淺談企業能耗在線監測係統的構建與應用方案

hth下载地址 陳聰

摘要：闡述企業(ye) 能耗在線監測係統，實現對企業(ye) 能源消耗情況的監測、分析和評估，通過信息化和 可視化管理，整體(ti) 提升了企業(ye) 能源管理自動化水平。

關(guan) 鍵詞：在線監測係統，可視化管理，企業(ye) 能耗。

0 引言

本文從(cong) 實際應用角度出發，基於(yu) 自動化儀(yi) 表技術、大數據技術、雲(yun) 計算技術、工控組態技術、網絡通信技術等開發了企業(ye) 能耗在線監測係統，簡要介紹了有色金屬冶煉過程能耗在線監測係統的設計構思和實現手段，對生產(chan) 主要用能如煤、天然氣、電、水等主要能源消耗情況進行實時數據采集、傳(chuan) 輸與(yu) 處理、匯總統計等，實現了電氣自動化管理。

1 能耗監測係統的設計

監測係統的組成。係統由PLC主站、工業(ye) 控製係統、生產(chan) 信息係統、現場控製設備以及儀(yi) 器儀(yi) 表等組成，在線監測係統包括端設備、計量器具、采集設備、管理軟件等。係統通過采集設備，采集計量器具產(chan) 生的能耗數據，並通過有線或無線傳(chuan) 輸匯聚到端設備內(nei) 網機。其組成框圖如圖1所示。

1. 端設備。

端設備是企業(ye) 能耗在線監測係統的關(guan) 鍵部件，采用獨立雙主機“2+1”架構，主要包括內(nei) 網主機、外網主機、全隔離單元等，其主要功能包括對用能單位能耗數據進行采集、分析、匯總、存儲(chu) 以及協議轉換等，並將采集匯總的數據上傳(chuan) 到省級平台，可實現與(yu) 省級平台進行協議上傳(chuan) 和回傳(chuan) 。

圖1 係統的組成框圖

1. 計量器具。

計量器具主要指對煤炭、水、電、天然氣等能源消耗進行計量的儀(yi) 器儀(yi) 表。計量器具的購置需要嚴(yan) 格按照國家標準和行業(ye) 相關(guan) 標準的要求進行選擇，支持數據遠傳(chuan) 功能，並經過了專(zhuan) 業(ye) 機構的檢定，保證能耗數據的準確性。

1. 采集設備。

采集設備需要與(yu) 器具數據端口進行連接，其主要功能是用於(yu) 讀取計量器具的能耗計量數據，並通過以太網、串口等通信方式傳(chuan) 輸數據，具有高度的安全性和可靠性。

1. 管理軟件。

包括端設備對數據采集、匯聚、傳(chuan) 輸的程序、以及能源管理係統軟件。

能耗監測係統軟件係統。軟件係統功能包括：基礎信息管理、能耗數據監測、數據統計、數據報警分析、企業(ye) 用能分析、數據下載、係統管理。本單位將能耗監測係統部署在外網，可通過移動端、PC端實時查看能耗數據，企業(ye) 可以根據自身需求將係統部署在內(nei) 網或外網，對所采集的能耗數據進行指標統計、匯總、報表分析。能耗監測係統功能包含8大功能模塊，具體(ti) 功能包括：用能看板、用能統計、能平衡分析、自主用能分析、用能報表、用能設備監測、單位產(chan) 品能耗、計量器具管理。

圖2為(wei) 能源管理係統各功能結構圖

用能看板：用能看板實現了用戶對能耗數據監測的可視化管理，通過用能看板可以迅速了解各車間、各區域的能耗指標，能夠更加直觀、係統地了解企業(ye) 用能情況。

用能統計：用能統計是通過對煤炭、水、電以及天然氣等各項能源消耗情況以及指標的計算，再通過圖表的方式直觀展現出各項能源每月能耗同比情況；還可通過圖形及表格等方式直觀展示各車間、各區域的能耗占比情況。

能平衡分析：網絡係統通過自動計算，以桑吉圖的方式展現用能流向。有利於(yu) 用戶清晰掌握供能網絡中能源的損耗情況，並結合自助用能分析可進一步判斷供電是否存在異常損耗，以及水、氣等有無泄漏現象。

自主用能分析：可依據不同時間維度選擇不同的計量器具進行公式計算，展示出所選擇時間範圍內(nei) 對應的用能情況。同時可通過代入常數對電費、水費等進行成本核算。

用能報表：用能報表可按照全廠、車間、工序、重要設備生成能耗統計報表，按照指標類型分為(wei) 能耗量統計、能耗成本統計、能耗效率統計；並可以按照日報、周報和月報的形式進行統計。

用能設備監測: 可以在線監測重要用能設備(變壓器母排溫度、變壓器損耗、負荷率以及三相平衡度等的用能情況 和用能指標，可用於(yu) 及時發現並掌握設備運行情況。

單位產(chan) 品能耗: 按工序流程、工序環節分類，可以計算各產(chan) 品的單位產(chan) 品能耗，通過單產(chan) 指標對標，可以發現企業(ye) 在生產(chan) 工藝上存在的能效問題。

計量器具管理: 可以實現對計量器具的檔案信息、原始數據以及網絡拓撲結構的快速查詢，有助於(yu) 企業(ye) 建立能源計量體(ti) 係。

2 係統功能實現

能耗數據采集。通過RS-485接口進行本地數據采集，並對采集數據進行協議轉換；對於(yu) 4G采集數據，可以借助數據訂閱的方式，通過網絡獲取采集數據。其中，采集網絡主要用於(yu) 采集計量器具(電力計量點、煤計量點和天然氣計量點等)所計量的能耗數據。數據從(cong) 計量器具儀(yi) 表經過PLC，通過現場總線或無線通信連接到采集工作站；采集工作站采用以太網連接傳(chuan) 輸數據至端設備內(nei) 網機，再經由轉換模塊進入工業(ye) 以太網，傳(chuan) 輸到服務器，實現對金屬冶煉過程中電、天然氣、煤、水等各能耗監測數據的傳(chuan) 輸。

能耗數據監控。通過人機交互界麵，可將現場實時采集的電力、天然氣、煤、水等能源數據信息轉變成柱狀圖、餅圖或曲線圖，通過圖形界麵可直觀反映出現場用能情況，更加一目了然，企業(ye) 可在交互界麵監測設備運行狀態和能源消耗情況。同時，企業(ye) 還可以查看任意時間的日上報、月上報、年上報以及實時監測的設備運行現場數據，並可方便用戶進行數據的自行導出，實現了能源消耗數據的在線統計、報表自動生成等功能，提升了能源管理信息化、智能化水平。

能耗數據處理。係統結合企業(ye) 實際需求，對采集的各種能源(水、電、氣、煤等)進行生產(chan) 全過程的統計、分析，並設置報警功能，建立能源平衡，同時形成各類統計報表。報警分析是能耗監測係統的重要功能，通過對能耗指標的上下限值進行設置，可以實時監控企業(ye) 用能情況，自動判別用能 異常指標並做出預警，提醒企業(ye) 及時發現設備運行中存在的故障、以及實際生產(chan) 中存在的能源浪費現象等。

數據的下載。根據實際情況，企業(ye) 可按車間、工段、班組以及用能種類進行能耗數據的統計、分類、匯總，並能將能耗數據下載至本地。係統會(hui) 自動判斷數據質量，對需要重新下載的數據進行補錄，也可支持手動補錄和重錄。

3 係統應用特點及實施效果

該係統實現了在線統計與(yu) 監測的結合，可廣泛應用於(yu) 企業(ye) 生產(chan) 和節能管理領域，信息係統在設計上，通過將統計和監測二者有機結合，形成了統計和監測業(ye) 務高度統一，有效避免了統計和監測的數據誤差給企業(ye) 能源管理工作帶來的壓力。監測數據可自動傳(chuan) 輸，以日數據為(wei) 基礎計算監測結果，統計可以以日、月度、年度等為(wei) 管理周期，具有重要的實際應用價(jia) 值，在節能管理方麵幫助企業(ye) 落實能源管理指標，貫徹能源專(zhuan) 業(ye) 化、精細化、扁平化管理思路，建立持續改進能效的能源管理模式和機製，提高節能管理水平，為(wei) 優(you) 化用能管理、製定能源目標等提供決(jue) 策數據。

用能統計通過對各類能耗情況及指標的計算，以直方圖的方式直觀展現出各能源品種每月能耗同比情況；同時，也通過餅圖的方式直觀展示各車間、各區域的能耗占比情況。

4 hth下载地址工業(ye) 能源管理係統介紹

hth下载地址企業(ye) 能源管控係統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(ye) 的生產(chan) 、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(ye) 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(ye) 針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產(chan) 品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產(chan) 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(wei) 企業(ye) 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。

5 應用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、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(ye) 、木材、工業(ye) 園區、醫院、學校、酒店、寫(xie) 字樓以及汽車製造、機電設備、電器產(chan) 品、工器具製造等離散製造業(ye) 。

6 係統結構

現場通過廠區局域網和平台通訊，平台搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之後，客戶可以在任意能與(yu) 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。

係統可分為(wei) 三層：即現場設備層、網絡通訊層和平台管理層。

現場設備層：主要是連接於(yu) 網絡中用於(yu) 水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀(yi) 表等，也是構建該配電、耗水、耗氣係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(wei) 本公司各係列帶通訊網絡電力儀(yi) 表、溫濕度控製器、開關(guan) 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(guan) 、網絡交換機等設備。智能網關(guan) 主動采集現場設備層設備的數據，並可進行規約轉換，數據存儲(chu) ，並通過網絡把數據上傳(chuan) 至搭建好的數據庫服務器，智能網關(guan) 可在網絡故障時將數據存儲(chu) 在本地，待網絡恢複時從(cong) 中斷的位置繼續上傳(chuan) 數據，保證服務器端數據不丟(diu) 失。

平台管理層：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。

平台采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

7 係統功能

平台采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(ye) 的生產(chan) 、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。實時監測企業(ye) 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(ye) 加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為(wei) 節能改造提供數據依據。

7.1平台登錄

在瀏覽器打開雲(yun) 平台鏈接、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(guan) 信息。

7.2大屏展示

用戶登錄成功之後進入大屏展示頁麵，展示企業(ye) 及各區域的能耗折標、產(chan) 值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、產(chan) 值等相關(guan) 信息。

7.3首頁

首頁展示峰穀平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業(ye) 級統計數據。

7.4數據監控

對企業(ye) 各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業(ye) 用戶能夠實時的監測各個(ge) 點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，並為(wei) 企業(ye) 削峰填穀、調整負載等技改措施提供數據支撐。

• 能源實時監控：對於(yu) 水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，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、係統彈窗報警提示等；

  • 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(yi) 表的實時參數、門禁水浸狀態及能耗數據。

  • 實時統計：實時統計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

  • 數據展示：通過實時曲線和曆史曲線展示不同區域、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(guan) 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、係統彈窗等報警提示；

7.5視頻監控

接入攝像頭，實時掌控企業(ye) 內(nei) 實際情況。

7.6變壓器監控

展示各電壓器的負載情況，從(cong) 而可以為(wei) 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，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從(cong) 而降低用電單耗，使電能損失降低。

7.7儀表實時監控

展示各個(ge) 水電氣儀(yi) 表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

7.8能源中控

將所有有關(guan) 能源的能源參數集中在一個(ge) 看板中，能從(cong) 多個(ge) 維度對比分析，實現各個(ge) 產(chan) 業(ye) 線的對比，幫助領導掌控整個(ge) 工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

7.9用能統計

從(cong) 能源使用種類、監測區域、車間、生產(chan) 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(ye) 用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產(chan) 品能耗、單位產(chan) 值能耗統計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從(cong) 而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

7.10產品單耗統計

與(yu) 企業(ye) MES係統對接，通過產(chan) 品產(chan) 量以及係統采集的能耗數據，在產(chan) 品單耗中生成產(chan) 品單耗趨勢圖，並進行同比和環比分析。同時將產(chan) 品單耗與(yu) 行業(ye) /國家/國際指標對標，以便企業(ye) 能夠根據產(chan) 品單耗情況來調整生產(chan) 工藝，從(cong) 而降低能耗。

7.11成本分析

統計各個(ge) 監測節點（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、穀電量、穀電費以及平均電量和平均電費。

7.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產(chan) 線、工段、設備等進行日、周、月、年、相應時段績效統計按照能源計劃或定額製定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(ye) 了解內(nei) 部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

7.13運行監測

係統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，並支持變配電係統一次運行監視。可直接從(cong) 動態監測平麵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(guan) 能源用量。

7.14自定義能耗報表

用戶可通過自定義(yi) 報表頭與(yu) 列，靈活生產(chan) 各種報表，查看企業(ye) 各個(ge) 節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，並同比、環比報表，支持導出報表。

7.15同比、環比

提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

7.16分析報告

以年、月、日對企業(ye) 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計分析，讓用戶更加了解係統的運行情況，並為(wei) 用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從(cong) 而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

7.17能耗設備用能

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

7.18線損分析

根據節點、能源分類，查詢各個(ge) 節點線路上的能源損耗數據，及時發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，提醒用戶及時進行幹預。

7.19碳排放管理

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

7.20電能質量監測

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

7.21運維管理

係統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製定巡檢計劃、派工，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養(yang) 需要。

7.22報警管理

針對於(yu) 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(ye) 提前預警，避免發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，可對報警進行派發與(yu) 閉環處理。

7.23能耗抄表

可自定義(yi) 時間段抄儀(yi) 表的抄表值以及差值，可自定義(yi) 抄表的分類分項。

7.24能耗分析自定義時間抄表

可自定義(yi) 時間段內(nei) 各個(ge) 拓撲節點的能耗值，可自定義(yi) 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(jia) 格的變化情況，幫助企業(ye) 實現容改需，降低基本電費。

7.26複費率報表

對尖、峰、平、穀用電量及成本費用進行統計分析，為(wei) 企業(ye) 分時用電，優(you) 化成本效益提供數據支持。

7.27文檔管理

對國標、能源管理製度、能源指標體(ti) 係等文件進行歸檔，可快速查詢相關(guan) 文檔。對儀(yi) 表台賬進行係統管理，支持文件的上傳(chuan) 和下載。

7.28 3D可視化大屏

對場景進行虛擬仿真，展示各區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(yu) 監測點位的自定義(yi) 綁定。

7.29 3D子係統

對各動力子係統進行虛擬仿真，展示子係統的動力管線、設備的實時狀態及能源消耗情況，可實現動態的能源流向效果。

7.30工業組態

可通過圖形化的編輯方式自定義(yi) 組態圖，展示設備運行狀態及能源消耗情況，可上傳(chuan) 自定義(yi) 素材及綁定監測數據。

7.31自定義駕駛艙

可通過圖形化的操作方式自定義(yi) 駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類統計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

7.32基礎數據管理

對係統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、能源、公示、及相關(guan) 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。

7.33手機APP

APP支持androids、ioses操作係統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(ye) 能源消耗、產(chan) 線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

7.34知識產權證書

8 係統硬件配置

9 結語

係統應用於(yu) 實際生產(chan) 管理中，取得良好的效果，有效提升企業(ye) 能源管理水平，實現能耗數據的采集、傳(chuan) 輸以及統計數據的直觀展示。

參考文獻

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