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淺談企業(yè)能源監(jiān)測管理系統(tǒng)解決方案

點擊次數(shù)：356 發(fā)布時間：2011/12/27

 

1 　概述
     在我國的能源消耗中，工業(yè)是我國能源消耗的大戶，能源消耗量占全國能源消耗總量的70%左右�！吨泄仓醒腙P于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃的建議》提出：“十一五”期末單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比“十五”期末降低20%左右，這一指標是“十一五”規(guī)劃目標中*重要的約束性指標，也是我國“十一五”期間節(jié)能工作的奮斗目標。因此，加強企業(yè)能源計量管理，開展企業(yè)節(jié)能降耗行動，提高能源利用率是減少資源消耗、保護環(huán)境的*有效途徑，也是我國走新型工業(yè)化道路的重要內(nèi)容，這對于提高企業(yè)經(jīng)濟效益，緩解社會經(jīng)濟發(fā)展面臨的能源和環(huán)境約束，完成“十一五”規(guī)劃目標有著十分重要的意義。
 
      為了能使企業(yè)更好的完成資源調(diào)配、組織生產(chǎn)、部門結(jié)算、成本核算，需要建立一套有效的自動化能源數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，對能源供應進行監(jiān)測，以便企業(yè)實時掌握能源狀況，為實現(xiàn)能源自動化調(diào)控扎下堅實的數(shù)據(jù)基礎，同時方便企業(yè)的計量和成本核算工作。
 
      能源數(shù)據(jù)具有標準化、專業(yè)化、科學化、時效性強的特點，采集難度較高。同時，考慮到能源數(shù)據(jù)對于企業(yè)決策的重要意義，以及能源本身具備危險性的特點，需要對企業(yè)建立的能源數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)提出更高的要求。因此，企業(yè)能源管理系統(tǒng)（以下簡稱EMS）必須滿足專業(yè)性強、實時性好、可進行遠程資料交換、可用性強的需求。
 
2 　企業(yè)能源管理的現(xiàn)狀和需求
 
     企業(yè)認識到數(shù)據(jù)資料對于企業(yè)管理的重要性，并采用各種儀器、儀表對能源數(shù)據(jù)進行采集，并派專人對儀器、儀表、與采集的數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場維護、抄取，并逐級統(tǒng)計、上報，建立數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行管理。這樣的缺點是手工操作效率低，不能滿足大范圍的數(shù)據(jù)采集需要。因此，建立企業(yè)能源管理系統(tǒng)，是深化企業(yè)管理、維護企業(yè)的正常運營具有重要意義。
 
     企業(yè)能源管理系統(tǒng)對于一個企業(yè)來說其安裝范圍包括總廠供水用量（無論是地下水還是城市管網(wǎng)供水）數(shù)據(jù)采集，供水水壓，水溫等實時數(shù)據(jù)采集，各個分廠供水用量數(shù)據(jù)采集，其他相關獨立核算部門數(shù)據(jù)采集等。各個分廠產(chǎn)品產(chǎn)量采集等。動力分廠實時供給數(shù)據(jù)采集，動力分廠生產(chǎn)各種能源產(chǎn)品實時數(shù)據(jù)采集或登記等。其他各種能源的總廠供給數(shù)據(jù)和各個獨立核算單位的供給數(shù)據(jù)采集或記錄。由于企業(yè)能源管理是一個復雜和龐大的計算機信息化系統(tǒng)。這需要企業(yè)內(nèi)部完善的企業(yè)局域網(wǎng)（Intranet）系統(tǒng)的有力支持。就目前各個企業(yè)的現(xiàn)狀而言，基本上都建立起了其內(nèi)部Intranet，而且建立在企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)系統(tǒng)的各種應用系統(tǒng)也在逐漸完善的過程中，企業(yè)能源管理系統(tǒng)就是建立在企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)系統(tǒng)的一種應用系統(tǒng)，它需要與企業(yè)其他應用系統(tǒng)（如企業(yè)內(nèi)部辦公系統(tǒng)）緊密結(jié)合，協(xié)調(diào)完成各項工作。
 
     由于能源管理系統(tǒng)涉及范圍廣、數(shù)量和類別較多，所采用的通信協(xié)議不一致，各個企業(yè)所采用的計量設備也千差萬別，各個企業(yè)和分廠車間的不同能源系統(tǒng)也不盡相同。因此，我們采用統(tǒng)一管理界面，分別采集的方法。在下面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中我們會詳細介紹。
 
 
3 　企業(yè)能源管理系統(tǒng)解決方案綜合描述
 
3.1 方案設計簡介
 
     安科瑞公司研發(fā)的企業(yè)能源管理系統(tǒng)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集基于安科瑞自主研發(fā)的網(wǎng)絡電力儀表，在信息傳遞方面，基于Acrel-2000系統(tǒng)實現(xiàn)信息交換、分檢服務系統(tǒng)，這樣企業(yè)各應用程序得到的，都是各自訂閱的關鍵數(shù)據(jù)，可大幅度提高數(shù)據(jù)處理的效率。
 
      能源數(shù)據(jù)包括三種：能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)、能源供給整點數(shù)據(jù)、能源供給累加數(shù)據(jù)，每種數(shù)據(jù)都有不同的應用范圍。而能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)是所有數(shù)據(jù)的基礎，其它兩種數(shù)據(jù)是通過儀器、儀表、手工錄入或計算程序得到，是其它應用系統(tǒng)需要的關鍵數(shù)據(jù)。因此，安科瑞的能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，就是在擷取能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)的同時，能將其它應用程序需要的關鍵數(shù)據(jù)分檢出來，主動發(fā)送到各應用程序，滿足各部門的辦公、處理需要，在監(jiān)測的同時，滿足結(jié)算、決策的需求。
 
3.2 整體設計原則
 
     針對目前國內(nèi)外能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的水平，我們對企業(yè)能源管理系統(tǒng)提出如下的設計原則：
 
◆采用、成熟、實用的技術(shù)
 
      目前能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，我們現(xiàn)在規(guī)劃的是面臨21 世紀的系統(tǒng)，要經(jīng)得起時代的考驗。因此，在技術(shù)上要追求，在使用上要求簡便實用，而且，在技術(shù)上要講究成熟、可靠，不帶有任何試驗性質(zhì)的應用。
 
◆系統(tǒng)應具有集中統(tǒng)一的管理能力，為系統(tǒng)管理大大提供方便
 
     根據(jù)實際的管理體制，公共安全管理是集中統(tǒng)一的，因此，我們的系統(tǒng)具有多級集中統(tǒng)一的管理中心，并實施科學合理的管理，使監(jiān)控技術(shù)發(fā)揮的效用。
 
◆系統(tǒng)應具有開放性、可擴性、兼容性和靈活性
 
     以安全為核心，系統(tǒng)具有開放性，能有機地與其它系統(tǒng)連接，融合成一個整體。系統(tǒng)范圍大小差異很大，要求系統(tǒng)能適合多種規(guī)模，要有較強的可擴性；能隨時適應對系統(tǒng)的擴容要求。系統(tǒng)具有很強的兼容性和靈活性，能適應產(chǎn)品的升級換代，是系統(tǒng)設計的一個重要思想。
 
◆系統(tǒng)的設計和產(chǎn)品的選擇應標準化、規(guī)范化系統(tǒng)的設計和產(chǎn)品的選擇標準化，規(guī)范化是必須的。
 
◆系統(tǒng)必須具有安全性、可靠性、容錯性
 
      系統(tǒng)設備的安全性可靠性是個非常重要的指標。為避免操作人員誤操作等，致使系統(tǒng)工作不正常，要求系統(tǒng)具有較強的容錯性和自檢功能。
◆合理的性能價格比在系統(tǒng)設計時，從實際出發(fā)，在有限的價格下，追求的性能。
 
3.3 系統(tǒng)模塊的組成
 
系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖
 
     上圖為Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖，企業(yè)EMS主要有以下幾個可以獨立運行的子系統(tǒng)（SubSystem）組成：
 
    數(shù)據(jù)瀏覽錄入系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要功能有以下兩部分，一、給企業(yè)內(nèi)網(wǎng)web發(fā)布實時能源數(shù)據(jù)，并生成各種報表、曲線、圖表等。為各個相關部門，企業(yè)決策層提供科學的依據(jù)。二、能源數(shù)據(jù)手工錄入。對于一些未設置自動化采集的監(jiān)測點，需要該儀表的抄表員固定時間從該系統(tǒng)錄入儀表數(shù)據(jù)，該功能同樣適用于企業(yè)資金不足，設置自動化監(jiān)測點很少，對于
其它需要大量投入資金改造的人工監(jiān)測點，即可采用手動錄入的方式，這樣在減少資金投入的同時，可以限度的對各種能源數(shù)據(jù)進行信息化管理。同時，在企業(yè)需要時，可以通過企業(yè)計算機安全管理網(wǎng)絡對外網(wǎng)（Internet）發(fā)布實時能源數(shù)據(jù)，供有權(quán)限的企業(yè)人員進行遠程瀏覽。為了保證數(shù)據(jù)安全，一般情況下能源數(shù)據(jù)不允許外網(wǎng)人員進行數(shù)據(jù)錄入和修改。
 

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：主要完成能源數(shù)據(jù)的實時采集，上報的功能。該系統(tǒng)是企業(yè)能源管理數(shù)據(jù)的主要來源。企業(yè)能源管理所需的各種重要狀態(tài)數(shù)據(jù)都要依賴安科瑞（Acrel）可靠的數(shù)據(jù)采集終端INDTU-051G/10完成。采集系統(tǒng)主要由中心接收服務器，下位采集終端兩部分組成。INDTU同RS232/485同計量儀表相聯(lián)，獲取實時數(shù)據(jù)，然后通過移動GPRS網(wǎng)絡或者廠區(qū)內(nèi)網(wǎng)把實時數(shù)據(jù)發(fā)送給中心數(shù)據(jù)接收服務器。由于INDTU采用嵌入式操作系統(tǒng)，具備較強的運算能力與開放性。并且內(nèi)置了信息自動采集組件，能根據(jù)信息變化主動向網(wǎng)絡上報信息，取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫輪循，保證數(shù)據(jù)的實時傳遞的同時，大幅度減少網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通訊量和中心服務器的負擔，保證中心服務器的穩(wěn)定可靠。同時，INDTU內(nèi)置存儲可選模塊，可以根據(jù)用戶需要保存一定時間的數(shù)據(jù)，保證在通訊鏈路故障時的數(shù)據(jù)不會遺失。限度的保證數(shù)據(jù)的完整性，連續(xù)性。

　　數(shù)據(jù)中間件：該系統(tǒng)主要完成從其它企業(yè)現(xiàn)有的MIS系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)獲取所需數(shù)據(jù)，并導入企業(yè)能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，供能源管理系統(tǒng)使用。該數(shù)據(jù)中間件不會影響現(xiàn)有的其它系統(tǒng)，只是從企業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)中讀取能源管理系統(tǒng)所需的信息，并不會給該系統(tǒng)寫入任何信息。
因此，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向是單向的，可以充分保證現(xiàn)有其它系統(tǒng)的安全。根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有需要獲取數(shù)據(jù)的系統(tǒng)不同，需要定制開發(fā)不同的數(shù)據(jù)中間件。以滿足企業(yè)需求。同時，不同應用系統(tǒng)所能提供數(shù)據(jù)獲取方式也不盡相同，需要區(qū)別對待，分別處理。

　　能源管理系統(tǒng)應用：該子系統(tǒng)是主要是提供給企業(yè)能源管理系統(tǒng)的各種應用，分享能源信息化帶來的成果。該系統(tǒng)主要由兩部分組成，應用出版服務器，能源管理客戶端。應用出版服務器主要把能源管理的各種數(shù)據(jù)發(fā)布給企業(yè)其它的應用系統(tǒng)，例如財務管理系統(tǒng)。其它應用主要根據(jù)其訂閱的不同獲取不同的數(shù)據(jù)。能源管理客戶端主要完成能源管理的各種初始化，采集點的添加，刪除。總廠，分廠的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，核算。各個采集點的數(shù)據(jù)監(jiān)測，報警，web發(fā)布數(shù)據(jù)的增減，各種人員權(quán)限的管理，分配。各種日常報表的生成。各種數(shù)據(jù)曲線，餅圖，柱狀圖的生成等等工作。
 
 
3.4 系統(tǒng)特點
 
     本系統(tǒng)采用分布式部署，充分發(fā)揮各構(gòu)件的運算能力，將系統(tǒng)效能、處理速度發(fā)揮到極致，優(yōu)點與效益還表現(xiàn)在幾個方面：
 
◆穩(wěn)定性與開放性兼顧。INDTU具備環(huán)境適應能力強的特點，可部署在環(huán)境惡劣的現(xiàn)場，滿足儀器設備數(shù)據(jù)擷取的需要。系統(tǒng)穩(wěn)定，可長期連續(xù)工作，不需現(xiàn)場維護；
 
◆實時性高。通訊量少。由于采用數(shù)據(jù)主動上報的方式，大大減少的網(wǎng)絡通訊量，同時又保證了數(shù)據(jù)的實時準確性。
 
◆各個子系統(tǒng)之間相互獨立依存性弱。本系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)之間相互獨立，可以自成系統(tǒng)，可以分期，分批建設。無論是web數(shù)據(jù)瀏覽錄入，還是實時數(shù)據(jù)采集都是相互獨立，又同過企業(yè)數(shù)據(jù)庫相互關聯(lián)。因此，各個企業(yè)可以根據(jù)自身的情況，分時分批的建設，限度的減少資金投入。
 
◆系統(tǒng)投資報酬高。系統(tǒng)充分應用了所有子系統(tǒng)的運算能力，使中心端專注于數(shù)據(jù)的接收和分發(fā)工作，在保證效率、效能的基礎上，降低對硬件的需求，可降低企業(yè)對硬件的投入。并且當采集點多、數(shù)據(jù)量大時，可對系統(tǒng)進行方便的分布、叢集部署，而這種部署能同樣充分保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、和經(jīng)濟性；而關系型數(shù)據(jù)庫僅用來儲存滿足歷史查詢、結(jié)算、核算等應用需求的數(shù)據(jù)，也可大大提高數(shù)據(jù)庫的服務效能；
 
◆應用拓展性能力強。隨著應用的不斷延伸，企業(yè)數(shù)據(jù)的需求范圍將不斷擴大，系統(tǒng)可方便實現(xiàn)不同硬件、軟件平臺間的數(shù)據(jù)交換，可充分滿足企業(yè)在不同發(fā)展時期對信息服務的不同需求。
 
 
3.5 主要監(jiān)控與計量表計
 
（1）高壓回路或低壓進線回路選ACR330ELH儀表

圖1 ACR330ELH電力儀表
該表為電能質(zhì)量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)電壓電流正、負、零序分量（含負序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進線柜，見圖1。

（2）低壓聯(lián)絡或出線回路選ACR220EL電力儀表

圖2 ACR220EL電力儀表
該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、需量統(tǒng)計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡柜、出線柜，見圖2。

（3）動力柜、照明箱選ACR120EL電力儀表或?qū)к壥诫姳?

圖3 ACR120EL電力儀表

ACR120EL電力儀表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、需量統(tǒng)計；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：開孔尺寸80×80mm，開孔尺寸72×72mm。適用于動力柜，見圖3。
 

圖4 DTSD1352導軌式電表
DTSD1352導軌式電表主要功能：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、需量統(tǒng)計；電流規(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動力柜，見圖4。

圖5 DTSF1352導軌式電表
DTSF1352導軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于照明箱的三相電能計量，見圖5。

圖6 DDSF1352導軌式電表
 

照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測量；單相電能計量，見圖6。
 
（4）ARTU-P32遙脈單元
ARTU-P32遙脈單元用于采集電量或非電量能源，如氧氣、水、煤氣的脈沖，見圖7。
 
 
4 　能源數(shù)據(jù)劃分及其形態(tài)

圖7 ARTU-P32遙脈單元
EMS系統(tǒng)能源數(shù)據(jù)按來源劃分為一次能源和二次能源。

 
 
     一次能源是指企業(yè)從外部獲取的能源。例如水、電、蒸汽、煤、煤氣、天然氣、汽油、柴油等。一次能源企業(yè)自身不能生產(chǎn)，需要從外部獲取，為了獲取該能源，需要付出相應的成本。
 
      二次能源是指企業(yè)自身生產(chǎn)的能源。例如純水、壓縮空氣、氮氣、冷凍水、冷卻水、采暖水等。該能源是企業(yè)用一次能源經(jīng)過自身動力車間或分廠經(jīng)過二次加工產(chǎn)生的能源，生產(chǎn)二次能源需要消耗企業(yè)一次能源和人工成本，同時二次能源供給企業(yè)其他的生產(chǎn)部門使用。但是對于企業(yè)各個核算單位，要獨立核算各個部門的能源消耗。包括一次能源和二次能源。
 
     EMS系統(tǒng)按能源形態(tài)分為液體介質(zhì)、氣體介質(zhì)和電能液體介質(zhì)：如工業(yè)用水、生活用水、軟水、工業(yè)用油、石油、柴油、化工液體等等氣體介質(zhì)：如高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、工業(yè)用氣、壓縮空氣、氬氣、氧氣、氮氣、蒸汽、天然氣等等；電能：如380V 動力電、6KV 高壓、110KV高壓等各種規(guī)格中的電壓、電流、頻率等電量及各種電力設備的運行情況等等；能源數(shù)據(jù)按供給形式主要劃分為三種類型的數(shù)據(jù)能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)、能源供給整點數(shù)據(jù)、能源供給累加數(shù)據(jù)。
 
     能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)主要是滿足實時監(jiān)測的需要，一般采集頻率較高，無需長時間保存歷史數(shù)據(jù)。例如蒸汽實時溫度、壓力等數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)主要完成企業(yè)對能源質(zhì)量實時監(jiān)測，及時調(diào)整能源供給質(zhì)量。一般情況下無需實時保存每一個數(shù)據(jù)。
 
     能源供給整點數(shù)據(jù)是為滿足管理、計量用的資料，主要記錄整點時能源供給的狀態(tài)值或累加值。具有采集頻率低，時間精度要求高的特點，作為管理、計量、結(jié)算的依據(jù)，必須保存。
 
     能源供給累加數(shù)據(jù)是一段時間內(nèi)能源供給值的累加，主要是為決策、核算提供資料依據(jù)，是企業(yè)領導決策、企業(yè)財務核算所關心的重要資料，對維護企業(yè)的正常運營具有重要意義，必須保存。
 
5 　企業(yè)能源管理系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
 
      企業(yè)能源管理由以下幾個功能軟件組成。各個軟件之間相互獨立，通過數(shù)據(jù)庫將各個軟件系統(tǒng)緊密結(jié)合在一起。同時，不會因為某一個軟件的故障，而影響其它軟件的正常運行。
 
◆WEB瀏覽及錄入系統(tǒng)軟件
 
◆無線數(shù)據(jù)接收軟件
 
◆DTU采集軟件
 
◆數(shù)據(jù)導入中間件軟件
 
◆能源管理客戶端軟件
 
◆能源管理接口網(wǎng)關
 
 
6 　結(jié)束語
 
     該方案是概要介紹我公司能源管理系統(tǒng)的一些基本狀況。與用戶現(xiàn)有采集，能源管理系統(tǒng)相比，具有投資少，效益高，信息化程度高，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的特點。在我國節(jié)能降耗大的趨勢下，企業(yè)能源管理系統(tǒng)必能為企業(yè)帶來可觀的效益。
 
參考文獻
[1]江蘇安科瑞電器制造有限公司產(chǎn)品手冊.2010.08版.
[2]石家莊億邦科技有限公司產(chǎn)品資料.
 

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