基于網(wǎng)絡的數(shù)字化能源在線計量分析系統(tǒng)設計

周德運

（臨朐縣工業(yè)技術改造辦公室，山東 濰坊 262600）

隨著能源日益緊張和環(huán)境惡化,尋找提高能源利用效率的解決之道是全社會的共同責任。各類水、電、氣設備與分類能耗是工業(yè)設施、社會基礎設施與各類建筑建設投資和日常運營成本的主要構成部分之一，合理布局能源設施配置和管控功能可以顯著提高設施與能源利用效率并降低成本。

我國能源管理從上世紀80年代中期開始，通過“能量平衡測試”、“能源審計”，督促用能單位從規(guī)范的裝設計量儀表，到逐步進行淘汰高耗能落后設備、用能系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造等。

隨著社會發(fā)展，企業(yè)間的競爭日益激烈，如何提升企業(yè)能源管理水平、降低生產(chǎn)成本是每個企業(yè)管理人員所必須面對的問題。本文將介紹一種基于網(wǎng)絡的數(shù)字化能源在線計量分析系統(tǒng)設計方案，通過對能耗數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，利用統(tǒng)計學方法，分析和挖掘企業(yè)的節(jié)能潛力，提升企業(yè)的能源管理水平。

1 企業(yè)能源管理存在的問題

通過走訪和調(diào)研，發(fā)現(xiàn)很大一部分企業(yè)的能源管理存在著一些共性問題：

（1）各能源介質(zhì)一二級計量點基本都配備了計量器具，但是三級計量點計量器具配備率較低，并且已配置的計量器具大多為不可在線采集的傳統(tǒng)機械式儀表；

（2）各生產(chǎn)部門（重要耗能工段）之間能源消耗數(shù)據(jù)相對孤立，不能進行總體的能耗數(shù)據(jù)在線統(tǒng)籌及分析；

（3）能源管理主要采用手工抄表、分散管理模式，數(shù)據(jù)存在一定的滯后性且效率不高，容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)漏洞，造成能源損失；

（4）缺少一套綜合能源管控系統(tǒng)，進行能源績效、能源成本等的量化管理，輔助能源管理體系建設。

2 能源在線計量分析系統(tǒng)建設方案

針對上述問題，本文設計了一套基于網(wǎng)絡的數(shù)字化能源在線計量分析系統(tǒng)，如圖1所示。通過安裝具有數(shù)據(jù)遠傳功能的計量表具（如多功能電能表、遠傳水表、蒸汽表等），建立能源在線計量分析系統(tǒng)。

圖1 能源在線計量分析系統(tǒng)示意圖

3 主要設備選型與參數(shù)要求

企業(yè)能源計量的主要對象多為電耗計量、燃氣耗量計量、供熱計量及水耗計量。計量設備采用數(shù)字式遠傳電能表、數(shù)字遠傳燃氣表、遠傳熱量表（或渦街流量計）、數(shù)字式遠傳水表等具備數(shù)字通訊功能的計量器具。

系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)采集設計分兩部分：一是通過安裝在監(jiān)測點的具遠傳功能的計量儀表實現(xiàn)能耗計量和實時數(shù)據(jù)采集；二是通過網(wǎng)關設備和局域通道向平臺發(fā)送采集數(shù)據(jù)。

計量裝置和智能網(wǎng)關之間采用符合各相關行業(yè)標準的通信協(xié)議。對于電能表，參照行業(yè)標準DL/T 645-1997《多功能電表通信規(guī)約》執(zhí)行。對于水表、燃氣表和熱量表，參照行業(yè)標準CJ/T 188-2004《用戶計量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術條件》執(zhí)行。

計量裝置和智能網(wǎng)關之間采用主—從結構的半雙工通信方式。智能網(wǎng)關是通信主機，計量裝置是通信從機，從機在主機的請求命令下應答。

4 系統(tǒng)功能

為保證系統(tǒng)的開放性，系統(tǒng)的上位系統(tǒng)選用北京亞控科技有限公司的KingSCADA，該軟件具有集成化管理、模塊式開發(fā)、可視化操作、智能化診斷及控制，使用簡單方便，運行安全可靠等特點，具有良好的開放性，支持Activex控件、OPC、DDE、API。通過標準的協(xié)議規(guī)范，第三方軟件可以輕松的實現(xiàn)和KingSCADA的數(shù)據(jù)交互。另外，該產(chǎn)品構建了一個開放性數(shù)據(jù)平臺，可以將任何控制系統(tǒng)、遠程終端系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、歷史庫以及企業(yè)其他系統(tǒng)進行融合，能夠最大限度的幫助企業(yè)搭建智能監(jiān)控管理平臺。

通過構建能源在線計量分析系統(tǒng)，可實現(xiàn)以下功能：

（1）對企業(yè)能源消耗（電耗、水耗和熱耗）實現(xiàn)遠程、實時監(jiān)測和顯示

該功能依靠前端計量表的能耗數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)遠程、實時監(jiān)測企業(yè)的分項能耗。以數(shù)據(jù)列表和圖形（曲線圖、柱狀圖、堆積圖等）方式顯示企業(yè)各部門及重點能耗設備的用能情況。該功能為能源管理部門實時把握企業(yè)總體能耗、末端分項能耗及重點用能設備能耗的現(xiàn)狀、及時發(fā)現(xiàn)問題、采取對策提供高效實用的基礎平臺。同時還可實現(xiàn)對大型用能設施的供電特性實時監(jiān)視，包括電流、電流峰值、谷值、平均值等參數(shù)的監(jiān)視，實現(xiàn)動態(tài)把握其電力負荷，監(jiān)控電力品質(zhì)。

（2）實現(xiàn)對用能異常情況的實時報警與處理

系統(tǒng)可實現(xiàn)對企業(yè)能耗采集設備運行狀況、數(shù)據(jù)質(zhì)量、用能異常情況的實時報警與處理。具體功能包括：

①設備報警。指的是能耗數(shù)據(jù)采集器“上下線”（即是否在線）的狀態(tài)報警?？砂磿r間段進行查詢：

②采集點報警。對具體的采集點“數(shù)據(jù)是否壞值”的狀態(tài)報警?？砂础皶r間段”、“從建筑查詢”、“從機構查詢”等方式，進行靈活查詢。

③用能報警。按照預先設置的“日用能指標”等能耗指標，進行實時在線查詢“用能超標”的時段等相關信息。

（3）根據(jù)設定參數(shù)，可自動生成能源消耗統(tǒng)計報表和費用報表，并對各部門的用能情況進行能耗分析

能耗分析主要用于對各部門能耗進行排序、對比和分析，包括堆積柱形圖、100%堆積柱形圖、升序圖、降序圖、餅圖等分析展示方式。圖2為部門分線路實時能耗監(jiān)測圖。

圖2 某部門分線路實時能耗監(jiān)測圖

①能源結構分析

可提供各部門、重點用能設備在任意時間段的能耗百分比數(shù)據(jù)，讓用戶掌握其能源消費結構。

通過該數(shù)據(jù)的量化，能源管理者就能夠及時發(fā)現(xiàn)能源結構中存在的不盡合理和不完善的地方，及時作出能源結構調(diào)整。

②實時電耗監(jiān)測分析

通過用電監(jiān)測，可以實時動態(tài)掌握建筑總能耗和分項能耗（這完全取決于前端采集細化程度）。用堆積柱形圖的展示方式，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)與相應的參數(shù)對比顯示的效果，為管理者分析能耗數(shù)據(jù)提供輔助參考，從而為節(jié)能技改方案的策劃提供基礎性依據(jù)。

使建筑能耗數(shù)值化、可視化，易于管理，具有督促用能單位積極提高用能效率的功效。具備數(shù)據(jù)存儲和歷史數(shù)據(jù)查詢功能，可以為企業(yè)構建一個能源消耗數(shù)據(jù)庫，通過對庫內(nèi)數(shù)據(jù)的挖掘分析，管理人員可對能源的合理利用程度進行深度挖掘，為發(fā)現(xiàn)節(jié)能潛力、制定長期節(jié)能規(guī)劃創(chuàng)造條件。

結語

通過建立管控一體化的數(shù)字化能源在線計量分析系統(tǒng)，實現(xiàn)能耗在線監(jiān)測、查詢、用能報警等功能，使管理人員能及時掌握能源消耗情況，挖掘節(jié)能潛力，制定節(jié)能策略，達到節(jié)熱、節(jié)電、節(jié)水的目的；通過建立健全能源管理體系，持續(xù)改進企業(yè)能源管理水平。在保證企業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，不斷提高企業(yè)的能源利用效率和經(jīng)濟效益。同時，以能源管控系統(tǒng)為基礎，建立覆蓋企業(yè)各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)、供應、銷售、成本的一體化的信息管理平臺。