浅谈工业企业能耗管理系统的智慧化构建

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浅谈工业企业能耗管理系统的智慧化构建

发布时间： 2023-08-30 09:45 更新时间： 2024-05-21 08:50

安科瑞马香霞

江苏安科瑞电器制造有限公司江苏江阴 214405

摘要：能源是人类社会发展的重要推动力，能源缺乏，将导致人类无法正常开展生产生活活动。如果失去能源的支持，现代社会的运作将会直接瘫痪或崩溃。所以，为了解决目前日益严峻的能源问题，应采用高效率的节能监测技术来促进能源的合理利用，从而达到节能减排的目的。文章重点对智慧化工业企业能耗监测管理系统的构成以及该系统的软件特性进行研究，以期可以通过能耗监测管理系统的使用，让能源的消耗量得到进一步节约。

关键词：智慧化；工业企业；能耗监测管理系统；节能减排；数字化；智慧工厂

节能监测技术是节能减排、高效节能的重要支撑技术，当前能源资源日渐枯竭的紧张形势下，节能意识的增强以及各行业对节能技术的需求不断增加，使得节能技术的开发越来越受到人们的重视。工业企业能耗监测系统的构建是按照“统一规划、分期分批”的原则构建，并按照国家有关规范及技术设计进行研发的，工业企业能耗监控系统的出现，将让能源消耗量较大的工业企业发展得到进一步规范。

1、系统组成

1.1 系统总体结构

工业企业能耗监测系统的构建是按照“统一规划、分期分批”的原则构建的，并按照国家有关规范及技术导则设计，本文重点介绍了该项目的总体设计思路、数据采集系统、监控网络以及节能管理等内容，现以某工业企业能耗监控为例，说明该方案的可行性，并提出了今后需要进一步研究和改进之处，以保证工业企业能源检测系统可以与时俱进地得到升级与优化。把工业企业能源监测与管理系统打造成技术lingxian，功能完备，特色鲜明的工业企业能耗监控系统，非常重要且必要。

（1）工业企业能耗监测系统层。利用工业企业能耗监测系统采集大量数据，可实现对工业企业能耗、设备的实时采集、分类、统计，为工业企业能耗监测活动开展提供了详细的数据分析和科学的决策依据。通过构建一整套的企业能耗监控与管理系统，能够有效地解决企业的节能管理节能降耗工作落实中存在的问题，并降低工业生产对环境的污染。

（2）网络通讯层。通讯层主要由开关、路由器、串行服务器、光纤转换器组成，通讯传输层包括：调制解调器和光传输模块，通过这两个部分可实现信号在不同通信通道之间的转换，为各种器件提供良好的工作环境，并对各种器件进行控制与保护。通讯层为数据的交流提供了桥梁，同时也担负起了服务器和现场设备间的通信数据传输的功能。

1.2 系统体系架构

我国是一个高耗能的国家，长期以来，能源利用率较低，只有33%，与世界上其他发达国家的能耗水平相差 8%~10%。根据相关部门的测算，与世界先进水平相比，单位产品的能源消耗和能源终端的能源消耗均达到了3亿吨标准煤。因此，能源管理工作的落实与信息化进步紧密相关。在信息技术迅猛发展的今天，信息化已成为推动社会、经济发展的重要力量。我国着眼于国民经济的大发展，提出了要以信息化带动工业化的决策，所以工业企业要充分发挥资源与资金上的优势，tigao产业竞争力。能源管理中Zui重要也是应用Zui广的就是信息系统体系结构，它通过计算机网络及各种数据通信技术来实现对整个能源系统的有效控制。

（1）集成平台层。集成平台层是一个集应用和运行于一体的开放综合平台，为能源监控中心提供了一个较为开阔的信息共享与处理环境。它包括基础层、应用服务器层、中间件层和应用层。其中应用集成与应用层又包括三个层次：用户接口层、业务逻辑层和资源管理层。此外，该系统使用统一的工业技术标准，为操作系统、网络、数据库等各种设备的信息存取和交互方式提供接口，使各种应用系统可相互接通并实现有效融合。集成平台层提供的用于数据分享的统一机制和设备能够支持应用程序间的协作，并为各类系统的功能二次开发提供了一个整体框架。

（2）应用层。系统集成平台可以对能源管理中心的各类应用的稳定运作提供总控平台，如：数据采集、监测、公共数据平台、能源管理、配电管理、调度员训练模拟等应用的协同运作。

2、工业企业能耗监测系统功能

（1）数据采集。集中管理采集器主要用于组态、校时、诊断和状态监控。集中管理采集器主要由上位机软件和下位机硬件组成，其中下位机硬件包括供电电源电路、时钟控制电路、通讯接口电路、数据处理模块、电源模块。本系统能够很好地与工业企业的过程管理系统兼容，充分利用工业企业网络对水、电等数据的产生与变化进行jingque采集，汇总并安全发送给其他数据整合系统，此外，该系统具有数据采集jingque、传输安全的特点，能耗数据采集频率为每次 20 min至3 h，可以按要求进行设定。

（2）人机界面。人机界面作为用户与平台系统互动的接口，在整个系统中占有举足轻重的地位，它是用户首先见到并使用频率Zui高的环节。人机界面安装了一、二次中文字库，包括了光栅、向量和文字的输入以及拼音、位置和五笔输入。它能实现多种方式的人机交互，如键盘控制、鼠标控制和图形用户界面（GUI）控制等，具有良好的交互性和可移植性。同时，模块化设计思想，让其便于开发和维护。本系统具有大屏幕投影驱动、模拟屏驱动等多种功能。

（3）实时监测。多层次能源消耗模式（包括地区模式、建筑模式）融合能源统计与能源消耗表等功能，能对采集到的数据进行处理后发出相应的控制命令，从而完成对实时监测数据和历史数据的管理。另外，提供实时监测平台架构和软件功能框架，能对各个模块进行详细的说明并给出部分源代码，并对系统开发中所涉及的关键技术及解决方案做简要介绍，实现了对能耗的在线监控。界面采用的是直观图形界面，例如：柱形图、饼图、仪表板等，可对能源消耗量以及趋势进行分析和显示，并支持按小时、日、月、年的任意导航。

（4）数据统计。数据统计可以按照不同的分类、不同的项目，实现对能源的每日、每周、每月、每年的数据分析，并能以不同的格式显示出来。另外，可按照生产、系别和其他层级进行统计，根据使用者输入的起始和终止时刻，对任意时间段的能源使用进行统计。在对系统的功能进行检测时，可通过与公用部门的数据比对，来验证系统与功能设计的合理性，同时也说明了数据统计可让节能工作开展的更有针对性，能实现预期目标。

（5）能耗查询。工业企业能耗查询系统具有良好的开放性与扩展性，能对能源记录的可实施状况进行查询。针对单一区域、单一部门的综合条件筛选后，按时序进行电力用电分析（以日为单位，以月为单位，以季为单位，以规定时间等为单位），绘制相关图表，并生成不同的分析类型的数据报告。用户可以根据不同的需要，选择不同的能源消耗类型（水、电力、供热）、工业企业（政府办公大楼、能源使用单位、能源消耗单位、公共场所、宿舍），系统会生成丰富多彩的图表与报表，并对数据进行分析，可采用折线图、条形图、饼图、二维表等方式进行数据分析结果的展示。

（6）数据分析。数据分析能够分析工业企业的能源消耗趋势，确定能源消耗的指标，并对能源消耗进行实时监测和分析。在此基础上建立节能评估指标体系，并给出具体计算过程，可让工业企业的能源消耗总量以及趋势得到更为jingque的监控，同时结合实际数据对各类设备的运行进行精准控制。另外，以工业企业为例进行实例应用，说明数据分析的方法具有可行性及实用性。数据分析具有强大的数据处理能力和数据分析功能，结果直观形象，通过提供能源消耗的数据分析，来帮助科研人员开展相关专业研究工作，涵盖的内容包括工作时间、非工作时段的能源效率的分析、夜晚待机能源消耗的分析等。

通过对工业企业能源使用的规律进行分析，为能源使用异常状况的监测提供了基础数据，既实现各种方式的灵活监控，又可实现在工作状态和非工作状态下的能源探测数据融合。在此基础上建立了基于大数据分析技术的能耗消耗异常检测系统，通过采集建筑用电设备的运行状态信息和利用数据挖掘算法，来挖掘用户行为模式特征，并根据这些特征构建预测模型，分析同类型工业园区的能耗，并与其他工业企业能耗相比较，保证能耗指标可得到专业人员的科学调整。

通过不同时段能耗的对比，能够清晰地了解能源节能措施的作用，了解能源消耗的规律，并提出相应的节能对策。用 VisualBasic6.0开发了能耗监测系统，该系统主要包括统计模块和计算模块两个部分。趋势曲线拟合历史值较好，可在一定程度上反映时间轴变化。曲线支持多纵轴、多曲线显示，可以为不同曲线设定不同纵轴，要支持多曲线在相同时间内进行比较分析，支持单、多曲线在不同时段内的比较和分析，支持曲线显示设定。

通过比较能源节能设计与建筑的实际能源消耗数值，可以评价和监控工业园区运作过程中的能源效率，从而实现能源消耗分析报告的编制，根据分析的内容，自动产生和输出报表。同时，结合工程实例介绍基于WebService 技术的节能分析系统设计方法和开发过程。该系统采用 B/S 结构模式，ASP、NET 作为开发工具。数据库采用 S，通过对我国能源节能现状的定量评价，可以对我国工业企业能耗节能的效益和能耗进行预测，从而达到tisheng节能、环保效果的目的。该系统具有能源审计数据录入、辅助审计计算、能源审计报告的辅助生成和输出的功能，能源消耗分析在工业生产领域的研究中占有举足轻重的地位。

（7）能耗报警。能耗报警支持多种类型的报警窗口，包括实时报警、历史报警、查询报警等。在一个报警库内存储有多个报警数据，每个报警数据对应一种报警方式，使用者可以通过历史警报和查询警报确认信息，并判断是否存在新的警报事件。一个查询窗口将与报警库中的全部警报事件相联系，当发生报警事件时，可从报警库中查找相应的数据。报警信息包括报警时间、报警类型、报警内容等。能源报警系统支持能源消耗监测报警、能源消耗监测、能源跟踪、电子邮件报警、短信报警，同时具备能耗报告提供、能耗记录查询等功能。根据不同报警类别设置不同的优先级，当报警提示出现时，其他报警会相应地给出响应，并在第一时间内发出报警信号。此外，报警记录采用主动式报警方式触发警报，实现了高异常报警的快速响应。能源报警与其他能耗工业企业联动时，一旦出现能源异常，系统就会自动发出警报。另外，系统还能对仪表的故障进行报警，并能将电子邮件和短信系统发送到工业企业内部部门，实现实时报警。

5、系统结构

现场通过厂区局域网和平台通讯，平台搭建在客户自己配置的服务器上。搭建完成之后，客户可以在任意能与局域网联通的地方，通过有权限的账号登陆网页以及手机APP查看各处的运行情况。

系统可分为三层：即现场设备层、网络通讯层和平台管理层。

现场设备层：主要是连接于网络中用于水、电、气等参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电、耗水、耗气系统必要的基本组成元素。肩负着采集数据的重任，这些设备可为本公司各系列带通讯网络电力仪表、温湿度控制器、开关量监测模块以及合格供应商的水表、气表、冷热量表等。

网络通讯层：包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器，智能网关可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

平台管理层：包含应用服务器、WEB服务器和数据服务器，一般应用服务器和WEB服务器可以合一配置。

平台采用分层分布式结构进行设计，详细拓扑结构如下：

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7、系统硬件配置

应用场景	型号	图片	保护功能
企业能源管控平台	Acrel-7000		安科瑞企业能源管控平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况。
智能网关	Anet-2E8S1		8路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等协议的数据接入，ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等协议上传，支持不同协议向多平台转发数据；输入电源：AC/DC 220V，导轨式安装。
	ANet-2E4SM		4路RS485 串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC 12 V ～36 V 。支持4G扩展模块，485扩展模块。
	ANet-485		M485模块：4路光耦隔离RS485
	ANet-M4G		M4G模块：支持4G全网通
35kV/10kV/6kV进线	AM5SE-F		三段式过流保护、反时限过流保护、两段式零序101过流/反时限过流保护、两段式零序102过流/反时限过流保护、重合闸、后加速过流保护、过负荷保护、PT断线告警、控制回路故障告警、频率保护、FC闭锁、失压跳闸、逆功率保护、过电压保护、零序过压保护；断路器遥控分/合闸操作；故障录波；独立的操作回路；检同期；U、I、P、Q、Ep、Eq等电参量测量。
35kV/10kV/6kV馈线	AM5SE-F
配电变压器	AM5SE-T		三段式过流保护、反时限过流保护、两段式零序101过流保护、两段式零序102过流保护、101反时限过流保护、102反时限过流保护、过负荷保护、PT断线告警、控制回路故障告警、非电量保护、FC 闭锁；断路器遥控分/合闸操作；故障录波；独立的操作回路；U、I、P、Q、Ep、Eq等电参量测量。
电动机（2000KW以下）	AM5SE-M		过流一段保护（启动中、已运行）、过流二段保护、反时限过流保护、两段式负序过流/负序反时限过流保护、两段式零序过流保护、热过载保护、过负荷保护、堵转保护、启动时间过长保护、低电压保护、非电量保护、PT断线告警、控制回路故障告警、零序过压告警、FC闭锁、电压不平衡保护、相序保护、电压断相保护、过电压保护；断路器遥控分/合闸操作；故障录波；独立的操作回路；U、I、P、Q、Ep、Eq等电参量测量。
35kV/10kV/6kV母联	AM5SE-B		两段式过流保护、反时限过流保护、后加速过流保护、进线备投/母联备投/联切备投/自适应备投、PT断线告警、控制回路故障告警、母线充电保护；断路器遥控分/合闸操作；故障录波；独立的操作回路检同期。
35KV/10kV/6kV电容器	AM5SE-C		两段式定时限过流保护、反时限过流保护、两段式零序过流保护、欠电压保护、过电压保护、零序过电压保护、不平衡电压保护、不平衡电流保护、非电量保护、PT断线告警、控制回路故障告警；断路器遥控分/合闸操作；故障录波；独立的操作回路；U、I、P、Q、Ep、Eq等电参量测量。
主变	AM5SE-D2		两圈变差动速断保护、比率制动差动保护
主变	AM5SE-TB		三段式过流保护（带复合电压、带方向闭锁）、反时限过流保护、零序过流保护、间隙零序电流保护、零序电压保护、过负荷保护、启动通风、闭锁有载调压、断路器遥控分合闸、故障录波、全电量测量、独立操作回路、遥控升档/降档/急停、变压器档位测量；U、1、P、Q、Ep、Eq等电参量测量。
PT并列监测	AM5SE-UB		PT并列、低电压告警、PT断线告警、过电压告警、零序过压告警
大功率异步电机	AM5SE-MD		电机差动速断保护、比率差动保护、启动中过流一段保护、已运行定时限过流保护、过负荷保护、零序过流保护、过热保护、堵转保护、低电压保护、断路器遥控分合闸、独立操作回路、故障录波、全电量测量；U、I、P、Q、Ep、Eq等电参量测量。
主变保护	AM5SE-D3		三圈变差动速断保护、比率制动差动保护
主变公共测控、进线公共测控	AM5SE-K		20路遥信、10路开出、遥测
35kV/10kV/6kV 弧光保护	ARB5-M		测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压，有功、无功功率，电度，谐波等，并具备完善的通信联网功能，非常适合于实时电力监控系统。
	ARB5-E		DIN35mm导轨式安装结构，体积小巧，能测量电能及其他电参量，可进行时钟、费率时段等参数设置，精度高、可靠性好、性能指标符合国标GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求，并且具有电能脉冲输出功能；可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。
	ARB5-S		三相全电量测量，剩余电流、2-63次谐波，支持付费率，量值、电缆温度，可选2G/4G通讯。
35kV/10kV/6kV进线柜电能质量在线监测	APView500		相电压电流+零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及电能、事件告警及故障录波，谐波（电压/电流 63 次谐波、50 组间谐波、35 组高次谐波、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子）、波动/闪变、电压暂升、电压暂降（故障源定位）、电压中断、冲击电流、1024点波形采样、定时录波、电能质量合格率统计，波形实时显示及故障波形查看，内存32G，16DO+22DI，2RS485+1RS232+1GPS，+3以太网接口+1WiFi+1USB接口支持U盘到处数据，支持61850协议。
35kV/10kV/6kV间隔智能操控、节点测温	ASD500		液晶屏显示一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温湿度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮、预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出
35kV/10kV/6kV传感器	ATE400		合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5安培，测温范围-50-125℃，测量精度±1℃；传输距离空旷150米
35kV/10kV/6kV间隔电参量测量	APM810		三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月峰值，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示
低压进线	APM810		三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；实时及需量；本月和上月峰值；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示
低压进线	AEM96		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级
0.4kV无功补偿	ARC		测量I、U、Hz、cosΦ，具备过电压保护、欠流锁定、电网谐波过大保护功能，可控制电容器的投切，RS485/Modbus协议
	APM810		三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月峰值，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示
	ANSVC		ANSVC低压无功功率补偿装置并联在整个供电系统中，能根据电网中负载功率因数的变化控制电力电容器投切进行补偿，具有多种补偿形式，可根据电网的实际情况，合理选用补偿形式。
0.4kV有源滤波	AnSin-□-M Ⅰ型		采用DSP+FPGA全数字控制方式，并联在系统中，兼补谐波和无功；可对2～51次谐波进行全补偿或指定特定次谐波进行补偿；具备完善的桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能；基于谷歌Fliutter框架构建的遥信、遥控软件平台，具备远程服务与数据处理功能；支持IOS、安卓、PC多平台交互；具备超前和滞后的功率因数校正功能，可将三相不平衡负荷调整至平衡；具备动态过温降载功能，较大限度的保证滤波器的持续运行；具备智能风扇转速控制功能，根据负荷率和环境温度智能控制风扇转速，降低损耗；具备动态扩容功能。
0.4kV出线	AEM72		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级
	ARD3M		ARD3智能电动机保护器适用于额定电压至AC690V、额定电流至AC800A、额定频率为50/60Hz的电动机，可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。
	ANHPD300		对用电设备产生的随机高次谐波、脉冲尖峰、电涌等具有吸收作用，能滤除电压尖峰杂波、矫正畸变的电压波形，对谐波噪声进行消化和吸收，防止保护装置误跳闸，保证用电设备正常运行。
	DTSD1352		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1(6)A，直接接入3×10(80)A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级
变压器绕组温度检测	ARTM-8		8路温度巡检，热电阻信号输入，RS485接口，2路继电器输出，预埋PT100
变压器接头测温低压进出线柜接头测温	ARTM-Pn-E		可以嵌入式安装低压柜面板上，每台装置可以接收60个无线传感器的数据。装置带有一路485接口，可将采集到的温度数据上传到监控。2路告警出口，全电参量测量
变压器接头测温低压进出线柜接头测温	ATE400		合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5（A），测温范围-50-125℃，测量精度±1℃；传输距离空旷150米
配套附件	AKH-0.66		测量型互感器，采集交流电流信号
配套附件	AKH-0.66L		剩余电流互感器，采集剩余电流信号。
柜内环境温湿度	AHE		无线温湿度传感器，温度精度：±1℃，湿度精度：±百分之3RH，发射频率：5min，传输距离:200m，电池寿命：≥3年（可更换）
柜内环境温湿度	ATC600		两种工作模式：终端、中继。ATC600-Z做中继透传，ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m，ATC600-C可接收AHE传输的数据，1路485，2路报警出口。
智能远传水表	物联网水表 LXSY-O-M/NB		电子直读式，高清晰液晶显示，具备误差自动修正功能；各参数可设；断电后数据可保存10年以上；可根据需要扩展远程控制阀门开关功能；可在120℃下长期工作，水解稳定；抗酸碱腐蚀性强不易被腐蚀，阻燃性能好；水资源免遭二次污染
智能远传燃气表	燃气表		直接读取燃气表的窗口值，无累计误差；电子部分平时可不工作，可在读表瞬间工作；直读燃气表无需初始化；表计地址可以灵活设定
冷热量表	冷热量表		liuliang计量无机械齿轮，无磁传感器，耐磨、耐腐蚀、防攻击；电压低或受到攻击破坏时自动报警；温度传感器断路、短路时自动报警；liuliang和温度分段，准确度高；温度的冷热端采用数字方法修正和校准，误差接近于0；根据流速智能降耗；数据多重备份自动纠错技术；低功耗