王璐月
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：智能能耗管理系統(tǒng)基于“互聯(lián)網(wǎng)+"，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測技術(shù)，對企業(yè)“電、水、氣"等能源消耗及供能、用能設(shè)備狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理，起到提質(zhì)、增效、降本、減存的作用。
關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；能耗管理
1 概述
1.1背景
隨著國家及社會層面對“綠色經(jīng)濟"，“低碳經(jīng)濟"的深入推廣，工業(yè)企業(yè)對自身的能耗水平也日益重視，并采取節(jié)能措施來降低企業(yè)能耗成本，提高工業(yè)企業(yè)能源利用率和經(jīng)濟效益。
根據(jù)2016年所發(fā)布的發(fā)改能源文件要求，國家能源委員會已經(jīng)聯(lián)合中央財經(jīng)小組聯(lián)合召開會議，并對智慧能源發(fā)展做出部署，從而使智能消耗符合新經(jīng)濟常態(tài)的發(fā)展要求，從長遠角度對能源產(chǎn)業(yè)進行布局，遵從綠色低碳理念，將智能化作為能源體系的發(fā)展基礎(chǔ)，當(dāng)信息技術(shù)和能源結(jié)構(gòu)組合在一起，能夠推動能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)和創(chuàng)新，促使能源產(chǎn)業(yè)符合供給側(cè)的結(jié)構(gòu)要求。在遵從該文件要求的情況下，我國智慧能源發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)從能源大國到能源強國的轉(zhuǎn)變，并提升能源利用效率。
1.2目標(biāo)及范圍
通過對供電、供氣、空調(diào)等相關(guān)能源進行統(tǒng)一的監(jiān)控管理，包括智能電表、智能氣表、車間環(huán)境溫度、風(fēng)柜、吊柜、氣閥、壓力等進行統(tǒng)一的監(jiān)控，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中化管理，同時系統(tǒng)會根據(jù)業(yè)務(wù)需求，通過大數(shù)據(jù)分析制定相對應(yīng)的能源智能控制策略，實現(xiàn)提質(zhì)、增效、降本、減存的目的。
2 系統(tǒng)拓撲圖
如圖1所示，系統(tǒng)從開始的終端設(shè)備（傳感器設(shè)備）采集，通過數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、匯聚到網(wǎng)絡(luò)控制器、設(shè)備控制箱，實現(xiàn)將串口協(xié)議信號轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)，然后由系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的采集頻率，把這些不同廠家產(chǎn)品的16進制數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，集中存儲在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中進行處理、過濾、統(tǒng)計。
圖1
3 系統(tǒng)設(shè)計
能源管理系統(tǒng)架構(gòu)采用基于J2EE框架，使用B/S結(jié)構(gòu)的MVC設(shè)計模式。B/S結(jié)構(gòu)可移植性強，可運行于不同操作系統(tǒng)（Windows、RedHatLinux等），真正實現(xiàn)了跨平臺部署。在MVC模式中，由于按層把系統(tǒng)分開，3個層各施其職，一旦哪一層的需求發(fā)生了變化，只需要更改相應(yīng)的層中的代碼而不會影響到其他層中的代碼。也更有利于開發(fā)中的分工，網(wǎng)頁設(shè)計人員可以進行開發(fā)視圖層中的JSP，對業(yè)務(wù)熟悉的開發(fā)人員可開發(fā)業(yè)務(wù)層，而其他開發(fā)人員可開發(fā)控制層。MVC模式首要的作用是利于組件的重用。可以把業(yè)務(wù)層或控制層打包成獨立的jar，供項目調(diào)用。
3.1接口
能耗管理系統(tǒng)管理的是大量的傳感器設(shè)備，傳感器設(shè)備采集到的是硬件數(shù)據(jù)，不同廠家還有不同的標(biāo)準(zhǔn)。這就需要能耗管理系統(tǒng)根據(jù)國家或行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定出一套統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，靈活地可根據(jù)用戶需要設(shè)定的采集頻率，把硬件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成關(guān)系型數(shù)據(jù)庫能存儲易于使用的數(shù)據(jù)。這個接口標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該能兼容現(xiàn)在大多數(shù)廠家的設(shè)備，并要考慮后續(xù)技術(shù)升級帶來的可擴展性。
3.2報表
報表統(tǒng)計分析是能耗管理系統(tǒng)運維質(zhì)量的度量依據(jù)，報表生成靈活，呈現(xiàn)多樣，能滿足用戶不斷變化的統(tǒng)計需求，報表分析能夠有序地展現(xiàn)能耗及能耗設(shè)備的所有指標(biāo)，生成各種分析報告和圖表，全面呈現(xiàn)系統(tǒng)的能耗使用情況、設(shè)備資源、告警統(tǒng)計、系統(tǒng)運行狀況等，為故障診斷、領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)的、可量化的依據(jù)。
能耗管理系統(tǒng)的表報分析主要的途徑就是用圖表的方式，直觀地展示能耗的使用情況。豐富的圖形展示方式，是本系統(tǒng)的一大特點。因此在系統(tǒng)中使用了大量的圖表，不同的圖形顯示方式。有折線圖、曲線圖、面積圖、餅形圖，甚至3D圖。
在能耗管理系統(tǒng)中使用了Highcharts。Highcharts是一個用純JavaScript編寫的一個圖表庫，能夠很簡單便捷地在Web網(wǎng)站或是Web應(yīng)用程序添加有交互性的圖表。HighCharts界面美觀，由于使用JavaScript編寫，所以不需要像Flash和Java那樣需要插件才可以運行，而且運行速度快。另外HighCharts還有很好的兼容性，能夠支持當(dāng)前大多數(shù)瀏覽器。
4 移動管理
當(dāng)故障來臨的時候，工程師不在或無法快速到達辦公區(qū)，應(yīng)該怎么辦？通過微信，運維人員可以對監(jiān)控的告警信息進行接收，通過查看相關(guān)的告警信息，從而快速地鎖定問題的所在。
移動運維將使IT運維人員不再受到地域的限制，可以在任何地方通過移動或無線網(wǎng)絡(luò)連接到平臺中進行運維工作的處理，再也不會因為突發(fā)事件找不到人員而造成重大后果，也不會因為突發(fā)事件需要趕往現(xiàn)場而延誤處理時間。
運用移動終端運維理念，將運維的監(jiān)控信息和告警信息從傳統(tǒng)的電腦、現(xiàn)場處理，轉(zhuǎn)化到移動手機終端處理，運維人員可通過手機在出差地、家中、休閑場所等，進行資源監(jiān)控信息的查看，告警信息的查看，擺脫了電腦的束縛。
實現(xiàn)微信小程序的監(jiān)控信息和告警信息的接收功能。
5 功能設(shè)計
如圖2所示。
圖2
5.1大屏可視化
在八宮格大屏展示中，設(shè)計能源管理系統(tǒng)UI展示4個模塊：供電、供氣、溫度、運維預(yù)警。每個模塊通過圖表的形式呈現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)。供電：雙曲線圖展示用電量趨勢、實時值與限定值對比；供氣：雙曲線圖展示用氣量趨勢、實時值與限定值對比；溫度：呈現(xiàn)溫度趨勢，直觀展示是否超限；運維預(yù)警：呈現(xiàn)不同模塊的運行狀態(tài)及系統(tǒng)異常信息。
5.2實時監(jiān)控
通過2D仿真將實際監(jiān)控管理的設(shè)備進行數(shù)據(jù)的綁定，便于呈現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)到系統(tǒng)中，便于上大屏進行管理，如若有告警，則會在當(dāng)前界面中即使閃爍提示。
5.3實時告警
對當(dāng)天告警信息進行統(tǒng)計，其中一個為告警等部分為實時告警列表，呈現(xiàn)已經(jīng)發(fā)生的告警消息。
5.4智能預(yù)警報警
在發(fā)生故障時，能源管理平臺可將預(yù)警報警信息進行分析，并通過短信、郵件、語音等方式及時將報警信息發(fā)送給相關(guān)負責(zé)人。
5.5能耗統(tǒng)計
能源消耗狀況分析的主要內(nèi)容有：用電量、用氣量。分析方法要運用多種分析方法，才能對能源的使用情況進行全面、系統(tǒng)、由量到質(zhì)的分析和研究、剖析和概括。常用的方法有：對比分析法；統(tǒng)計分組法、結(jié)構(gòu)分析法、動態(tài)分析法、因素分析法。通過使用不同分析方法，希望找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。
5.6能耗負荷的預(yù)測
在現(xiàn)在的技術(shù)下，電能還不能大量的儲存，保持電力系統(tǒng)在高峰時的供需平衡，并向各類用戶盡可能經(jīng)濟地提供可靠和合乎標(biāo)準(zhǔn)的電能，以滿足他們對負荷的需求，就是能耗負荷預(yù)測的意義。在系統(tǒng)中可以對以往的能源消耗數(shù)據(jù)進行多個維度的分析，全面、深入的了解能源消耗的設(shè)備工作原理，從而計算出企業(yè)在能源消耗方面的負荷信息。
5.7能源調(diào)度
利用能源管理系統(tǒng)為調(diào)度中心提供相關(guān)信息，促使調(diào)度中心及時給予正確指揮，實現(xiàn)能源合理化調(diào)度，強化對能源的分散或集中控制。
5.8能耗設(shè)備
企業(yè)需要對自身的能耗設(shè)備進行統(tǒng)一管理，將能耗設(shè)備分類，并明確標(biāo)識，將標(biāo)識作為管理能耗設(shè)備的紐帶，構(gòu)建關(guān)于能耗設(shè)備管理的框架，實現(xiàn)臺賬、檢修、缺陷及變更方面的管理。企業(yè)在對能耗設(shè)備實時管理的情況下，其能夠了解設(shè)備的具體運行狀態(tài)及效率，并及時將能耗較大或者是已經(jīng)出現(xiàn)故障的設(shè)備進行維修或淘汰，避免因為設(shè)備故障而造成安全事故。
5.9能耗對標(biāo)
針對企業(yè)的年度、季度能源消耗數(shù)據(jù)進行分析，了解單個產(chǎn)品的能耗、整個工廠的能源消耗、產(chǎn)品生產(chǎn)工序的能源消耗，從多個維度對企業(yè)進行能耗分析，能夠了解企業(yè)本身和其他同行業(yè)企業(yè)之間的差距，優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)工藝，對設(shè)備進行改造升級。
5.10能耗指標(biāo)
強化對企業(yè)生產(chǎn)工序的管理，明確不同工序所需要消耗的能源指標(biāo)，根據(jù)企業(yè)自身所具備的資源狀況，構(gòu)建關(guān)于能源指標(biāo)的管理體系，優(yōu)化不同生產(chǎn)工序的能源消耗狀態(tài)，對生產(chǎn)設(shè)備進行對比，選擇其中能耗較小的設(shè)備，有效落實企業(yè)能源管理工作。
5.11能源審計
收集企業(yè)能源消耗數(shù)據(jù)，對企業(yè)能源消耗情況進行審計，了解企業(yè)在能源節(jié)省方面所存在的缺點，擬定企業(yè)能源改造方面的目標(biāo)，并將該目標(biāo)數(shù)據(jù)提交給審計部門，確保企業(yè)能夠為了能源改造的目標(biāo)實現(xiàn)而努力。
5.12系統(tǒng)配置
系統(tǒng)配置主要包含用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、報警策略配置、系統(tǒng)參數(shù)維護等功能，便于用戶維護系統(tǒng)數(shù)據(jù)，配置用戶權(quán)限、報警策略等。
6 安科瑞能耗監(jiān)控系統(tǒng)介紹
Acrel-5000能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關(guān)規(guī)定實施能源審計，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上人民政府管理節(jié)能工作的部門報送能源審計報告。
6.1平臺結(jié)構(gòu)
Acrel-5000能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)以計算機、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無線通訊中的一種或多種結(jié)合的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集及遠程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，它可以和檢測設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱?、分級、分布式智能一體化結(jié)構(gòu)。建立如下層次結(jié)構(gòu)：
圖3 能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
6.2平臺功能
(1)系統(tǒng)可按使用年份統(tǒng)計建筑物各分類能耗——電、水、氣、集中供熱、集中供冷以及其它能源消耗量，自動折算成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量，從而反映建筑物當(dāng)年各分類能耗用能和綜合能耗。系統(tǒng)以餅圖形式展示建筑4大用電分項能耗的占比情況。系統(tǒng)以曲線圖形展現(xiàn)各類能耗的消耗的消耗趨勢，便于業(yè)主方實時直觀掌握能源消耗情況。
(2)系統(tǒng)可以根據(jù)分類能耗的支路名稱查詢用能情況，顯示當(dāng)日和當(dāng)月的用能峰值。顯示當(dāng)日用能、當(dāng)月用能、當(dāng)年用能與昨日同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比較情況。以條形顯示過去48小時、31天、12個月、3年的能耗情況。右上角顯示過去15分鐘曲線（電表顯示功率曲線，流量表顯示流速曲線）。
(3)系統(tǒng)依據(jù)建筑物能源消耗的分布情況進行能耗計量點的選取和設(shè)置，使得能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以覆蓋整個建筑物。系統(tǒng)使用者可通過相關(guān)界面調(diào)取該建筑物各能耗節(jié)點的能耗統(tǒng)計報表，減少用能的“跑、冒、滴、漏"和計量誤差。
(4)系統(tǒng)依據(jù)住建部分類分項能耗數(shù)據(jù)采集導(dǎo)則，將建筑物耗電分為照明插座、空調(diào)、動力和特殊用電進行計量裝置選型和設(shè)置，并按用能區(qū)域或功能區(qū)域等劃分并進行統(tǒng)計，以報表和同、環(huán)比棒圖形式展現(xiàn)該區(qū)域的能源消耗。
(5)系統(tǒng)可針對能源消耗量大的設(shè)備或區(qū)域進行準(zhǔn)確定位，便于管理層制定節(jié)能績效考核制度，推動節(jié)能降耗的有效執(zhí)行。為用能重點設(shè)備建立運行記錄檔案，長期跟蹤記錄設(shè)備運行過程中的能效分析評估結(jié)果，結(jié)合設(shè)備維護保養(yǎng)記錄，為設(shè)備的運行維護提供依據(jù)。
(6)系統(tǒng)提供分級權(quán)限管理功能，對具備權(quán)限用戶提供開放的信息維護接口，用戶可自行對建筑和系統(tǒng)監(jiān)測范圍內(nèi)計量點的信息進行增、刪、改和查詢，建筑物信息包括建筑類型、建設(shè)年代、建筑面積、建筑物人員數(shù)量等。系統(tǒng)還對無法自動采集的計量信息提供手動錄入功能，便于使用者掌握建筑物總體能耗情況。
6.3數(shù)據(jù)上傳
安科瑞能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)按照重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范定義的系統(tǒng)平臺接口協(xié)議規(guī)范的要求，將用能企業(yè)的基礎(chǔ)信息、計量器具信息、用能數(shù)據(jù)及能效數(shù)據(jù)上傳至省級或國家平臺，上傳數(shù)據(jù)經(jīng)過HTTPS協(xié)議加密傳輸。如果數(shù)據(jù)傳輸失敗或超時（網(wǎng)絡(luò)故障），將重發(fā)數(shù)據(jù)，直至接收成功反饋消息。
6.4能源計量表具選型
7 結(jié)語
能耗管理系統(tǒng)，搭建了一個合理、高效的信息傳輸平臺和管理平臺，形成一套行之有效的節(jié)能減排解決方案，及時預(yù)測企業(yè)的能源消耗數(shù)據(jù)，完成對企業(yè)能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測和預(yù)測，實現(xiàn)對能耗數(shù)據(jù)的預(yù)警，為企業(yè)決策提供了多方位、可視化的數(shù)據(jù)信息查詢和決策支持服務(wù)，達到科學(xué)用能、科學(xué)管理的目的。
方案沒有實現(xiàn)根據(jù)性能指標(biāo)，設(shè)備負荷情況對能耗設(shè)備的回斷控制功能，這是下一步系統(tǒng)要升級解決的問題。
更新時間：2023-11-30 
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