摘要：環(huán)境問題已成為制約經(jīng)濟發(fā)展的主要因素，為此我國提出了節(jié)能減排的目標。但目前我國節(jié)能減排形勢依然嚴峻。截至2015年，全國能源消費總量達到了約40億噸標準煤。嚴峻的能源短缺與資源矛盾浪費日益激烈，對于企業(yè)，尤其是高能耗的工礦企業(yè)，必須以科技手段實現(xiàn)能源的實時監(jiān)測與合理配置。

關(guān)鍵詞：企業(yè)；能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)

一、引言

隨著改革開放進入深水區(qū)，我國的經(jīng)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(jīng)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(shù)，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(shè)計

2.1企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)設(shè)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(shè)備以及能源介質(zhì)進行實時控制和監(jiān)控，進而了解和掌握各種能耗設(shè)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(jù)，最終達到能源系統(tǒng)高效、安全地運行的目標 。

設(shè)計能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要內(nèi)容包含以下幾點：(1)采集能源相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，對其進行實時監(jiān)控；(2) 完善網(wǎng)絡(luò)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能源管理；(4)建立能源調(diào)度模型，從而給出優(yōu)化能源調(diào)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(gòu)

2.2.1采集能源數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)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(shù)據(jù)采集平臺進一步完善，進而建立更加實用的能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，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(guān)的各種信息，比如重點的耗電設(shè)備和耗能設(shè)備、生產(chǎn)關(guān)鍵信息、質(zhì)量安全環(huán)保信息、能源質(zhì)量信息等，并且相關(guān)信息還涉及一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。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(chǎn)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(diào)度和操作、考核等過程進行閉環(huán)管理，從事前、事中和事后進行考核。

.       事前管理。能源管理系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)集成之后可以獲取相關(guān)的生產(chǎn)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(zhì)的消耗以及生產(chǎn)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(diào)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(guān)的能源優(yōu)化調(diào)度建議。

.       事中監(jiān)督。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)包含調(diào)度運行管理和質(zhì)量環(huán)保管理對系統(tǒng)現(xiàn)場的運行狀況進行的實時跟蹤，還可以對能源設(shè)備進行在線監(jiān)督，利用強大的數(shù)據(jù)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(diào)度和調(diào)整進行準確的指導，進而實現(xiàn)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(jié)算功能、考核功能、報表功能、統(tǒng)計分析功能等得到實現(xiàn)。只有這些功能都得到實現(xiàn)才能獲取能源的計劃以及定額的執(zhí)行情況、能源設(shè)備運行情況、環(huán)境與安全情況等。對一些超額現(xiàn)象要進行處罰，節(jié)能現(xiàn)象要給予獎勵。在系統(tǒng)的運行過程中要嚴格執(zhí)行相關(guān)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(diào)度能源模型

能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)通過能流數(shù)據(jù)進行采集、監(jiān)控 和分析，建立起能源的調(diào)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(jù)實際情況給出優(yōu)化調(diào)度方案，通過對能源進行合理的調(diào)度，使能源的利用效率得到提高，繼而實現(xiàn)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(xiàn)

3.1 監(jiān)測和管理能源功能的實現(xiàn)

監(jiān)測和管理功能的實現(xiàn)主要是依據(jù)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(guān)信息進行全面覆蓋，比如質(zhì)量安全環(huán)保信息、重點耗能和耗電設(shè)備信息等。能源管理平臺對搜集到的三級能源數(shù)據(jù)以及關(guān)鍵的耗能設(shè)備的運行數(shù)據(jù)、相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量環(huán)保數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行校正和診斷，對各個耗能設(shè)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(jié)合能源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)能源的預測與優(yōu)化調(diào)度等，進而實現(xiàn)能源管控的一體化。

3.2 數(shù)據(jù)采集與自動化功能的實現(xiàn)

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能的實現(xiàn)主要是結(jié)合企業(yè)當前的網(wǎng)絡(luò) 架構(gòu)，利用三層交換技術(shù)實現(xiàn)局域網(wǎng)的劃分。核心層一般采用 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)設(shè)計，圖1為數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)示意圖。

另外，為了滿足本系統(tǒng)的要求，需要采集的能源數(shù)據(jù)包含了一些重點的耗能耗電設(shè)備運行數(shù)據(jù)、質(zhì)量環(huán)保安全數(shù)據(jù)，以及與能源相關(guān)的一些生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。在系統(tǒng)的具體運行過程中需要結(jié)合企業(yè)的實際情況設(shè)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(diào)度能源功能的實現(xiàn)

本系統(tǒng)中能源的調(diào)度與平衡功能的實現(xiàn)需要在對能源數(shù) 據(jù)的采集和分析的基礎(chǔ)上進行，通過建立相關(guān)的優(yōu)化調(diào)度模 型，實現(xiàn)對能源生產(chǎn)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(chǔ)上對 未來一段時間內(nèi)的能源消耗成本進行簡要的預測，給出更優(yōu) 化的具體調(diào)度方案和意見，進而實現(xiàn)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(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等離散制造業(yè)。

五、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)恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)進行設(shè)計，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

六、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)。

6.1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。

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(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。

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(shù)據(jù)。

6.4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；

6.5視頻監(jiān)控

接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內(nèi)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(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(shù)變化，以曲線圖的方式展示。

6.8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(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。

6.10分析成本

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(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/國際指標對標，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。

6.12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、指定時段績效統(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(nèi)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(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。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(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。

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(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(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

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(shè)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(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。

6.17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)備故障停運導致無法正常生產(chǎn)。

6.18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。

6.19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)合減排指標實現(xiàn)超標預警，提升區(qū)域減排水平，促進碳達峰目標實現(xiàn)。

6.20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，避免被罰款和設(shè)備出現(xiàn)故障。

6.21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。

6.22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(nèi)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(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。

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(xiàn)分層預覽、轉(zhuǎn)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(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。

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(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)。

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(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。

6.32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。

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(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、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(chǎn)權(quán)證書

七、系統(tǒng)硬件配置

八、結(jié)論

在國外，很多公司已經(jīng)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(xiàn)有的能源管理軟件與AMI-MOSES平臺進行整合；(2)為收集能耗數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)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(shù)對現(xiàn)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(xiàn)了信息化的管理。目前，我國國內(nèi)不少研究機構(gòu)已致力于這方面的工作，也提出了相關(guān)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(shè)備、質(zhì)量環(huán)境數(shù)據(jù)等進行分析整理，進而充分發(fā)揮系統(tǒng)的能源調(diào)度與平衡功能，為未來一段時間內(nèi)的能源消耗成本進行分析，并給出可行的能源調(diào)度方案。

參考文獻

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