江蘇安科瑞電器制造有限公司 范宏博

0.引言

煤炭在我國能源體系中占有主導地位。煤炭企業作為能源產業的重要組成部分，在產生能源的同時也在消耗大量能源。建立能源消耗管理系統，利用完善的數據采集網絡獲取生產過程的重要參數和相關能源數據，處理、分析和結合生產過程能源評估，實時提供在線能源系統平衡信息和調整決策方案。企業內各單位不同能源系統相互關聯，確保能源系統平衡調整的科學性、及時性和合理性，實現從簡單設備監控向過程和系統綜合監控的轉變。繼續向控制一體化方向發展，合理利用預測模型和平衡模型，優化節能調度和能源平衡，為煤炭企業節能降耗提供決策依據，促進煤礦企業能效水平的全面提高；貫徹國家綠色低碳發展理念，適應能耗總量和強度“雙重控制"目標的要求。

1、能耗管理系統設計

能耗管理系統通過收集煤礦地面和地下變電站供電電路的電能數據，直觀顯示各生產環節的能耗，充分挖掘和應用能耗基礎數據，實現全礦、各用電單位、各工序等不同類別、有效的能耗統計分析，為煤礦行業提供能耗管理、分析等專業服務，通過能源監控、統計分析、管理和考核等功能應用，完善能源管理體系，提高能源管理水平，促進企業節能降耗，降低成本，提高效率，從而達到提高能耗管理效率和科學管理的目的。系統設計采用B/S架構，部署方便，維護方便，支持多種通信協議，方便從計量終端獲取相關能源數據，提供與其他系統對接的標準接口，方便與系統對接，實現數據共享。系統設計采用三層結構、數據采集傳輸層、數據處理層和數據分析顯示層，如圖1所示。

數據采集和傳輸層用于采集電氣設備的電力數據，對重要能源設備采集設備的實時負荷、電壓等信息。支持從地下和地面電力監控系統獲取電力數據，從電表等電能計量終端采集電力數據；通過中間數據庫和中間數據庫采集電力 Restful API DL///T 645、通過Modbus或MQTT協議獲取數據。除收集電能數據外，系統還支持收集水、蒸汽、氣、油等能耗數據。數據處理層對收集到的數據進行處理，主要包括電力數據的合理性檢查、異常數據的清洗過濾等；數據積累計算、峰谷時段電力數據累計統計、工作組時段累計統計等。；收集到的數據按相應的程序和團隊分類保存。數據分析顯示層用于展示煤礦整體能耗，為煤礦企業節能降耗提供輔助決策依據。系統支持使用各種餅圖、棒圖、曲線圖等顯示功率數據，可分析不同工序、團隊功率的同比、環比和類比數據。使用能流圖顯示不同類型的能耗，并將各種能耗統一轉化為標準煤能耗進行顯示。

2、數據的采集

2.1 儀表的采集

系統支持通過 DL 634 5104、DLT-645、modbus等協議直接采集表數據，連接現場表能耗數據的采集方法，將計量電路的表“手拉手"連接到所選網關，通過網關連接網絡交換機實現數據采集和通信。

需要注意的是，為了提高通信質量的穩定性，計量表連接的線路一般不超過 400 m，連接少于20 連接時，對每根線的兩端進行標記，便于后期維護和故障排查。

2.2 信息系統對接

對接現有的管理信息系統(如對接 ERP、MIS），生產監控系統(如SISS)(如SIS)、MES），(如DCSS)(如DCSS)、PLC），通過數據接口(如OPC)、數據庫的形式或其他標準數據接口，根據相關的通信協議格式，整合各系統的數據，并將數據連接到企業能源管理系統中。

2.3 接口的對接

與其他系統連接相關數據的標準接口，以便與相關系統連接數據。中間庫對接的工作包括：

（1）寫入源數據。源數據系統將每個企業的能源消費數據寫入中間庫制定的表結構，并獲得成功狀態。

(2)通知數據寫成功。源數據系統接口。根據預定協議，WebService客戶端已成功通知中間庫服務端源數據。

(3)通知取數據。中間庫“得知"某一源數據已成功保存后，作為Web Service客戶端向目標數據系統發送取數據通知。

(4)取數據。目標數據庫系統收到取數據通知后，及時到中間庫制定表結構取數據，如圖2所示。

3、能耗管理系統可以實現的目標

3.1 提高煤礦企業能耗管理水平

通過建立能耗管理信息系統，可以實時監控能耗情況，實時分析掌握各生產環節、各用電單位和重要能耗設備的能耗情況，準確合理地分析和評價整體能源利用情況和水平。

3.2 完善企業能耗預警考核機制

管理者可以通過能耗系統的電力指標預警，盡快掌握各工序、用電單位的能耗超標情況，能夠

及時檢查超標工序和用電單位，發現和糾正生產中的能耗問題。

3.3 優化煤礦企業用電方式

通過統計各生產工藝峰谷時段的用電量，計算峰谷比，引導企業合理調整設備工作時間，減少設備峰谷時段的開啟時間，增加谷谷谷時段的運行時間。

3.4 礦山的應用價值

貫徹能源專業化、精細化、扁平化管理理念，建立能源管理模式和機制，不斷提高能源效率，提高能源管理水平，促進節能降耗。實時監控能耗，及時發現問題，減少能耗損失；有效掌握能耗總量、能耗成本和能耗效率指標數據；有效分析能源利用特點，為優化能源利用管理提供決策數據。

4、安科瑞企業能源控制系統

4.1概述

安科瑞企業能源控制系統采用自動化、信息技術和集中管理模式，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率，挖掘節能潛力，為企業提供基礎數據和支持。

4.2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、木材、工業園區、醫院、學校、酒店、寫字樓、汽車制造、機電設備、電氣產品、工具制造等離散制造業。

4.3系統結構

現場通過工廠局域網和平臺進行通信，平臺建在客戶自己配置的服務器上。施工完成后，客戶可以通過有權限的賬戶登錄網頁和移動應用程序，查看任何可以與局域網連接的地方的運行情況。

系統可分為三層：即現場設備層、網絡通信層和平臺管理層。

現場設備層：主要連接水、電、氣參數采集測量的各種儀器，也是配電、耗水、耗氣系統建設所必需的基本要素。這些設備肩負著采集數據的重任，可用于通信網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊和合格供應商的水表、氣表、冷熱量表。

網絡通信層：包括現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動收集現場設備層設備的數據，進行約定轉換和數據存儲，并通過網絡將數據上傳到建立的數據庫服務器。智能網關可以在網絡故障時將數據存儲在本地，并在網絡恢復時繼續從中斷位置上傳數據，以確保服務器端數據不丟失。

平臺管理：包括應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以一起配置。

該平臺采用分層分布式結構設計，具體拓撲結構如下：

5.系統功能

平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、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，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節能改造提供數據依據。

5.1平臺登入

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。

5.2大屏展示

用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業及各區域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、產值等相關信息。

5.3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、分類能耗等企業級統計數據。

5.4數據監控

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

能源實時監控：對于水、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、系統彈窗報警提示等；

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：通過實時曲線和歷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、系統彈窗等報警提示；

5.5視頻監控

接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

5.6變壓器監控

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，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

5.7儀表實時監控

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。

5.8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。

5.9用表統計

從能源使用種類、監測區域、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用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，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。

5.10chengben分析

統計各個監測節點（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、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

5.11產品單耗統計

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

5.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年的時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

5.13運行監測

系統對區域、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，并支持變配電系統一次運行監視。可直接從動態監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。

5.14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，查看企業各個節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環比報表，支持導出報表。

5.15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）。

5.16分析報告

以年、月、日對企業的能源利用情況、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，讓用戶更加了解系統的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

5.17能耗設備用能

監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

5.18線損分析

根據節點、能源分類，查詢各個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，提醒用戶及時進行干預。

5.19碳排放管理

按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，并進行同環比分析。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，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

5.20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，確保功率因數不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

5.21運維管理

系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制定巡檢計劃、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、設備維修保養需要。

5.22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閉環處理。

5.23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。

5.24能耗分析自定義時間抄表

可自定義時間段內各個拓撲節點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

5.25容許量報表

提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業實現容改需，降低基本電費。

5.26復費率報表

對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析，為企業分時用電，優化成本效益提供數據支持。

5.27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管理，支持文件的上傳和下載。

5.28 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，支持模型與監測點位的自定義綁定。

5.29 3D子系統

對各動力子系統進行虛擬仿真，展示子系統的動力管線、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。

5.30 工業組態

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

5.31 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計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

5.32 基礎數據管理

對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、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。

5.33 手機APP

APP支持Android、iOS操作系統，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能源消耗、產線比對、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。

6.知識產權證書

7.系統硬件配置

8.結束語

系統能實時反映煤礦生產的能耗情況，監視分析生產過程中的高耗能設備和環節，實現了能耗的精細化管理，為節能降耗提供了堅實的數據基礎，為企業實現低碳減排提供了有力的技術支持。提高企業能效精細化管理水平，優化用能結構，促進節能降耗，實時監視能源消耗，及時發現問題，減少用能損失；有效掌握能耗總量、能耗成本及能耗效率指標數據；有效分析用能特點，為優化用能管理提供決策數據；推進企業實現綠色、低碳、節能的發展目標。