絡示意圖。

另外，為了滿足本系統(tǒng)的要求，需要采集的能源數據包含了一些重點的耗能耗電設備運行數據、質量環(huán)保安全數據，以及與能源相關的一些生產數據等。在系統(tǒng)的具體運行過程中需要結合企業(yè)的實際情況設置相應的計量儀表，并且還需要改造沒有通訊接口的計量儀表，這樣不但可以提高能源儀表的配備 率，而且也為能源系統(tǒng)的監(jiān)控與管理提供了堅實的保證。

3.3 平衡和調度能源功能的實現

本系統(tǒng)中能源的調度與平衡功能的實現需要在對能源數 據的采集和分析的基礎上進行，通過建立相關的優(yōu)化調度模 型，實現對能源生產與消耗的預測。另外，可以借助在線系統(tǒng) 對能源進行動態(tài)模擬計算，還可以在預測和模擬的基礎上對 未來一段時間內的能源消耗成本進行簡要的預測，給出更優(yōu) 化的具體調度方案和意見，進而實現節(jié)能減排的目標。

四、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)。

五、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：

六、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。

6.1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。

6.2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。

6.3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。

6.4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；

6.5視頻監(jiān)控

接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內實際情況。

6.6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。

6.7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。

6.8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。

6.9用能統(tǒng)計

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

6.10、成本分析

統(tǒng)計各個監(jiān)測節(jié)點（工廠、車間）的當年、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。

6.11產品單耗統(tǒng)計

與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產品產量以及系統(tǒng)采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。同時將產品單耗與行業(yè)/國家/國際指標對標，以便企業(yè)能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

6.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區(qū)域、車間，產線、工段、設備等進行日、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進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節(jié)能潛力，評定能源消耗是否合理。

6.13運行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監(jiān)測設備及工藝運行狀態(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。可直接從動態(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

6.14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，支持導出報表。

6.15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、設備）統(tǒng)計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環(huán)比

6.16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、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統(tǒng)計分析，讓用戶更加了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發(fā)現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

6.17能耗設備用能

監(jiān)控耗能設備運行、停機及異常狀態(tài)，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

6.18線損分析

根據節(jié)點、能源分類，查詢各個節(jié)點線路上的能源損耗數據，及時發(fā)現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。

6.19碳排放管理

按照區(qū)域對碳排放總量的變化趨勢進行統(tǒng)計，并進行同環(huán)比分析。對單位產值碳排放量進行計算，并結合減排指標實現超標預警，提升區(qū)域減排水平，促進碳達峰目標實現。

6.20電能質量監(jiān)測

實時監(jiān)測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

6.21運維管理

系統(tǒng)支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，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)現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養(yǎng)需要。

6.22報警管理

針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業(yè)提前預警，避免發(fā)生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發(fā)與閉環(huán)處理。

6.23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。

6.24能耗分析自定義時間抄表

可自定義時間段內各個拓撲節(jié)點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

6.25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)實現容改需，降低基本電費。

6.26復費率報表

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)化成本效益提供數據支持。

6.27文檔管理

對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統(tǒng)管理，支持文件的上傳和下載。

6.28 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，可實現分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監(jiān)測點位的自定義綁定。

6.29 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、設備的實時狀態(tài)及能源消耗情況，可實現動態(tài)的能源流向效果。

6.30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)測數據。

6.31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據及各類統(tǒng)計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

6.32基礎數據管理

對系統(tǒng)的項目、探測器、設備型號、電參量、節(jié)點、能源、公示、及相關參數進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

6.33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、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、產線比對、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、事件記錄、運行監(jiān)視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

6.34知識產權證書

七、系統(tǒng)硬件配置

八、結論

在國外，很多公司已經開始應用能耗監(jiān)測和能源管理系統(tǒng)，歐洲專門有一項研究工程致力于為中小企業(yè)中的制造型企業(yè)開發(fā)具體提高能效的方法。目前，能源管理過程中應用的新方法主要有：(1)將現有的能源管理軟件與AMI-MOSES平臺進行整合；(2)為收集能耗數據、數據分析和運行平臺提供新的硬件。

對我國而言，能耗管理起步較晚，因此，目前能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)尚不完善，但有很大的發(fā)展空間。無論政府還是企業(yè)管理者都要認識到計算機技術對現代化管理起到的重要作用，它不但可以使企業(yè)的運行成本不斷降低，而且使企業(yè)實現了信息化的管理。目前，我國國內不少研究機構已致力于這方面的工作，也提出了相關的建議，旨在改變我國工礦企業(yè)當前高能耗、低收益的發(fā)展模式。企業(yè)建立起能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)，可以對企業(yè)中的一些重點耗能設備、質量環(huán)境數據等進行分析整理，進而充分發(fā)揮系統(tǒng)的能源調度與平衡功能，為未來一段時間內的能源消耗成本進行分析，并給出可行的能源調度方案。

參考文獻

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