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谈企业能源监测管理系统解决方案
2012/9/20 17:02:41
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1 概述
在我国的能源消耗中，工业是我国能源消耗的大户，能源消耗量占全国能源消耗总量的70%左右。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》提出：“十一五”期末单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20%左右，这一指标是“十一五”规划目标中最重要的约束性指标之一，也是我国“十一五”期间节能工作的奋斗目标。因此，加强企业能源计量管理，开展企业节能降耗行动，提高能源利用率是减少资源消耗、保护环境的最有效途径，也是我国走新型工业化道路的重要内容，这对于提高企业经济效益，缓解社会经济发展面临的能源和环境约束，完成“十一五”规划目标有着十分重要的意义。
为了能使企业更好的完成资源调配、组织生产、部门结算、成本核算，需要建立一套有效的自动化能源数据获取系统，对能源供应进行监测，以便企业实时掌握能源状况，为实现能源自动化调控扎下坚实的数据基础，同时方便企业的计量和成本核算工作。
能源数据具有标准化、专业化、科学化、时效性强的特点，采集难度较高。同时，考虑到能源数据对于企业决策的重要意义，以及能源本身具备危险性的特点，需要对企业建立的能源数据获取系统提出更高的要求。因此，企业能源管理系统（以下简称EMS）必须满足专业性强、实时性好、可进行远程资料交换、可用性强的需求。
2 企业能源管理的现状和需求
企业认识到数据资料对于企业管理的重要性，并采用各种仪器、仪表对能源数据进行采集，并派专人对仪器、仪表、与采集的数据进行现场维护、抄取，并逐级统计、上报，建立数据库对数据进行管理。这样的缺点是手工操作效率低，不能满足大范围的数据采集需要。因此，建立企业能源管理系统，是深化企业管理、维护企业的正常运营具有重要意义。
企业能源管理系统对于一个企业来说其安装范围包括总厂供水用量（无论是地下水还是城市管网供水）数据采集，供水水压，水温等实时数据采集，各个分厂供水用量数据采集，其他相关独立核算部门数据采集等。各个分厂产品产量采集等。动力分厂实时供给数据采集，动力分厂生产各种能源产品实时数据采集或登记等。其他各种能源的总厂供给数据和各个独立核算单位的供给数据采集或记录。由于企业能源管理是一个复杂和庞大的计算机信息化系统。这需要企业内部完善的企业局域网（Intranet）系统的有力支持。就目前各个企业的现状而言，基本上都建立起了其内部Intranet，而且建立在企业内部局域网系统的各种应用系统也在逐渐完善的过程中，企业能源管理系统就是建立在企业内部局域网系统的一种应用系统，它需要与企业其他应用系统（如企业内部办公系统）紧密结合，协调完成各项工作。
由于能源管理系统涉及范围广、数量和类别较多，所采用的通信协议不一致，各个企业所采用的计量设备也千差万别，各个企业和分厂车间的不同能源系统也不尽相同。因此，我们采用统一管理界面，分别采集的方法。在下面系统结构中我们会详细介绍。
3 企业能源管理系统解决方案综合描述
3.1 方案设计简介
安科瑞公司研发的企业能源管理系统，现场数据采集基于安科瑞自主研发的网络电力仪表，在信息传递方面，基于Acrel-2000系统实现信息交换、分检服务系统，这样企业各应用程序得到的，都是各自订阅的关键数据，可大幅度提高数据处理的效率。
能源数据包括三种：能源供给状态数据、能源供给整点数据、能源供给累加数据，每种数据都有不同的应用范围。而能源供给状态数据是所有数据的基础，其它两种数据是通过仪器、仪表、手工录入或计算程序得到，是其它应用系统需要的关键数据。因此，安科瑞的能源数据采集系统，就是在撷取能源供给状态数据的同时，能将其它应用程序需要的关键数据分检出来，主动发送到各应用程序，满足各部门的办公、处理需要，在监测的同时，满足结算、决策的需求。
3.2 整体设计原则
针对目前国内外能源数据采集系统的水平，我们对企业能源管理系统提出如下的设计原则：
◆采用先进、成熟、实用的技术
目前能源数据采集系统技术的发展已经比较成熟，我们现在规划的是面临21 世纪的系统，要经得起时代的考验。因此，在技术上要追求先进，在使用上要求简便实用，而且，在技术上要讲究成熟、可靠，不带有任何试验性质的应用。
◆系统应具有集中统一的管理能力，为系统管理大大提供方便
根据实际的管理体制，公共安全管理是集中统一的，因此，我们的系统具有多级集中统一的管理中心，并实施科学合理的管理，使监控技术发挥最高的效用。
◆系统应具有开放性、可扩性、兼容性和灵活性
以安全为核心，系统具有开放性，能有机地与其它系统连接，融合成一个整体。系统范围大小差异很大，要求系统能适合多种规模，要有较强的可扩性；能随时适应对系统的扩容要求。系统具有很强的兼容性和灵活性，能适应产品的升级换代，是系统设计的一个重要思想。
◆系统的设计和产品的选择应标准化、规范化系统的设计和产品的选择标准化，规范化是必须的。
◆系统必须具有安全性、可靠性、容错性
系统设备的安全性可靠性是个非常重要的指标。为避免操作人员误操作等，致使系统工作不正常，要求系统具有较强的容错性和自检功能。
◆合理的性能价格比在系统设计时，从实际出发，在有限的价格下，追求最高的性能。
3.3 系统模块的组成
系统网络拓扑图
上图为Acrel-2000电力监控系统网络拓扑图，企业EMS主要有以下几个可以独立运行的子系统（SubSystem）组成：
数据浏览录入系统：该系统主要功能有以下两部分，一、给企业内网web发布实时能源数据，并生成各种报表、曲线、图表等。为各个相关部门，企业决策层提供科学的依据。二、能源数据手工录入。对于一些未设置自动化采集的监测点，需要该仪表的抄表员固定时间从该系统录入仪表数据，该功能同样适用于企业资金不足，设置自动化监测点很少，对于
其它需要大量投入资金改造的人工监测点，即可采用手动录入的方式，这样在减少资金投入的同时，可以最大限度的对各种能源数据进行信息化管理。同时，在企业需要时，可以通过企业计算机安全管理网络对外网（Internet）发布实时能源数据，供有权限的企业人员进行远程浏览。为了保证数据安全，一般情况下能源数据不允许外网人员进行数据录入和修改。
数据采集系统：主要完成能源数据的实时采集，上报的功能。该系统是企业能源管理数据的主要来源。企业能源管理所需的各种重要状态数据都要依赖安科瑞（Acrel）可靠的数据采集终端INDTU-051G/10完成。采集系统主要由中心接收服务器，下位采集终端两部分组成。INDTU同RS232/485同计量仪表相联，获取实时数据，然后通过移动GPRS网络或者厂区内网把实时数据发送给中心数据接收服务器。由于INDTU采用嵌入式操作系统，具备较强的运算能力与开放性。并且内置了信息自动采集组件，能根据信息变化主动向网络上报信息，取代传统的数据库轮循，保证数据的实时传递的同时，大幅度减少网络数据通讯量和中心服务器的负担，保证中心服务器的稳定可靠。同时，INDTU内置存储可选模块，可以根据用户需要保存一定时间的数据，保证在通讯链路故障时的数据不会遗失。最大限度的保证数据的完整性，连续性。
数据中间件：该系统主要完成从其它企业现有的MIS系统或监控系统获取所需数据，并导入企业能源管理系统数据库，供能源管理系统使用。该数据中间件不会影响现有的其它系统，只是从企业现有系统中读取能源管理系统所需的信息，并不会给该系统写入任何信息。
因此，该系统的数据流向是单向的，可以充分保证现有其它系统的安全。根据企业现有需要获取数据的系统不同，需要定制开发不同的数据中间件。以满足企业需求。同时，不同应用系统所能提供数据获取方式也不尽相同，需要区别对待，分别处理。
能源管理系统应用：该子系统是主要是提供给企业能源管理系统的各种应用，分享能源信息化带来的成果。该系统主要由两部分组成，应用出版服务器，能源管理客户端。应用出版服务器主要把能源管理的各种数据发布给企业其它的应用系统，例如财务管理系统。其它应用主要根据其订阅的不同获取不同的数据。能源管理客户端主要完成能源管理的各种初始化，采集点的添加，删除。总厂，分厂的数据统计，核算。各个采集点的数据监测，报警，web发布数据的增减，各种人员权限的管理，分配。各种日常报表的生成。各种数据曲线，饼图，柱状图的生成等等工作。
3.4 系统特点
本系统采用分布式部署，充分发挥各构件的运算能力，将系统效能、处理速度发挥到极致，优点与效益还表现在几个方面：
◆稳定性与开放性兼顾。INDTU具备环境适应能力强的特点，可部署在环境恶劣的现场，满足仪器设备数据撷取的需要。系统稳定，可长期连续工作，不需现场维护；
◆实时性高。通讯量少。由于采用数据主动上报的方式，大大减少的网络通讯量，同时又保证了数据的实时准确性。
◆各个子系统之间相互独立依存性弱。本系统的各个子系统之间相互独立，可以自成系统，可以分期，分批建设。无论是web数据浏览录入，还是实时数据采集都是相互独立，又同过企业数据库相互关联。因此，各个企业可以根据自身的情况，分时分批的建设，最大限度的减少资金投入。
◆系统投资报酬高。系统充分应用了所有子系统的运算能力，使中心端专注于数据的接收和分发工作，在保证效率、效能的基础上，降低对硬件的需求，可降低企业对硬件的投入。并且当采集点多、数据量大时，可对系统进行方便的分布、丛集部署，而这种部署能同样充分保证系统的稳定性、安全性、和经济性；而关系型数据库仅用来储存满足历史查询、结算、核算等应用需求的数据，也可大大提高数据库的服务效能；
◆应用拓展性能力强。随着应用的不断延伸，企业数据的需求范围将不断扩大，系统可方便实现不同硬件、软件平台间的数据交换，可充分满足企业在不同发展时期对信息服务的不同需求。
3.5 主要监控与计量表计
（1）高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表
| 图1 ACR330ELH电力仪表 |
（2）低压联络或出线回路选ACR220EL电力仪表
| 图2 ACR220EL电力仪表 |
（3）动力柜、照明箱选ACR120EL电力仪表或导轨式电表
| 图3 ACR120EL电力仪表 |
ACR120EL电力仪表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；2DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：开孔尺寸80×80mm，开孔尺寸72×72mm。适用于动力柜，见图3。
| 图4 DTSD1352导轨式电表 |
| 图5 DTSF1352导轨式电表 |
| 图6 DDSF1352导轨式电表 |
照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量，见图6。
（4）ARTU-P32遥脉单元
ARTU-P32遥脉单元用于采集电量或非电量能源，如氧气、水、煤气的脉冲，见图7。
4 能源数据划分及其形态
| 图7 ARTU-P32遥脉单元 |
一次能源是指企业从外部获取的能源。例如水、电、蒸汽、煤、煤气、天然气、汽油、柴油等。一次能源企业自身不能生产，需要从外部获取，为了获取该能源，需要付出相应的成本。
二次能源是指企业自身生产的能源。例如纯水、压缩空气、氮气、冷冻水、冷却水、采暖水等。该能源是企业用一次能源经过自身动力车间或分厂经过二次加工产生的能源，生产二次能源需要消耗企业一次能源和人工成本，同时二次能源供给企业其他的生产部门使用。但是对于企业各个核算单位，要独立核算各个部门的能源消耗。包括一次能源和二次能源。
EMS系统按能源形态分为液体介质、气体介质和电能液体介质：如工业用水、生活用水、软水、工业用油、石油、柴油、化工液体等等气体介质：如高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、工业用气、压缩空气、氩气、氧气、氮气、蒸汽、天然气等等；电能：如380V 动力电、6KV 高压、110KV高压等各种规格中的电压、电流、频率等电量及各种电力设备的运行情况等等；能源数据按供给形式主要划分为三种类型的数据能源供给状态数据、能源供给整点数据、能源供给累加数据。
能源供给状态数据主要是满足实时监测的需要，一般采集频率较高，无需长时间保存历史数据。例如蒸汽实时温度、压力等数据。该数据主要完成企业对能源质量实时监测，及时调整能源供给质量。一般情况下无需实时保存每一个数据。
能源供给整点数据是为满足管理、计量用的资料，主要记录整点时能源供给的状态值或累加值。具有采集频率低，时间精度要求高的特点，作为管理、计量、结算的依据，必须保存。
能源供给累加数据是一段时间内能源供给值的累加，主要是为决策、核算提供资料依据，是企业领导决策、企业财务核算所关心的重要资料，对维护企业的正常运营具有重要意义，必须保存。
5 企业能源管理系统软件结构
企业能源管理由以下几个功能软件组成。各个软件之间相互独立，通过数据库将各个软件系统紧密结合在一起。同时，不会因为某一个软件的故障，而影响其它软件的正常运行。
◆WEB浏览及录入系统软件
◆无线数据接收软件
◆DTU采集软件
◆数据导入中间件软件
◆能源管理客户端软件
◆能源管理接口网关
6 结束语
该方案是概要介绍我公司能源管理系统的一些基本状况。与用户现有采集，能源管理系统相比，具有投资少，效益高，信息化程度高，系统稳定可靠的特点。在我国节能降耗大的趋势下，企业能源管理系统必能为企业带来可观的效益。
参考文献
[1]上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2010.08版.
[2]石家庄亿邦科技有限公司产品资料.
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