浅谈能耗远程在线监测系统在工业节能中的应用
摘要：为保证企业实现节能减排目标，设计和使用远程在线监测系统势在必行。远程在线监测系统是基于传感器与网络技术的优势，在企业区域各个位置针对性安装传感器，对实时数据进行采集、编码传输到远程管理系统。远程管理系统对采集的数据进行分析，计算出生产性能指标指导运行人员优化运行。
关键词：工业；远程；在线；监测系统；技术
0 前言
近年来，我国工业化、城镇化进程明显加快，消费结构快速升级，对能源需求旺盛，经济发展与环境保护矛盾突出。提高能源利用率，在环境友好的情况下进行社会发展已成为国家策略和社会共识。根据国家“十三五”发展规划，到2020年，全国万元国内生产总值能耗比2015年下降15%，能源消费总量控制在50亿tce以内，节能减排工作任重道远。
1 远程在线监测技术应用现状
目前，远程在线监测技术的应用仍有一定的局限性，在燃油、燃气等企业还未有效铺开，尚未涵盖到地方政府监督管理层，且未专门针对既有锅炉等设备特性进一步深化与集成创新。因此，深入探究工业远程在线监测系统具有十分重要的现实意义。
2 解决方案
2.1 数据采集层面
采用MODBUS通讯协议完成对能耗数据的采集，将数据以压缩加密方式通过网络传输到能耗在线监测预警平台数据中心服务器。由于数据采集具备断点续传功能，保证了采集数据的实时性和可靠性。企业内部采用二级采集方式：第一级面向各级生产系统，第二级为能耗系统（见图1）。
图1 数据采集方式
2.2 数学分析层面
运用大数据、云计算及建模技术解决系统数据量大、运算逻辑复杂、预测不准等问题。对系统数据量，首先要解决存储问题，然后是查询、检索及加工（处理）等。远程在线监测系统包含一系列大数据处理工具和方法，通过对数据的研究，将发现的问题和规律应用到相关领域。此外，云计算技术也将改变整个信息产业的生态环境，如基础设施、计算机、网络设备、及软件等。
2.3 统一平台层面
系统基于管控一体化信息平台，采用分布式部署方式。在整体需求的基础上，对系统业务功能及核心数据进行统一规划，以达到结构清晰和易于扩展。在设计中，遵循实用可行、适用易用、安全可靠、先进成熟、可扩展、可移植的原则，保证系统安全、稳定、有效运行，同时满足未来扩展需求。在功能方面，采用微服务方式，包括:能耗动态监管、能耗水平识别及评价、用能企业能效对标分析、用能企业节能分析及考核、城市能源预测及预警、决策支持及专家智能等。此外，系统还提供了报表分析、计算引擎、模型分析等十多种支持工具，以便能源数据的管理和分析。
3 远程在线监测系统在某用能企业中的应用
3.1 现场调研
在安装远程在线监测系统前，生产监视由仪表完成，数据采集来自人工的按时段抄表；缺乏分析工具，使所获数据不能反映当前能源消耗状况、不能预测未来消耗趋势、不能支持优化运行。
3.2 系统设计及实施
针对调研结果，远程在线监测系统的设计以现场数据采集为起点，向上依次包括数据传输层、数据存储层、支撑平台层、应用层和展示层。清晰的层次结构满足了企业的需求，保证了后续的扩展性，见图2。
图2 能源在线监测系统设计框架
3.3 项目培训、交付和运行维护
项目完成后，建立项目验收文档，由专家团队进行验收。验收内容包括项目过程文档、系统设计文档、系统测试文档等。项目验收合格后移交后期维护及技术服务工作给远程在线监测系统供应商。依托完整的运维体系，服务团队实现7×24h不间断服务，保证系统问题在15min内响应、2h内出具解决方案。同时，服务团队对系统运行状态进行监控，做到提前发现问题并及时解决，保证系统稳定运行。
3.4 系统应用成效
1）实现静态监管转为动态监管
通过建立标准化能耗采集监测体系，规范采集工作操作流程：对接入监测的数据进行规范处理，确保能耗在线监测数据的有效性，从而对生产过程及时优化和调整，保证节能优化。
2）实现单一部门管理转为联合办公管理
通过远程在线监测系统，以能耗为录入建筑、生产线、办公区域等能耗数据，实现数据共享，为企业节能减排、整体规划提供支撑，提高厂区各职能部门办公效率，降低监管成本。
3）实现由强制执行转为主动引导
建立公共服务平台，实现用能单位、节能服务公司及员工的紧密连接：通过平台发挥节能减排激励作用和示范效应，引导企业及员工提升能源利用效率、加强用能管理。
4）实现事后分析转为预测分析
在获取区域、生产线、能源使用、消耗、配置及调度情况的基础上，对历史能耗数据进行挖掘，并利用大数据技术对全厂能源日平均消费量趋势进行分析，从而对库存周转情况进行监督，如储备预警等。采用大数据技术、系统计算及模型优化，对能源消耗趋势进行准确预测，提前掌握行业、区域能源消费趋势，从而提前布局管控政策，保证节能准确执行。
5）实现电平衡、水平衡实时动态分析
通过对电、水、气、汽等开展能源平衡测试，及时发现耗能异常问题：系统通过饼图、柱状图等对能耗数据进行统计，对用能情况进行分析，通过能源平衡测试及在线监控，发现耗能，以挖掘潜力，缓解企业节能减排压力。
4 安科瑞用能单位能耗在线监测系统
1.系统概述
工业能耗在线监测系统是一个集成Intranet/Internet网络技术、GPRS无线传输技术、Web Service软件技术、数据库技术等于一体的大型数据综合管理系统。系统为管理者、各级能耗内部用户、浏览者提供了一个访问的网络通道，搭建了一个合理、信息传输平台和管理平台。工业能耗在线监测系统的开发应用为政府管理部门、企业生产管理、计量管理、节能管理提高到一个新的高度，是我们对节能减排、节能降耗实现的一种行之有效的解决方案。
能源组成及监测内容：
图3 能源组成
图4 监测内容
用电类：采集采暖、锅炉、空调、制冷、照明、办公、电梯、水泵、风机、通风机等耗电设备的用电信息。主要监测其用电量，对于大耗电设备监测其电流、电压及功率因数等信息。
配电类：采集6kv/10kv配电开关设备、变压器，状态信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能质量、电能量等。
用水：自来水和蒸汽；采集具有485通讯功能的智能热量表、蒸汽流量计、水表等；
用气：煤气、天然气；采集具有485通讯功能燃气表；
环境参数：采集具有485通讯功能的温度/湿度计；采暖空调供回水温度；
2.系统框架
图5 系统框架
(1)能源消费管理系统：该系统可以对用能企业煤、电、油、气、热、水等能源和耗能工质进行定期录入和实时采集，并将收集到的能耗数据进行整理存储，为汇总分析和上报作数据支持。
(2)能源利用状况信息报送系统
用能企业可通过该系统将企业本年度的《能源利用状况报告》，报送至市节能监察中心，经初审核后，上传至省节能监察总队审核，而后上报国家有关部门。
(3)单位能耗水平识别评价系统
利用用能单位能耗数据，对企业用能状况进行分析评价，查找问题。为政府节能管理部门掌握、分析信息和研究节能改造并制定相关政策措施提供科学的依据和平台。
(4)决策服务和专家咨询服务系统
系统提供直观、简明、快捷的数据信息查询和决策支持服务。对用能企业的能耗进行科学、合理的咨询指导，帮助用能企业做出及时、正确、可行、有效的解决方案。
(5)能耗预测、能源安全预警系统
通过系统掌握用能企业能源购置、使用、消耗及生产情况，对企业的用能情况进行综合的评判和分析，对比同期值和限定值，对能耗超标情况予以预警提示。
在获取能源使用的基础上，进行数据挖掘分析，实现能耗的预测分析功能，为政府相关部门的宏观决策提供支撑体系。
(6)节能监察及信息发布、法律法规知识培训系统：
通过该系统平台，可对省耗能企业做节能监察工作；发布节能法律法规标准以及能源基础知识、能源统计知识、节能监测方法等资料；处理日常节能管理工作相关的公文、通知、公告等。
3.系统网络结构
系统把数据信息从各个企业的能源监控中心采集到后台的数据库系统，经分析与处理，提供分析预测和预警功能。同时通过门户网站、无线终端等手段为省、市领导以及相关委办局提供了多方位、可视化的便捷服务。
图6 系统结构
4.能耗监测系统产品选型
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应用场景 |
型号 |
主要功能 |
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高压重要回路 或低压进线柜 |
APM810 |
三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI 2DO，RS485/Modbus，LCD显示 |
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低压联络柜、出线柜 |
AEM96 |
三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级 |
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动力柜 |
ACR120EL |
LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量；RS485/Modbus；可选复费率电能统计、需量统计；4DI 2DO；RS485通讯接口、Modbus协议 |
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DTSD1352 |
三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级 | |
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照明箱 |
DTSD1352 |
三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级 |
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DDSD1352 |
单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量；红外及RS485通讯；电流规格：10（60）A，有功电能精度1级，无功精度2级；可选配复费率 | |
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DDS1352 |
单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量；RS485通讯；电流规格：10（60）A，有功电能精度1级，无功精度2级；尺寸：1P | |
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给水管道 |
水表 |
计量流经给水管道用水的体积总量，适用于单向水流，采用电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据 |
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燃气管道 |
燃气表 |
计量流经燃气管道用气的体积总量，具有阀控功能，采用电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据，计量精度高，无需外部供电。 |
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集中供冷供热 |
冷热表 |
测量和显示用户的暖气供热量、中央空调的供冷量，由流量传感器、微处理器和配对温度传感器组成。温度传感器断路、短路时自动报警，电压低或收到攻击破坏时自动报警。通过RS485总线直接输出表盘数据，计量精度高。 |
5 结语
“面向典型用能企业能耗在线监测平台”的建设是信息化与节能工作相结合的可行方式，能有效提高企业能源利用率，挖掘企业节能潜力，对提高企业科学管理水平具有战略意义。
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