亚美体育官方网站入口下载 陈聪

21世纪以来，我国经济水平逐步迈入世界前列，但企业生产过程中仍存在高能耗、低效率的问题，掣肘企业经济发展的同时，也为我国“双碳”政策的推进造成了阻碍，在很大程度上制约了我国的经济发展。本研究立足于节能减排发展战略，设计了一套针对用能单位的能耗监测与管理系统，以期能够通过该系统提高企业用能效率。建设企业能源管理系统不仅能够满足企业当前对能源管理的需求，而且能够随企业的持续发展而拓展。该系统的应用可显著减少企业在能源消耗方面的数据统计、表格维护、报告编制和数据处理等的成本。该系统通过在线分析监测数据，支撑企业实时监控能源消耗，进行统计和深入预测。这不仅为企业在节能减排和持续改进方面提供了可靠的数据基础，而且还强化了决策制定过程的有效性。

1 系统设计目标

(一)根据能耗数据实时自动采集，实现数字化能源管理基于亚美体育官方网站入口下载多功能电力测控终端，帮助企业实现能耗数据的自动采集和网络传输，实现全厂区的用电监测等。

        (二)搭建企业智慧用能管理平台，实现精细化管理基于上传的多时间尺度、多参数维度用能数据，该系统帮助企业搭建智慧用能管理平台，实现能耗数据自动报表统计，用能结构、用能趋势的可视化分析，用能实时监测及告警，安全、节能、降费优化建议与报告管理等，促进企业用能管理水平、管理效率的提升。

        (三)实现产量能耗监测评估，助力企业降低单耗单品能耗可直接反映企业生产工艺、生产效率情况，对同一产品不同生产车间、生产线进行单位能耗统计与分析，有助于企业找出生产差异。

        (四)实现企业用能安全、节能、降费的管控及优化目标基于智慧用能管理平台的数据分析结果，发现企业在安全、节能、降费3个层面的管控需求及优化空间，并分别为企业提供配用电系统亚美体育官方网站入口下载运维、配用电系统亚美体育官方网站入口下载节电、基本电费优化等解决方案，帮助企业实现用能优化，收获优化效益。

2 能耗监测与管理系统的设计

（一）系统设计思路

         亚美体育官方网站入口下载能源管理系统的构成包括几个关键组件：监控中心负责整体监管，主干通信网络确保系统内部信息流畅传输，现场监控网络实现现场数据的实时采集，多种亚美体育官方网站入口下载计量设备用于测量和记录能源使用，以及网络控制器是连接第三方亚美体育官方网站入口下载计量设备的关键接口。从安全用能、用能管理自动化、能耗监测与计量、能效提升、用能质量监测、亚美体育官方网站入口下载设备管理角度出发进行系统化设计，具体思路共分为如下6点：

充分结合企业目前现状及能源管理的特点，设计出科学、完善合理、功能齐全、可实施性强的能源管理平台技术方案；

根据能耗情况，以最终实现集水、电为一体的能源监控系统；

该系统使得能源使用能够在真实时间内进行在线监测，为能源管理人员提供了多级管理权限。这样，他们可以在任何时间、任何地点，实时查询能耗数据和状态；

充分体现效益，体现管理节能、技术节能的综合效益；

为制定能源政策提供详实的依据,以实现资源的科学管理、科学利用的目标；

根据各个配电室、监控中心、检测点之间的位置提供合适的通信方式及网线连接方案。

（二）系统功能设计

1.能源采集数据网络

        能源数据采集网络具有3大特点，即可靠性、冗余性以及可行性，以此实现对企业电、水、油、气等能源消耗数据的采集，通过构建能源数据网络，能够帮助企业实现能流高度集成控制，提高能源利用效率。

2.能源监测系统

        能源监控系统设计用于收集耗能设备的多种信息，包括但不限于设备的质量安全环保指标、生产核心指标和能源质量参数等，涵盖了一些关键的数据点。这个系统具备多种功能，不仅能实时监测设备的运行状态，还能分析能耗的历史趋势和模式，实时监控能耗情况，通过与生产管理系统的有机结合，实现企业生产作业的一体化管理。

3.能源管理系统

能源管理系统能够实现对企业作业能耗的管理，具体分为五个方面：

        用能实时监测。平台提供强大的用能分析功能，可在线查看图形化展示的各监测点的用能数据。通过对电、水、油等各类用能数据的分类分项计量，以及同、环、占比、排名、变化分析，可帮助企业掌握用能详细数据和发现异常用能，使节能降耗活动有的放矢，有据可依。

        用能报表。可按照日/周/月/年/任意时段等多种时间单位，以及产品/工序/车间等多个分析维度进行用能的统计分析，形成不同时间尺度下的用能报表，并能支撑Excel格式下载。

        碳排放计算。系统可以将不同能源介质的使用量转换成标准煤，形成企业的碳排放数据。可以按日、月统计，并具备同比、环比功能。系统内可对碳排放数据设置告警，可在碳排放超标前及时提醒企业采取相应措施。

        能源平衡。系统通过能流图的形式直观展示企业各类能源的使用方向，帮助企业管理者掌握企业对不同能源介质使用的平衡。

        电费分析。系统可按照电网企业计费方式，每个月自动生成企业的电费分析报告，分析企业各项电费占比及用电合理性。系统通过亚美体育官方网站入口下载分析，向用户建议更经济的电费报装方式，节省电费。同时，系统实时采集计算用户月度平均功率因数，可以设定阀值，自动提醒用户及时处理功率因数不达标问题，避免罚款。

3 能耗监测与管理系统的实现

       （一）能耗监测和管理功能的实现能耗监测与管理功能依托ESP-ISYS平台以及系统集成技术，以此构建亚美体育官方网站入口下载化能耗综合监测管理系统。本系统能够实现对企业能耗设备及设备相关信息的全范围采集，如设备信息、设备耗电情况、设备耗电预测等。同时，系统还能根据采集的生产数据、能耗信息进一步集成、管理关键能耗设备，以此优化设备能耗，提高能源使用效率。另外，本系统还能校正、诊断所采集的设备能耗数据，实时监控各能耗设备的运行情况，并对这些设备进行周期性故障诊断。一旦发现运行异常，便会开启警报功能。本系统应用到企业生产作业中，能够进一步帮助企业预测能源消耗，优化能源调配流程，实现对能源资源的集成管理和控制。

       （二）数据采集与自动化功能的实现

实现数据采集和自动化功能，核心依赖于系统的网络结构。该结构采用三层交换技术来进行局域网络的划分。在这种架构中，核心层，也就是系统的管理层，主要基于工业级以太环网的设计理念来构建，具体框架如图1所示。

         为了有效监控企业能耗设备的运行状况，不仅要通过数据采集模块同步收集能源使用数据，还需对关键能耗设备的环境质量安全数据、操作数据和生产数据进行详细采集。为了提升数据采集系统的能力，在一些生产设备的回路上安装计量仪表，并对那些无通信接口的计量仪表进行升级改造，以增加计量仪表的覆盖率。这些措施将促进系统在能耗监测与管理方面的效能。

（三）能源平衡和调度功能的实现

         为了有效利用能源平衡和调度功能，首先建立基于能耗数据采集与分析的框架。此外，系统中应整合一个优化的调度模型，进而能够根据能耗采集数据对企业生产能耗进行预测。同时，再加入动态模拟算法，还能够在预测能耗的基础上实现对企业生产能耗成本的评估，并结合各设备运行的情况制定能源优化调度方案，从而帮助企业实现节能减排的建设目标。

4 亚美体育官方网站入口下载企业能源管控系统概述

        亚美体育官方网站入口下载企业能源管控系统采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、工艺、车间、产线、班组、重大能耗设备等的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、碳排分析，为企业加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支撑。

5 应用场所

        钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、造纸、化工、物流、食品、水厂、电厂、供热站、轨道交通、航空工业、木材、工业园区、医院、学校、酒店、写字楼以及汽车制造、机电设备、电器产品、工器具制造等离散制造业。

6 系统结构

        现场通过厂区局域网和平台通讯，平台搭建在客户自己配置的服务器上。搭建完成之后，客户可以在任意能与局域网联通的地方，通过有权限的账号登陆网页以及手机APP查看各处的运行情况。

系统可分为三层：即现场设备层、网络通讯层和平台管理层。

        现场设备层：主要是连接于网络中用于水、电、气等参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电、耗水、耗气系统必要的基本组成元素。肩负着采集数据的重任，这些设备可为本企业各系列带通讯网络电力仪表、温湿度控制器、开关量监测模块以及合格供应商的水表、气表、冷热量表等。

        网络通讯层：包含现场亚美体育官方网站入口下载网关、网络交换机等设备。亚美体育官方网站入口下载网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器，亚美体育官方网站入口下载网关可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

平台管理层：包含应用服务器、WEB服务器和数据服务器，一般应用服务器和WEB服务器可以合一配置。

平台采用分层分布式结构进行设计，详细拓扑结构如下：

7 系统功能

         平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理。实时监测企业各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业加强能源管理，提高能源利用效率和节能潜力，为节能改造提供数据依据。

7.1平台登录

在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

7.2用户展示

用户登录成功之后进入大屏展示页面，展示企业及各区域的能耗折标、产值、异常、排名、占比、通讯情况，点击区域展示该区域的分类能耗、产值等相关信息。

7.3亚美体育官方网站入口下载

亚美体育官方网站入口下载展示峰谷平用电、变压器情况、年能耗趋势、单耗趋势、分类能耗等企业级统计数据。

7.4数据监控

      对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况，同时能更快的掌握点位的报警，并为企业削峰填谷、调整负载等技改措施提供数据支撑。

• 能源实时监控：对于水、电、气等能源消耗进行实时监测，确保用能环节的持续稳定运行，显示配电图、能流图、能源平衡网络图、能源计量网络图等功能。

  • 能流图：需要在能流图上对水、电、气的消耗情况进行实时展示；当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，同时支撑APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗报警提示等；

  • 配电图：将配电房真实情况画入配电图，实时展示接入的门禁、水浸、电水气等仪表的实时参数、门禁水浸状态及能耗数据。

  • 实时统计：实时统计工厂、车间、工序、设备的当年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

  • 数据展示：通过实时曲线和历史曲线展示不同区域、不同设备的不同的能耗参数；

• 检测：对能源报警信息进行集中显示，可以对报警阈值信息进行相关处理操作，可以对报警参数进行在线设置，当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，具备APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗等报警提示；

7.5视频监控

接入摄像头，实时掌控企业内实际情况。

7.6变压器监控    

      展示各电压器的负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析，找出更好的运行模式。根据运行模式调整负载，从而降低用电单耗，使亚美体育官方网站入口下载损失降低。

7.7仪表实时监控

展示各个水电气仪表的实时参数变化，以曲线图的方式展示。

7.8能源中控        

     将所有有关能源的能源参数集中在一个看板中，能从多个维度对比分析，实现各个产业线的对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

7.9用能统计

从能源使用种类、监测区域、车间、生产工艺、工序、工段时间、设备、班组、分项等维度，采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析，折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。

7.1*成本分析

统计各个监测节点（工厂、车间）的当年、季度、月、周、日各类能源消耗费用，其中电包括峰电量、峰电费、谷电量、谷电费以及平均电量和平均电费。

7.11产品单耗统计

      与企业MES系统对接，通过产品产量以及系统采集的能耗数据，在产品单耗中生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。同时将产品单耗与行业/国家/国际指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

7.12绩效分析

      对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、车间，产线、工段、设备等进行日、周、月、年、要求时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助企业了解内部能效水平和节能潜力，评定能源消耗是否合理。

7.13运行监测

      系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集，监测设备及工艺运行状态，如温度、湿度、流量、压力、速度等，并支撑变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据，支撑按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。

7.14自定义能耗报表

用户可通过自定义报表头与列，灵活生产各种报表，查看企业各个节点的能耗，单耗，成本，综合能耗等信息，并同比、环比报表，支撑导出报表。

7.15同比、环比

       提供能耗成本的图形对比分析，包括分时段（日、月、年）的同比、环比分析，分类、分时段、分项（地点、机构、设备）统计图形对比分析（柱状图、饼图、堆积图等）。

同比

环比

7.16分析报告       

      以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行仔细的统计分析，让用户更加了解系统的运行情况，并为用户提供数据基础，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。

7.17能耗设备用能

监控耗能设备运行、停机及异常状态，及时解决设备故障停运导致无法正常生产。

7.18线损分析

根据节点、能源分类，查询各个节点线路上的能源损耗数据，及时发现能量在使用过程中的跑冒滴漏和异常用能等浪费的问题，提醒用户及时进行干预。

7.19碳排放管理

      按照区域对碳排放总量的变化趋势进行统计，并进行同环比分析。对单位产值碳排放量进行计算，并结合减排指标实现超标预警，提升区域减排水平，促进碳达峰目标实现。

7.20亚美体育官方网站入口下载质量监测

实时监测谐波含量、三相不平衡度、功率因数等，确保功率因数不低于供电局考核指标，避免被罚款和设备出现故障。

7.21运维管理

       系统支撑设备日常巡检计划、派工、消缺、报修、派工等设备运维管理，方便运行管理人员的制定巡检计划、派工，巡检人员实行巡检、完成工单、巡检发现问题消缺，进行故障报修、跟进维修进度，满足日常巡检、设备维修保养需要。

7.22报警管理

      针对于电气正常开展、限电和能耗双控，实现电参量异常报警、电气火灾隐患报警、能耗超标报警、限电报警等，帮助企业提前预警，避免发生火灾事故和被罚款导致用能成本过高。支撑分级分类报警，可对报警进行派发与闭环处理。

7.23能耗抄表

可自定义时间段抄仪表的抄表值以及差值，可自定义抄表的分类分项。

7.24能耗分析自定义时间抄表

可自定义时间段内各个拓扑节点的能耗值，可自定义抄表能耗值的的分类分项。

7.25容需量报表

提供容需量报表，实时展示容量需量价格的变化情况，帮助企业实现容改需，降低基本电费。

7.26复费率报表

对尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析，为企业分时用电，优化成本效益提供数据支撑。

7.27文档管理

对国标、能源管理制度、能源指标体系等文件进行归档，可快速查询相关文档。对仪表台账进行系统管理，支撑文件的上传和下载。

7.28 3D可视化大屏

对场景进行虚拟仿真，展示各区域运行及能源消耗情况，可实现分层预览、转场展示、风格切换、亚美体育官方网站入口下载巡检等效果，支撑模型与监测点位的自定义绑定。

7.29 3D子系统

对各动力子系统进行虚拟仿真，展示子系统的动力管线、设备的实时状态及能源消耗情况，可实现动态的能源流向效果。

7.30工业组态

可通过图形化的编辑方式自定义组态图，展示设备运行状态及能源消耗情况，可上传自定义素材及绑定监测数据。

7.31自定义驾驶舱

       可通过图形化的操作方式自定义驾驶舱，以折线图、饼图、表格等图形展示采集数据及各类统计数据，数据源包括API、数据库查询、MQTT、Excel等方式。

7.32基础数据管理

对系统的项目、探测器、设备型号、电参量、节点、能源、公示、及相关参数进行配置、修改、删除等管理、进行用户添加和授权管理、合同管理。

7.33手机APP

       APP支撑Android、iOS操作系统，方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、产线比对、效率分析、同环比分析、能耗折标、事件记录、运行监视、异常报警、配电图、工艺流程图、能流图。

7.34常识产权证书

8 系统硬件配置

9 结束语

      相较于发达国家，我国在企业生产能耗管理方面较为落后，在能耗监测与管理系统的建设方面仍不够完善。在亚美体育官方网站入口下载化工业的背景下，企业生产、管理均已朝着现代化的方向发展，亚美体育官方网站入口下载化、自动化技术的应用效果愈发显著，不仅能够帮助企业降低生产成本，并且还能推动企业现代化管理的转型。现阶段，国内企业在能耗管理方面的研究逐渐增多，并取得了较为理想的效果，企业在降低高能耗和提升收益方面已取得初步的进展。通过建立能耗监控和管理系统，企业能够对关键能耗设备进行监控，对质量和环境数据进行分析，并利用能源调度与平衡功能，进一步优化能源利用效率，为企业后续生产制定可行的能源调度方案，这对于企业节能减排建设目标的实现有着重要意义。

参考文献

[1]杜彩文，陈勇，张宣，陈静．亚美体育官方网站入口下载化背景下用能单位能耗监测与管理系统设计研究.

[2]亚美体育官方网站入口下载企业微电网设计与选型手册.2022.05版.

[3]亚美体育官方网站入口下载企业能源管控平台.2023.06版.