摘要：能源是人類社會發(fā)展的重要推動力，能源缺乏，將導致人類無法正常開展生產(chǎn)生活活動。如果失去能源的支持，現(xiàn)代社會的運作將會直接癱瘓或崩潰。所以，為了解決目前日益嚴峻的能源問題，應采用有效的節(jié)能監(jiān)測技術來促進能源的合理利用，從而達到節(jié)能減排的目的。文章對智慧化工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的構成以及該系統(tǒng)的軟件特性進行研究，以期可以通過能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的使用，讓能源的消耗量得到進一步節(jié)約。

關鍵詞：智慧化；工業(yè)企業(yè)；能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)

節(jié)能監(jiān)測技術是節(jié)能減排、有效節(jié)能的重要支撐技術，當前能源資源日漸枯竭的緊張形勢下，節(jié)能意識的增強以及各行業(yè)對節(jié)能技術的需求不斷增加，使得節(jié)能技術的開發(fā)越來越受到人們的重視。工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)測系統(tǒng)的構建是按照“統(tǒng)一規(guī)劃、分期分批”的原則構建，并按照國家有關規(guī)范及技術設計進行研發(fā)的，工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，將讓能源消耗量較大的工業(yè)企業(yè)發(fā)展得到進一步規(guī)范。

1、系統(tǒng)組成

1.1系統(tǒng)總體結構

工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)測系統(tǒng)的構建是按照“統(tǒng)一規(guī)劃、分期分批”的原則構建的，并按照國家有關規(guī)范及技術導則設計，本文介紹了該項目的總體設計思路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控網(wǎng)絡以及節(jié)能管理等內(nèi)容，現(xiàn)以某工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)控為例，說明該方案的可行性，并提出了今后需要進一步研究和改進之處，以保證工業(yè)企業(yè)能源檢測系統(tǒng)可以與時俱進地得到升級與優(yōu)化。把工業(yè)企業(yè)能源監(jiān)測與管理系統(tǒng)打造成技術功能完備，特色鮮明的工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)控系統(tǒng)，非常重要且必要。

（1）工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)測系統(tǒng)層

利用工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)測系統(tǒng)采集大量數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對工業(yè)企業(yè)能耗、設備的實時采集、分類、統(tǒng)計，為工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)測活動開展提供了詳細的數(shù)據(jù)分析和科學的決策依據(jù)。通過構建一整套的企業(yè)能耗監(jiān)控與管理系統(tǒng)，能夠有效地解決企業(yè)的節(jié)能管理和節(jié)能降耗工作落實中存在的問題，并降低工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。

（2）網(wǎng)絡通訊層

通訊層主要由開關、路由器、串行服務器、光纖轉(zhuǎn)換器組成，通訊傳輸層包括：調(diào)制解調(diào)器和光傳輸模塊，通過這兩個部分可實現(xiàn)信號在不同通信通道之間的轉(zhuǎn)換，為各種器件提供良好的工作環(huán)境，并對各種器件進行控制與保護。通訊層為數(shù)據(jù)的交流提供了橋梁，同時也擔負起了服務器和現(xiàn)場設備間的通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

1.2系統(tǒng)體系架構

我國是一個高耗能的國家，長期以來，能源利用率較低，只有33%，與世界上其他發(fā)達國家的能耗水平相差8%~10%。根據(jù)相關部門的測算，與世界先進水平相比，單位產(chǎn)品的能源消耗和能源終端的能源消耗均達到了 3 億噸標準煤。因此，能源管理工作的落實與信息化進步緊密相關。在信息技術迅猛發(fā)展的今天，信息化已成為推動社會、經(jīng)濟發(fā)展的重要力量。我國著眼于國民經(jīng)濟的大發(fā)展，提出了要以信息化帶動工業(yè)化的決策，所以工業(yè)企業(yè)要充分發(fā)揮資源與資金上的優(yōu)勢，提高產(chǎn)業(yè)競爭力。能源管理中重要也是應用較廣的就是信息系統(tǒng)體系結構，它通過計算機網(wǎng)絡及各種數(shù)據(jù)通信技術來實現(xiàn)對整個能源系統(tǒng)的有效控制。

（1）集成平臺層

集成平臺層是一個集應用和運行于一體的開放綜合平臺，為能源監(jiān)控提供了一個較為開闊的信息共享與處理環(huán)境。它包括基礎層、應用服務器層、中間件層和應用層。其中應用集成與應用層又包括三個層次：用戶接口層、業(yè)務邏輯層和資源管理層。此外，該系統(tǒng)使用統(tǒng)一的工業(yè)技術標準，為操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫等各種設備的信息存取和交互方式提供了接口，使各種應用系統(tǒng)可相互接通并實現(xiàn)有效融合。集成平臺層提供的用于數(shù)據(jù)分享的統(tǒng)一機制和設備能夠支持應用程序間的協(xié)作，并為各類系統(tǒng)的功能二次開發(fā)提供了一個整體框架。

（2）應用層

系統(tǒng)集成平臺可以對能源管理的各類應用的穩(wěn)定運作提供總控平臺，如：數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、公共數(shù)據(jù)平臺、能源管理、配電管理、調(diào)度員訓練模擬等應用的協(xié)同運作。

2、工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)測系統(tǒng)功能

（1）數(shù)據(jù)采集

集中管理采集器主要用于組態(tài)、校時、診斷和狀態(tài)監(jiān)控。集中管理采集器主要由上位機軟件和下位機硬件組成，其中下位機硬件包括供電電源電路、時鐘控制電路、通訊接口電路、數(shù)據(jù)處理模塊、電源模塊。本系統(tǒng)能夠很好地與工業(yè)企業(yè)的過程管理系統(tǒng)兼容，充分利用工業(yè)企業(yè)網(wǎng)絡對水、電等數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與變化進行準確采集，匯總并發(fā)送給其他數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)，此外，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集準確、傳輸?shù)奶攸c，能耗數(shù)據(jù)采集頻率為每次20min至3h，可以按要求進行設定。

（2）人機界面

人機界面作為用戶與平臺系統(tǒng)互動的接口，在整個系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位，它是用戶首先見到并使用頻率較高的環(huán)節(jié)。人機界面安裝了一、二次中文字庫，包括了光柵、向量和文字的輸入以及拼音、位置和五筆輸入。它能實現(xiàn)多種方式的人機交互，如鍵盤控制、鼠標控制和圖形用戶界面（GUI）控制等，具有良好的交互性和可移植性。同時，模塊化設計思想，讓其便于開發(fā)和維護。本系統(tǒng)具有大屏幕投影驅(qū)動、模擬屏驅(qū)動等多種功能。

（3）實時監(jiān)測

多層次能源消耗模式（包括地區(qū)模式、建筑模式）融合能源統(tǒng)計與能源消耗表等功能，能對采集到的數(shù)據(jù)進行處理后發(fā)出相應的控制命令，從而完成對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的管理。另外，提供實時監(jiān)測平臺架構和軟件功能框架，能對各個模塊進行詳細的說明并給出部分源代碼，并對系統(tǒng)開發(fā)中所涉及的關鍵技術及解決方案做簡要介紹，實現(xiàn)了對能耗的在線監(jiān)控。界面采用的是直觀圖形界面，例如：柱形圖、餅圖、儀表板等，可對能源消耗量以及趨勢進行分析和顯示，并支持按小時、日、月、年的任意導航。

（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以按照不同的分類、不同的項目，實現(xiàn)對能源的每日、每周、每月、每年的數(shù)據(jù)分析，并能以不同的格式顯示出來。另外，可按照生產(chǎn)、系別和其他層級進行統(tǒng)計，根據(jù)使用者輸入的起始和終止時刻，對任意時間段的能源使用進行統(tǒng)計。在對系統(tǒng)的功能進行檢測時，可通過與公用部門的數(shù)據(jù)比對，來驗證系統(tǒng)與功能設計的合理性，同時也說明了數(shù)據(jù)統(tǒng)計可讓節(jié)能工作開展的更有針對性，能實現(xiàn)預期目標。

（5）能耗查詢

工業(yè)企業(yè)能耗查詢系統(tǒng)具有良好的開放性與擴展性，能對能源記錄的可實施狀況進行查詢。針對單一區(qū)域、單一部門的綜合條件篩選后，按時序進行電力用電分析（以日為單位，以月為單位，以季為單位，以規(guī)定時間等為單位），繪制相關圖表，并生成不同的分析類型的數(shù)據(jù)報告。用戶可以根據(jù)不同的需要，選擇不同的能源消耗類型（水、電力、供熱）、工業(yè)企業(yè)（政府辦公大樓、能源使用單位、能源消耗單位、公共場所、宿舍），系統(tǒng)會生成豐富多彩的圖表與報表，并對數(shù)據(jù)進行分析，可采用折線圖、條形圖、餅圖、二維表等方式進行數(shù)據(jù)分析結果的展示。

（6）數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析能夠分析工業(yè)企業(yè)的能源消耗趨勢，確定能源消耗的指標，并對能源消耗進行實時監(jiān)測和分析。在此基礎上建立節(jié)能評估指標體系，并給出具體計算過程，可讓工業(yè)企業(yè)的能源消耗總量以及趨勢得到更為準確的監(jiān)控，同時結合實際數(shù)據(jù)對各類設備的運行進行準確控制。另外，以工業(yè)企業(yè)為例進行實例應用，說明數(shù)據(jù)分析的方法具有可行性及實用性。數(shù)據(jù)分析具有強大的數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)分析功能，結果直觀形象，通過提供能源消耗的數(shù)據(jù)分析，來幫助科研人員開展相關專業(yè)研究工作，涵蓋的內(nèi)容包括工作時間、非工作時段的能源效率的分析、夜晚待機能源消耗的分析等。通過對工業(yè)企業(yè)能源使用的規(guī)律進行分析，為能源使用異常狀況的監(jiān)測提供了基礎數(shù)據(jù)，既實現(xiàn)各種方式的靈活監(jiān)控，又可實現(xiàn)在工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)下的能源探測數(shù)據(jù)融合。在此基礎上建立了基于大數(shù)據(jù)分析技術的能耗消耗異常檢測系統(tǒng)，通過采集建筑用電設備的運行狀態(tài)信息和利用數(shù)據(jù)挖掘算法，來挖掘用戶行為模式特征，并根據(jù)這些特征構建預測模型，分析同類型工業(yè)園區(qū)的能耗，并與其他工業(yè)企業(yè)能耗相比較，保證能耗指標可得到專業(yè)人員的科學調(diào)整。通過不同時段能耗的對比，能夠清晰地了解能源節(jié)能措施的作用，了解能源消耗的規(guī)律，并提出相應的節(jié)能對策。用VisualBasic6.0開發(fā)了能耗監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括統(tǒng)計模塊和計算模塊兩個部分。趨勢曲線擬合歷史值較好，可在一定程度上反映時間軸變化。曲線支持多縱軸、多曲線顯示，可以為不同曲線設定不同縱軸，要支持多曲線在相同時間內(nèi)進行比較分析，支持單、多曲線在不同時段內(nèi)的比較和分析，支持曲線顯示設定。通過比較能源節(jié)能設計與建筑的實際能源消耗數(shù)值，可以評價和監(jiān)控工業(yè)園區(qū)運作過程中的能源效率，從而實現(xiàn)能源消耗分析報告的編制，根據(jù)分析的內(nèi)容，自動產(chǎn)生和輸出報表。同時，結合工程實例介紹基于WebService 技術的節(jié)能分析系統(tǒng)設計方法和開發(fā)過程。該系統(tǒng)采用 B/S 結構模式，ASP、NET作為開發(fā)工具。數(shù)據(jù)庫采用 SQLServer，通過對我國能源節(jié)能現(xiàn)狀的定量評價，可以對我國工業(yè)企業(yè)能耗節(jié)能的效益和能耗進行預測，從而達到提升節(jié)能、環(huán)保效果的目的。該系統(tǒng)具有能源審計數(shù)據(jù)錄入、輔助審計計算、能源審計報告的輔助生成和輸出的功能，能源消耗分析在工業(yè)生產(chǎn)領域的研究中占有舉足輕重的地位。

（7）能耗報警

能耗報警支持多種類型的報警窗口，包括實時報警、歷史報警、查詢報警等。在一個報警庫內(nèi)存儲有多個報警數(shù)據(jù)，每個報警數(shù)據(jù)對應一種報警方式，使用者可以通過歷史警報和查詢警報確認信息，并判斷是否存在新的警報事件。一個查詢窗口將與報警庫中的全部警報事件相聯(lián)系，當發(fā)生報警事件時，可從報警庫中查找相應的數(shù)據(jù)。報警信息包括報警時間、報警類型、報警內(nèi)容等。能源報警系統(tǒng)支持能源消耗監(jiān)測報警、能源消耗監(jiān)測、能源跟蹤、電子郵件報警、短信報警，同時具備能耗報告提供、能耗記錄查詢等功能。根據(jù)不同報警類別設置不同的優(yōu)先級，當報警提示出現(xiàn)時，其他報警會相應地給出響應，并在短時間內(nèi)發(fā)出報警信號。此外，報警記錄采用主動式報警方式觸發(fā)警報，實現(xiàn)了高異常報警的快速響應。能源報警與其他能耗工業(yè)企業(yè)聯(lián)動時，一旦出現(xiàn)能源異常，系統(tǒng)就會自動發(fā)出警報。另外，系統(tǒng)還能對儀表的故障進行報警，并能將電子郵件和短信系統(tǒng)發(fā)送到工業(yè)企業(yè)內(nèi)部部門，實現(xiàn)實時報警。

（8）定額管理

工業(yè)企業(yè)能源指標的管理可以根據(jù)自然資源部、教育部、各地區(qū)的能源消耗、用水量的定額和實際的能源消耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，給出工業(yè)企業(yè)能源消耗的合理建議，并制定能源消耗的管理體系。建立工業(yè)企業(yè)能源基本資料的專用統(tǒng)計體系，從挖掘節(jié)約空間、建設節(jié)約工業(yè)企業(yè)、完善工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)和能源設施等幾個方面建立能源分類統(tǒng)計體系，能源消耗統(tǒng)計體系，考核評價體系等，對各專業(yè)的節(jié)能效果實施量化考評。同時，還可配合以節(jié)約能源為核心指標的績效考核機制，對工業(yè)企業(yè)的能源消耗以及環(huán)境污染情況進行跟蹤式的監(jiān)控。另外，可通過完善各項規(guī)章制度，加強過程控制，達到節(jié)能降耗目的。同時，通過多種統(tǒng)計表格的形式，對能源消耗進行公示，采用多種靈活的結算方法，實現(xiàn)對工業(yè)企業(yè)的定額管理。

（9）能耗分析子系統(tǒng)與能耗公示

將不同部門采集到的大量數(shù)據(jù)進行分類匯總后，結合電力需求側(cè)管理（DSM）模型，建立一套基于大數(shù)據(jù)分析的能效預測系統(tǒng)，并在實際應用中取得了令人滿意的效果。通過對能源消耗的大量數(shù)據(jù)處理和分析，可生成各種統(tǒng)計圖表，實時顯示能源消耗的歷史數(shù)據(jù)，并可讓現(xiàn)有數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行對比，甚至對未來能源消耗趨勢進行預測，實現(xiàn)對能源指標的合理評價，從而對能源消耗趨勢進行科學的管理。通過網(wǎng)絡向公眾公布各種能源能耗、節(jié)能等級及能耗結構，并為同類園區(qū)的節(jié)能等級進行排序。利用ASP、NET 技術，SQLServer 數(shù)據(jù)庫，基于B/S模式開發(fā)平臺進行系統(tǒng)總體設計和功能模塊劃，對系統(tǒng)關鍵技術做了闡述，隨后給出測試結果及結論，公布方式采用表格、餅圖、條形圖，界面直觀、形象，并支持用戶按需要進行數(shù)據(jù)周期的分配。

（10）電能計量子系統(tǒng)

電能計量子系統(tǒng)可實現(xiàn)按戶、按項目、按類別的實時測量。根據(jù)用戶負荷曲線計算出相應的電量值，并按照國家規(guī)定的電價進行計費，從而達到引導人們科學用電、節(jié)約用電的目的，同時也能提高供電企業(yè)管理水平和經(jīng)濟效益，具有很好的推廣應用價值。在此基礎上，本系統(tǒng)將以B/S為主要研究方向，應用業(yè)界普遍采用的實時通訊與數(shù)據(jù)采集技術，并與后臺數(shù)據(jù)庫相結合，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控與管理。通過電能計量子系統(tǒng)，還可以進行協(xié)作，實現(xiàn)對電力供應、成本支付、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析等過程的監(jiān)控，為工業(yè)生產(chǎn)以及其他各部門的電力需求提供基本的供應保障。電能計量子系統(tǒng)包括：遠程數(shù)據(jù)采集、中繼數(shù)據(jù)的傳遞、后臺數(shù)據(jù)的處理、前端查詢的統(tǒng)計和管理，選用智能電子電能表對電能的使用量以及時段峰值進行數(shù)據(jù)收集與分析，其具備遠程數(shù)據(jù)接口以及標準的專用通訊協(xié)議，可直接監(jiān)控整個工業(yè)企業(yè)的電力系統(tǒng)的基礎運作。

3、安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)概述

安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)采用自動化、信息化技術和集中管理模式，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，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等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)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產(chǎn)線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎數(shù)據(jù)和支持。

4、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、機電設備、電器產(chǎn)品、工器具制造等離散制造業(yè)。