■張永亮

保護環(huán)境、節(jié)能減排已經(jīng)成為全球關(guān)注的熱點問題，工業(yè)是消費能源的主要載體，本文從系統(tǒng)組網(wǎng)、系統(tǒng)組成、軟件功能、硬件功能等方面詳細闡述了企業(yè)能源管理的整體解決方案。通過對企業(yè)的能源管理，促進企業(yè)節(jié)能減排，達到節(jié)能減排的效果。

前言

全球都在倡導環(huán)境保護、減低能耗。目前能源短缺現(xiàn)象日益突出，節(jié)能降耗已經(jīng)成為全社會普遍關(guān)注的熱點問題?！笆晃濉币?guī)劃《綱要》中提出“十一五”期間我國要實現(xiàn)單位GDP能耗下降20%的目標。國家也相繼出臺了相關(guān)政策法規(guī)，鼓勵各企事業(yè)采用較好的方式監(jiān)控能源的使用并落實節(jié)能減排的有效措施。

系統(tǒng)建設(shè)的目標是建立重點耗能企業(yè)信息庫，及時、準確的掌握各耗能企業(yè)的能源消費情況，為能源發(fā)展戰(zhàn)略及節(jié)能降耗政策的制定提供依據(jù)，具體可以從以下三個方面進行闡釋。

（1）建立重點耗能企業(yè)、工藝和設(shè)備的基礎(chǔ)檔案，收集和保存重點耗能企業(yè)的能源利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

（2）通過橫、縱向?qū)Ρ确椒捌渌茖W地數(shù)據(jù)分析方法，結(jié)合國家、行業(yè)標準，對被監(jiān)測的企業(yè)、工藝和設(shè)備的耗能情況做出評估，為政府制定節(jié)能減排的政策提供數(shù)據(jù)支持，為企業(yè)實現(xiàn)精細化管理提供數(shù)據(jù)支持；

（3）通過對重點企業(yè)能源庫存和能源消耗情況的持續(xù)跟蹤，為政府在特殊時期制定與能源相關(guān)的應急措施提供決策依據(jù)。

總體方案

整個系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由前端采集設(shè)備、傳輸設(shè)備、傳輸資源、網(wǎng)絡設(shè)備、服務器、中心軟件組成，整個系統(tǒng)的連接圖如圖1所示：

圖1

底端采集設(shè)備負責采集各種能源的使用情況，通過傳輸設(shè)備，利用無線（GPRS/TD/CDMA/CDMA2000/WCDMA）、有線（IP、2M）將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。

傳輸設(shè)備需要支持有線與無線方式。對實時性要求較高，有條件的企業(yè)部署IP、2M等傳輸資源，通過有線的傳輸方式采集數(shù)據(jù)。對一些實時性要求不高，比較偏遠，沒有安裝有線傳輸條件或安裝成本很高的企業(yè)，采用GPRS、TD、CDMA、CDMA2000、WCDMA等無線傳輸資源。

監(jiān)控中心把各個企業(yè)的能源數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、處理、存儲，各企業(yè)、主管部門等通過Internet網(wǎng)絡訪問數(shù)據(jù)。

硬件方案

IT硬件設(shè)備包括：數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器、前置機服務器、磁盤陣列、防火墻、交換機、客戶端PC等。IT硬件及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2

數(shù)據(jù)庫服務器采用雙機熱備的方式，兩臺服務器與磁盤陣列配合使用，用于存儲數(shù)據(jù)。應用服務器負責對數(shù)據(jù)進行處理、入庫、轉(zhuǎn)發(fā)等。前置機服務器負責采集、解析各個企業(yè)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。增加防火墻保證系統(tǒng)的網(wǎng)絡環(huán)境安全。

系統(tǒng)應用軟件功能結(jié)構(gòu)

能耗監(jiān)測系統(tǒng)從邏輯上可以劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)加工三個層次，每一層完成相對獨立的任務。數(shù)據(jù)采集層完成從能耗企業(yè)收集所需數(shù)據(jù)的工作。數(shù)據(jù)傳輸層負責把從企業(yè)收集到的數(shù)據(jù)安全、可靠地上傳到中心服務器。數(shù)據(jù)加工層負責對收集到的原始數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，實現(xiàn)預測、報警等更高級的業(yè)務需求。

系統(tǒng)功能分為：用戶管理、配置管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和統(tǒng)計分析報表五大部分，如圖3所示：

圖3

系統(tǒng)與其它相關(guān)系統(tǒng)的接口

系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)一的向下接口，從企業(yè)現(xiàn)有的能耗管理系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等系統(tǒng)中獲取能耗相關(guān)數(shù)據(jù)，將企業(yè)上送的數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一。向下的統(tǒng)一接口采用Web Service格式，并對所有企業(yè)、能源類型、采集點等統(tǒng)一編碼，周期性采集企業(yè)能源數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)采用編碼方式進行管理，保護企業(yè)信息，便于系統(tǒng)處理：

（1）企業(yè)名稱編碼

企業(yè)名稱編碼由8位數(shù)字表示，00000000。第1、2位表示地市編碼，取值范圍01～99；第3、4位表示區(qū)縣編碼，取值范圍01～99；第5、6位表示行業(yè)編碼，取值范圍01～99；第7、8位表示企業(yè)，取值范圍01～99。如，某企業(yè)編碼可以為：01100101。

（2）原料、能源、產(chǎn)品編碼

用兩位數(shù)字區(qū)分表示企業(yè)的原料、能源、及產(chǎn)品。01表示原料、02表示能源、03表示產(chǎn)品。

（3）原料、能源、產(chǎn)品的種類編碼

企業(yè)的原料及產(chǎn)品種類眾多，根據(jù)實際情況定義編碼。能源種類主要有煤、電、水、油、天然氣、水蒸汽，對應編碼分別為：01、02、03、04、05、06，如有新的能源種類增加新的編碼。

（4）買入使用編碼

能源及原料買入進廠時以1表示，能源使用以2表示。

（5）企業(yè)分廠、生產(chǎn)線編碼

企業(yè)有很多分廠，多條生產(chǎn)線。根據(jù)企業(yè)的實際情況為每個分廠，每條生產(chǎn)線編碼，以兩位數(shù)字表示。

（6）采集點編碼

對每條生產(chǎn)線上的各個采集點，采集的設(shè)備對象編碼，區(qū)分能耗是在哪個點產(chǎn)生的，是哪個設(shè)備用的。

（7）XML格式

表示含意：XX市XX縣XX行業(yè)XX企業(yè)XX分廠XX生產(chǎn)線，2010-12-31使用煤29噸。

系統(tǒng)支持對外的接口，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送給其它系統(tǒng)，可與第三方系統(tǒng)廠家協(xié)商，確定接口規(guī)范后開發(fā)。

系統(tǒng)管理方案

系統(tǒng)默認一個超級管理員用戶，對系統(tǒng)進行管理，分配其它用戶的權(quán)限等。其它用戶只能根據(jù)管理員分配的權(quán)限對系統(tǒng)進行操作。

系統(tǒng)帶有自檢測功能，實時檢測各臺服務器及各程序的運行情況。

人工定期對系統(tǒng)進行檢查，將問題消除在萌芽狀態(tài)。

系統(tǒng)安全方案

硬件方面，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用雙機熱備的方式，應用服務器及前置機服務器采用負載均衡技術(shù)。服務器都采用冗余電源進行保護。硬件防火墻保證系統(tǒng)網(wǎng)絡環(huán)境安全。

軟件方面，對系統(tǒng)的所有操作均有日志記錄，對系統(tǒng)的一些故障可找出原因并恢復。數(shù)據(jù)庫采用自動備份技術(shù)。另外部署服務器監(jiān)測程序，實時檢測各臺服務器的運行情況及各程序的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)問題。

系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性資源分析

系統(tǒng)可通過短信發(fā)送告警給相關(guān)的人員，短信發(fā)送量視企業(yè)能源消耗、設(shè)備穩(wěn)定性而定。

系統(tǒng)支持手機客戶端，用戶可以通過手機直接訪問系統(tǒng)，查詢數(shù)據(jù)。此操作需要消耗流量，一般報表的流量不超過10K。

系統(tǒng)擴展性分析

系統(tǒng)采用SOA架構(gòu)，采用模塊化設(shè)計，對于新增加的功能，只需要開發(fā)新的功能模塊，不會對原有功能模塊產(chǎn)生影響，系統(tǒng)擴展性好。同時系統(tǒng)支持第三方系統(tǒng)接口，可靈活與第三方系統(tǒng)對接，也增強了系統(tǒng)的靈活性。

能耗監(jiān)測平臺功能

系統(tǒng)設(shè)計思路

系統(tǒng)采用面向服務的體系結(jié)構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA），它將應用程序的不同功能單元通過服務之前定義好的接口和契約聯(lián)系起來。采用這種體系使系統(tǒng)更安全可靠，便于安裝、維護。

系統(tǒng)功能介紹

1、用戶管理功能

系統(tǒng)設(shè)置一個超級用戶，由超級用戶創(chuàng)建用戶，并為其分配功能權(quán)限、數(shù)據(jù)權(quán)限。

功能權(quán)限針對系統(tǒng)所有功能，細化到每個功能大項的每個功能點，均可配置用戶權(quán)限，控制用戶是否具備此功能。

數(shù)據(jù)權(quán)限分為省級用戶，可看到全省所有企業(yè)的信息；市級用戶權(quán)限，可看到本市所有企業(yè)的信息；區(qū)縣級權(quán)限，可看到本區(qū)縣內(nèi)所有企業(yè)的信息；企業(yè)級權(quán)限，只能看到本企業(yè)的信息；另外可以選取部分企業(yè)，組成數(shù)據(jù)權(quán)限。

所有功能權(quán)限、數(shù)據(jù)權(quán)限均可自由組合，靈活配置。

2、配置管理功能

配置管理是對系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的維護，包括企業(yè)信息、系統(tǒng)運行參數(shù)、告警參數(shù)等。每個用戶可調(diào)整的參數(shù)，都需要有操作界面給用戶操作。包括單條記錄數(shù)據(jù)的維護（增加、刪除、修改），批量信息導入、導出功能。

3、數(shù)據(jù)采集功能

中心平臺數(shù)據(jù)從企業(yè)端獲取，通過數(shù)據(jù)接口，從企業(yè)的能源采集系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)。

從企業(yè)獲取的原始數(shù)據(jù)包括能耗、成本和產(chǎn)值等，不同類型的數(shù)據(jù)有不同的特點，從不同的角度對這些數(shù)據(jù)進行分類。

（1）從消耗的能源類型來分，可以分為水、電、煤、氣和油等。

（2）從計量的級別來分，可以分為一級計量（企業(yè)級）、二級計量（車間、生產(chǎn)線）、三級計量（設(shè)備）等。

（3）從數(shù)據(jù)采集的對象來分，重點耗能設(shè)備能耗、主要生產(chǎn)工序能耗、主要生產(chǎn)工藝能耗。

（4）從采集對象類型來分，可以分為能源、原料、產(chǎn)品等。

系統(tǒng)要有手工錄入功能，對一些暫時沒有條件實現(xiàn)自動采集的企業(yè)，采用手工錄入的方式完成數(shù)據(jù)的采集。

4、數(shù)據(jù)存儲功能

企業(yè)基本信息存儲，包括：企業(yè)名稱、成立時間、企業(yè)類型、所屬行業(yè)、所屬地市、企業(yè)地址、郵政編碼、行政區(qū)域代碼、行政區(qū)號、法人代碼、法人代表姓名、傳真、企業(yè)能耗范圍等；

企業(yè)主要生產(chǎn)線生產(chǎn)工序信息存儲，包括企業(yè)有多少條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線使用原料、能源、產(chǎn)品是什么，每個工序的輸入、輸出是什么等；

企業(yè)主要耗能設(shè)備信息存儲，包括設(shè)備名稱、設(shè)備型號、設(shè)備生產(chǎn)廠家、采購時間、投入使用時間、設(shè)備壽命、設(shè)備用能類型等。

5、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)功能

系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過圖表、電子地圖、組態(tài)圖呈現(xiàn)，包括企業(yè)基本信息、企業(yè)能源數(shù)據(jù)等。

（1）圖表

所有數(shù)據(jù)均可以按條件查詢，生成報表。生的報表每列可點擊排序，按數(shù)值和字符串的屬性排序。

以曲線圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)變化的趨勢；以柱狀圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的同比、環(huán)比分析；以餅圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的占比分析。

（2）電子地圖

利用電子地圖，對各市、區(qū)/縣、企業(yè)進行全視圖能耗監(jiān)控。在電子地圖上查看各企業(yè)的分布情況，可根據(jù)企業(yè)性質(zhì)、地區(qū)、年能源使用量、告警信息等條件查詢顯示。

對各企業(yè)的各項能源使用量加以限制，規(guī)定正常生產(chǎn)所用的能源的量。當超過規(guī)定標準，加以告警提示。當一項超標，在電子地圖上以藍色表示；兩項超標，在電子地圖上以黃色顯示；三項超標，在電子地圖上以橙色表示；四項超標，在電子地圖上以粉色顯示；五項及以上超標，在電子地圖上以紅色顯示。

（3）組態(tài)圖

系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)及生產(chǎn)線兩種組態(tài)圖，企業(yè)組態(tài)圖呈現(xiàn)企業(yè)各種能源及原料的庫存信息、實時使用情況，產(chǎn)品的產(chǎn)量等數(shù)據(jù)；

生產(chǎn)線組態(tài)呈現(xiàn)整條生產(chǎn)線上各個工序的能源輸入及輸出情況，實時、直觀關(guān)注能源使用情況。

6、統(tǒng)計分析報表

以報表形式，實現(xiàn)對企業(yè)用電的統(tǒng)一管理。所有報表均可以根據(jù)各種條件組合查詢，報表數(shù)據(jù)可導出到EXCEL文件或PDF文件，系統(tǒng)需要具備以下基本報表：

（1）統(tǒng)計類報表

按地市、區(qū)/縣、企業(yè)類型統(tǒng)計企業(yè)的月、年各種能源的消耗量，生成統(tǒng)計報表；

以區(qū)/縣為單位，統(tǒng)計每個區(qū)/縣的月、年各種能源的消耗量；

以企業(yè)類型為單位，統(tǒng)計不同類型的各企業(yè)的月、年各種能源消耗量；

以市為單位，統(tǒng)計每個市月、年各種能源的消耗量；

（2）對比分析類報表

同一企業(yè)不同時間段的各種能源消耗的同比報表；

不同企業(yè)同一時間段內(nèi)各種能源消耗的環(huán)比報表；

不同類型企業(yè)，同一時間段，同一能源消耗量占比報表；

同類型企業(yè)，同一時間段，不同企業(yè)各種能源消耗占比報表；

同企業(yè)，同一時間段，不同能源占比報表（折算成標準煤）；

（3）單位能耗分析表

根據(jù)同類型企業(yè)的數(shù)量、同類型企業(yè)的不同能源的各自總量，計算各種能源在每個企業(yè)的平均能耗量；

根據(jù)同一地市企業(yè)的數(shù)量、該地市企業(yè)的不同能源的各自總量，計算各種能源在每個企業(yè)的平均能耗量；

根據(jù)全省企業(yè)的數(shù)量、全省不同能源的各自總量，計算各種能源在每個企業(yè)的平均能耗量；

（4）效益分析報表

根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)值，能耗的用量（折算成錢），計算每個企業(yè)單位產(chǎn)值的能源消耗量；

除以上基本報表，系統(tǒng)需支持自定義報表，用戶可以根據(jù)自己的需求，選擇查詢字段，編輯數(shù)據(jù)公式，查詢報表。

7、節(jié)能分析功能

（1）能源利用指示分析

結(jié)合國家能源利用指標，對企業(yè)的單位產(chǎn)量、產(chǎn)值能源利用率進行評價，判斷企業(yè)能耗利用率是否超標，超標比例多少，并找出超標最嚴重的10家企業(yè)作為重點關(guān)注企業(yè)。以圖表的方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。

細化能源使用過程的監(jiān)測，統(tǒng)計能源在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的使用情況，利用率，找出能源損失最嚴重的環(huán)節(jié)，重點考慮節(jié)能措施。

（2）節(jié)能潛力分析

同行業(yè)，對生產(chǎn)相同產(chǎn)品的生產(chǎn)線進行對比，分析不同的生產(chǎn)線的能源利用效率，給出更節(jié)能的生產(chǎn)線數(shù)據(jù)。類似生產(chǎn)線的能源使用情況，產(chǎn)品產(chǎn)量分析對比，分析不同的管理措施，帶來的節(jié)能效果。通過多重數(shù)據(jù)分析，判斷企業(yè)或生產(chǎn)線的節(jié)能潛力。

（3）節(jié)能效果分析

分析采用節(jié)能措施前后的能耗利用率，分析節(jié)能措施的節(jié)能效果。

配合企業(yè)進行先進設(shè)備采購測試工作，模擬使用新設(shè)備，新的生產(chǎn)工藝的節(jié)能效果，分析企業(yè)的投資回報比例，給企業(yè)技術(shù)改造提供參考數(shù)據(jù)。

8、信息發(fā)布功能

（1）政府公共網(wǎng)站發(fā)布

系統(tǒng)可將企業(yè)節(jié)能信息、節(jié)能措施，在政府公共網(wǎng)站發(fā)布，提升政府形象。

（2）手機短信、郵件發(fā)布

將定制的企業(yè)能源報表，以短信的方式發(fā)送到相關(guān)負責人的手機上；或以郵件方式發(fā)送給相關(guān)負責人。

9、系統(tǒng)安全管理

操作日志：所有用戶對系統(tǒng)的操作均記錄日志，日志可查詢。

系統(tǒng)自檢功能：系統(tǒng)對自身重要功能模塊進行監(jiān)控，如：接口、WebService等。當出現(xiàn)問題時，在客戶端給出告警，提示用戶處理。

數(shù)據(jù)庫自動重連:當出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中斷時，系統(tǒng)提示數(shù)據(jù)庫告警，且能夠在數(shù)據(jù)庫恢復后自動連接。

10、移動客戶端

手機、平板電腦?？赏ㄟ^移動終端直接訪問系統(tǒng)，實時查看企業(yè)能源數(shù)據(jù)。支持主流移動終端操作系統(tǒng)，如：Android、iOS等。

各硬件設(shè)備說明

智能電表

實時測量（總/A/B/C）有功功率值、無功功率值及視在功率、瞬時功率因數(shù)；各相電壓、電流有效值；電網(wǎng)瞬時頻率值。

計量正、反向有功電能，正、反向無功電能，四象限無功電能，以及A、B、C三相的分相正向有功電能；各種電能均可以按尖、峰、平、谷費率時段進行分時計量，得出不同費率的電能。

記錄正、反向有功，四象限無功，正、反向無功，尖、峰、平、谷各時段的最大需量及該需量出現(xiàn)的日期、時間。

記錄失壓、全失壓、失流、斷相等事件。

采用RS485通訊接口進行實時通信，默認波特率為9600。

兼容DL/T645-1997電表通訊協(xié)議和Modbus通訊協(xié)議。根據(jù)測量要求，選配不同規(guī)格的電表及互感器。

智能水表

實時采集用水量，采用RS485通訊接口進行實時通信，默認波特率為2400，采用Modbus通信協(xié)議。

智能水表分冷水表、熱水表兩種，根據(jù)實際測量點的水管口徑大小，選擇適合的水表。

智能氣表

實時采用用氣量,具有485通訊總線接口，默認波特率為2400，采用Modbus通信協(xié)議。

根據(jù)實際測量點的管道口徑大小，選擇適合的氣表。

傳輸采集器

高性能、高度集成化的一體化傳輸接入設(shè)備，支持2M、IP、PTN、GPRS、CDMA、TD、WCDMA、CDMA2000等多種傳輸組網(wǎng)模式。默認支持10路串口，其中3路RS485，7路RS232，可增加擴展板對串口數(shù)量進行擴展，最大可擴展8路串口，擴展串口可根據(jù)實際情況選擇RS232或RS485模式。

設(shè)備支持本地串口網(wǎng)管和遠程網(wǎng)管，方便參數(shù)配置。

結(jié)束語

能源是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，是制約經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要因素。抓好重點耗能行業(yè)和企業(yè)節(jié)能，對加快節(jié)約型社會建設(shè)具有重大意義。企業(yè)能源管理解決方案能使企業(yè)更好的完成資源調(diào)配、組織生產(chǎn)，可以對能源供應進行監(jiān)測，對能源信息進行合理的分析和利用，同時方便企業(yè)的計量和成本核算工作。通過企業(yè)能耗監(jiān)測，促進企業(yè)節(jié)能技改的發(fā)展，達到節(jié)能的目的，從而起到保護環(huán)境的作用。