1 前言

電能量及能耗管理系統能夠完成生產企業用電情況的自動采集，并能與其他系統進行信息交換，實現相關信息的有機相合。根據用電計劃、用電情況、能耗情況，為優化運行模式及合理安排生產計劃提供輔助決策，系統的使用能充分提升企業電能量管理的自動化水平，達到節能增效的目的，提高企業的經濟效益及管理效能水平。

電能量及能耗管理系統設計遵循可靠、實用、經濟的原則，以實現應用需求為目標。系統設計采用了Cluster（集群）技術、三層體系結構及組件技術、Internet/Intranet及B/S等一系列較新的計算機技術，能夠在較大限度上滿足生產企業電能量及能耗管理的要求。

電能量及能耗管理系統對采集數據進行存儲、預處理，應用數據挖掘技術、數據分析技術完成用電企業用電量統計、能耗分析、數據統計分析，優化用電設備的運行模式，輔助用戶完成生產、用電環節的計劃制定。

2 系統特點

2.1 分層分布式系統結構

電能量及能耗管理系統采用分層分布式系統的設計思想，分為采集層、網絡傳輸層、站控層。

采集層主要完成電氣儀表監測數據，由電能表、采集器、集中器構成。主要完成電流、電壓、有功、無功、功率因數、電度量、諧波分量等實時數據的采集、處理及上送主站。

網絡傳輸由信號轉換設備、協議轉換、網絡交換機、無線發射裝置、傳輸電纜等組成。主要完成前端實時數據向站控層傳輸的功能。

站控層有后臺服務器，以及服務層內安裝的應用軟件、操作系統、數據庫、軟件中間件等。主要完成數據的采集、存儲、加工、分析、處理以及報表管理、能耗分析、輔助決策等功能。

2.2 模塊化功能設計

系統軟件功能按模塊化設計，可以根據應用需求對功能模塊進行組合調整，具有較強的擴展及適應性，每一層的模塊可以獨立完成相應的功能，實現功能不會依賴其他模塊或上一部分模塊，功能模塊故障只會影響局部，不會造成系統的崩潰。

系統采用面向對象的數據和程序設計，并且采用三層體系結構和組件化的設計思想，使系統具有更好的開放性和擴展性。

3 系統功能

3.1 數據采集與處理

（1）數據采集系統采集電量數據及其他數據（較大需量、瞬時電壓、電流、功率等 YC 信息、通訊中斷、斷相、缺相、失壓、相序等事件信息）。

（2）數據采集支持定時召喚和隨時召喚兩種方式。

（3）對采集的數據進行一次、二次標度轉換，原始碼值與工程值線性轉換、量綱轉換等。

（4）系統將采集的信息分時段、帶時標存儲，時段可由人工設定。

（5）系統可接入不同類型電表及電量采集裝置，適應多通道，多通訊規約的功能，并支持自定義協議。

（6）系統提供多種數據修補手段 ：自動數據補采和人工歷史數據補采等。

（7）系統支持有線和無線等多種通訊手段采集及傳輸數據。

（8）系統有數據校核功能，如 ：主備表校核、時段數據和總數據校核、越限檢查等。

（9）系統方便監視通道原始報文、運行狀態、數據解釋、鏈路狀態等。

（10）系統支持 GPS 對時和網絡對時。

（11）支持主備前置終端自動、手工切換。

3.2 設備狀態信息

針對大型且重要生產設備，需較全掌握其運行狀態及健康狀態，通過設備現地測控裝置處獲取設備的溫度、流量、壓力、振動、電流、電壓、功率等參數，如現地測控裝置所采集的數據不全，則應增設相應的采集元件及監測裝置，將原始數據或統計結果傳輸到電能量及能耗管理系統中，實現設備的健康指標監測，為優化運行及合理安排生產計劃提供參考。

3.3 旁路代供

系統具備旁路替代功能，將旁邊電量加入被替代線路電量，旁路代供過程處理提供了自動、半自動、手工三種方式，可根據實際系統情況選擇其中的一種或多種的組合。

3.3.1 自動方式

系統可以根據當前刀閘和開關狀態同時結合電量變化情況，判斷出被代線路以及旁路代起始時間和終止時間，并將相應時段旁路電量自動歸算到被代線路。

3.2.2 半自動方式

建立旁路表和代供表的拓撲關系，系統定時掃描旁路表的運行情況。發現某旁路表電量不為零時，列出時間較優匹配的電表名稱和順序并給出參考的起始時間和終止時間。

3.3.3 手工方式

手工輸入旁路代的全部信息，系統根據輸入信息進行旁路代的計算。

4 安科瑞工業能源管理系統介紹

安科瑞企業能源管控系統采用自動化、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，監測企業電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

5 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、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業。

6 系統結構

現場通過廠區局域網和平臺通訊，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聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

系統可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

7 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。

7.1平臺登錄

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。

7.2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。

7.3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。

7.4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；

7.5視頻監控

接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

7.6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。

7.7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。

7.8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。

7.9用能統計

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。

7.1成本分析

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。

7.11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。

7.12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、規定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。

7.13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。

7.14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。

7.15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）。

同比

環比

7.16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。

7.17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。

7.18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。

7.19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。

7.20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。

7.21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。

7.22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。

7.23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。

7.24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。

7.25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，幫助企業實現容改需，降低基本電費。

7.26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。

7.27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。

7.28 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。

7.29 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。

7.30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。

7.31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。

7.32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。

7.33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。

7.34知識產權證書

8 系統硬件配置

9 結語

電能量及能耗管理系統實現生產企業用電量的實時采集、數據處理、能耗分析，實現數據透明化，并結合設備用電計劃及用電情況，對用電回路進行自動投切，為達到節能降耗指標要求，制定合理的運行方式，優化運行模式，提高了生產企業用電效率，減少浪費及損耗。本文僅涉及對智能電能儀表及相關設備狀態的監測，通過對功能的擴充，可以方便接入對智能水表、熱量儀表、環境監測終端等的監測，實現綜合性的能耗管理。提高生產企業的自動化水平及管理效能，達到實際意義上的節能降耗，能為生產企業帶來可持續的經濟效益。

參考文獻

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