淺談能耗遠程在線監測系統在工業節能中的應用

摘要：為保證企業實現節能減排目标，設計和使用遠程在線監測系統勢在必行。遠程在線監測系統是基于傳感器與網絡技術的優勢，在企業區域各個位置針對性安裝傳感器，對實時數據進行采集、編碼傳輸到遠程管理系統。遠程管理系統對采集的數據進行分析，計算出生産性能指标指導運行人員優化運行。

關鍵詞：工業；遠程；在線；監測系統；技術

0 前言

近年來，我國工業化、城鎮化進程明顯加快，消費結構快速升級，對能源需求旺盛，經濟發展與環境保護矛盾突出。提高能源利用率，在環境友好的情況下進行社會發展已成為國家策略和社會共識。根據國家“十三五”發展規劃，到2020年，全國萬元國内生産總值能耗比2015年下降15%，能源消費總量控制在50億tce以内，節能減排工作任重道遠。

1 遠程在線監測技術應用現狀

目前，遠程在線監測技術的應用仍有一定的局限性，在燃油、燃氣等企業還未有效鋪開，尚未涵蓋到地方政府監督管理層，且未專門針對既有鍋爐等設備特性進一步深化與集成創新。因此，深入探究工業遠程在線監測系統具有十分重要的現實意義。

2 解決方案

2.1 數據采集層面

采用MODBUS通訊協議完成對能耗數據的采集，将數據以壓縮加密方式通過網絡傳輸到能耗在線監測預警平台數據中心服務器。由于數據采集具備斷點續傳功能，保證了采集數據的實時性和可靠性。企業内部采用二級采集方式：第一級面向各級生産系統，第二級為能耗系統（見圖1）。

圖1 數據采集方式

2.2 數學分析層面

運用大數據、雲計算及建模技術解決系統數據量大、運算邏輯複雜、預測不準等問題。對系統數據量，首先要解決存儲問題，然後是查詢、檢索及加工（處理）等。遠程在線監測系統包含一系列大數據處理工具和方法，通過對數據的研究，将發現的問題和規律應用到相關領域。此外，雲計算技術也将改變整個信息産業的生态環境，如基礎設施、計算機、網絡設備、及軟件等。

2.3 統一平台層面

系統基于管控一體化信息平台，采用分布式部署方式。在整體需求的基礎上，對系統業務功能及核心數據進行統一規劃，以達到結構清晰和易于擴展。在設計中，遵循實用可行、适用易用、安全可靠、先進成熟、可擴展、可移植的原則，保證系統安全、穩定、有效運行，同時滿足未來擴展需求。在功能方面，采用微服務方式，包括:能耗動态監管、能耗水平識别及評價、用能企業能效對标分析、用能企業節能分析及考核、城市能源預測及預警、決策支持及專家智能等。此外，系統還提供了報表分析、計算引擎、模型分析等十多種支持工具，以便能源數據的管理和分析。

3 遠程在線監測系統在某用能企業中的應用

3.1 現場調研

在安裝遠程在線監測系統前，生産監視由儀表完成，數據采集來自人工的按時段抄表；缺乏分析工具，使所獲數據不能反映當前能源消耗狀況、不能預測未來消耗趨勢、不能支持優化運行。

3.2 系統設計及實施

針對調研結果，遠程在線監測系統的設計以現場數據采集為起點，向上依次包括數據傳輸層、數據存儲層、支撐平台層、應用層和展示層。清晰的層次結構滿足了企業的需求，保證了後續的擴展性，見圖2。

圖2 能源在線監測系統設計框架

3.3 項目培訓、交付和運行維護

項目完成後，建立項目驗收文檔，由專家團隊進行驗收。驗收内容包括項目過程文檔、系統設計文檔、系統測試文檔等。項目驗收合格後移交後期維護及技術服務工作給遠程在線監測系統供應商。依托完整的運維體系，服務團隊實現7×24h不間斷服務，保證系統問題在15min内響應、2h内出具解決方案。同時，服務團隊對系統運行狀态進行監控，做到提前發現問題并及時解決，保證系統穩定運行。

3.4 系統應用成效

1）實現靜态監管轉為動态監管

通過建立标準化能耗采集監測體系，規範采集工作操作流程：對接入監測的數據進行規範處理，确保能耗在線監測數據的有效性，從而對生産過程及時優化和調整，保證節能優化。

2）實現單一部門管理轉為聯合辦公管理

通過遠程在線監測系統，以能耗為錄入建築、生産線、辦公區域等能耗數據，實現數據共享，為企業節能減排、整體規劃提供支撐，提高廠區各職能部門辦公效率，降低監管成本。

3）實現由強制執行轉為主動引導

建立公共服務平台，實現用能單位、節能服務公司及員工的緊密連接：通過平台發揮節能減排激勵作用和示範效應，引導企業及員工提升能源利用效率、加強用能管理。

4）實現事後分析轉為預測分析

在獲取區域、生産線、能源使用、消耗、配置及調度情況的基礎上，對曆史能耗數據進行挖掘，并利用大數據技術對全廠能源日平均消費量趨勢進行分析，從而對庫存周轉情況進行監督，如儲備預警等。采用大數據技術、系統計算及模型優化，對能源消耗趨勢進行準确預測，提前掌握行業、區域能源消費趨勢，從而提前布局管控政策，保證節能準确執行。

5）實現電平衡、水平衡實時動态分析

通過對電、水、氣、汽等開展能源平衡測試，及時發現耗能異常問題：系統通過餅圖、柱狀圖等對能耗數據進行統計，對用能情況進行分析，通過能源平衡測試及在線監控，發現耗能，以挖掘潛力，緩解企業節能減排壓力。

4 安科瑞用能單位能耗在線監測系統

1.系統概述

工業能耗在線監測系統是一個集成Intranet/Internet網絡技術、GPRS無線傳輸技術、Web Service軟件技術、數據庫技術等于一體的大型數據綜合管理系統。系統為管理者、各級能耗内部用戶、浏覽者提供了一個訪問的網絡通道，搭建了一個合理、信息傳輸平台和管理平台。工業能耗在線監測系統的開發應用為政府管理部門、企業生産管理、計量管理、節能管理提高到一個新的高度，是我們對節能減排、節能降耗實現的一種行之有效的解決方案。

能源組成及監測内容：

圖3 能源組成

圖4 監測内容

用電類：采集采暖、鍋爐、空調、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風機、通風機等耗電設備的用電信息。主要監測其用電量，對于大耗電設備監測其電流、電壓及功率因數等信息。

配電類：采集6kv/10kv配電開關設備、變壓器，狀态信号、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能質量、電能量等。

用水：自來水和蒸汽；采集具有485通訊功能的智能熱量表、蒸汽流量計、水表等；

用氣：煤氣、天然氣；采集具有485通訊功能燃氣表；

環境參數：采集具有485通訊功能的溫度/濕度計；采暖空調供回水溫度；

2.系統框架

圖5 系統框架

(1)能源消費管理系統：該系統可以對用能企業煤、電、油、氣、熱、水等能源和耗能工質進行定期錄入和實時采集，并将收集到的能耗數據進行整理存儲，為彙總分析和上報作數據支持。

(2)能源利用狀況信息報送系統

用能企業可通過該系統将企業本年度的《能源利用狀況報告》，報送至市節能監察中心，經初審核後，上傳至省節能監察總隊審核，而後上報國家有關部門。

(3)單位能耗水平識别評價系統

利用用能單位能耗數據，對企業用能狀況進行分析評價，查找問題。為政府節能管理部門掌握、分析信息和研究節能改造并制定相關政策措施提供科學的依據和平台。

(4)決策服務和專家咨詢服務系統

系統提供直觀、簡明、快捷的數據信息查詢和決策支持服務。對用能企業的能耗進行科學、合理的咨詢指導，幫助用能企業做出及時、正确、可行、有效的解決方案。

(5)能耗預測、能源安全預警系統

通過系統掌握用能企業能源購置、使用、消耗及生産情況，對企業的用能情況進行綜合的評判和分析，對比同期值和限定值，對能耗超标情況予以預警提示。

在獲取能源使用的基礎上，進行數據挖掘分析，實現能耗的預測分析功能，為政府相關部門的宏觀決策提供支撐體系。

(6)節能監察及信息發布、法律法規知識培訓系統：

通過該系統平台，可對省耗能企業做節能監察工作；發布節能法律法規标準以及能源基礎知識、能源統計知識、節能監測方法等資料；處理日常節能管理工作相關的公文、通知、公告等。

3.系統網絡結構

系統把數據信息從各個企業的能源監控中心采集到後台的數據庫系統，經分析與處理，提供分析預測和預警功能。同時通過門戶網站、無線終端等手段為省、市領導以及相關委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務。

圖6 系統結構

4.能耗監測系統産品選型

5 結語

“面向典型用能企業能耗在線監測平台”的建設是信息化與節能工作相結合的可行方式，能有效提高企業能源利用率，挖掘企業節能潛力，對提高企業科學管理水平具有戰略意義。

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