摘要：环境问题已成为制约经济发展的主要因素，为此我国提出了节能减排的目标。但目前我国节能减排形势依然严峻。截至2015年，全国能源消费总量达到了约40亿吨标准煤。严峻的能源短缺与资源矛盾浪费日益激烈，对于企业，尤其是高能耗的工矿企业，以科技手段实现能源的实时监测与合理配置。

关键词：企业；能耗监测与能源管理系统；设计；实现

一、引言

随着进入深水区，我国的经济总量已跃居世界，但是目前的发展依然是建立在传统的高能耗、低效率的模式上，而目前环境问题愈发严峻，对经济发展的制约也越来 越严重，因此，我们采取的科学技术，加强对能源的控制，建立完善的企业能耗监测与能源管理系统。

二、企业能耗监测与能源管理系统的设计

2.1企业能耗监测与能源管理系统设计的目标

企业建立能耗监测与能源管理系统主要是为了对一些重要的耗能设备以及能源介质进行实时控制和监控，进而了解和掌握各种能耗设备的运行情况和耗能情况，为做出科学合理的决策提供依据，终达到能源系统、地运行的目标 。

设计能耗监测与能源管理系统的主要内容包含以下几点：(1)采集能源相关的数据和信息，对其进行实时监控；(2) 完善网络系统及自动化系统；(3)大限度地挖掘企业的节能潜力，从能源的计划、统计到终的考核形成的能源管理；(4)建立能源调度模型，从而给出优化能源调度的可行性意见和建议。

2.2企业能耗监测与能源管理系统的主要架构

2.2.1采集能源数据网络

能源数据采集网络可以在现有的基础上，按照可行性、冗余性和性将工矿企业的三级能源数据采集平台进一步完善，进而建立加实用的能源数据采集网络，以此来适应未来 能流高度集成的需要。

2.2.2能源监测控制

能源监测控制主要包含了和节能减排紧密相关的各种信息，比如的耗电设备和耗能设备、生产关键信息、质量环保信息、能源质量信息等，并且相关信息还涉及一些关键数据。能源监测具备不同的功能，比如状态监视功能、查询历史趋势、监控实时报表、集成实时监控等功能，再与生产管理系统进行集成，达到管控一体化的目的。

2.2.3能源管理平台

能耗监测与能源管理系统对整个计划、调度和操作、考核等过程进行闭环管理，从事前、事中和事后进行的考核口。

事前管理。能源管理系统与生产管理系统实现集成之后可以相关的生产信息，然后再针对各个能源建立耗能模型，并给出各工序能源介质的消耗以及生产计划，在事前做好静态管理。另外，能源管理系统与能源调度系统进行集成，可以对能耗信息进行一定的预测，然后再相关的能源优化调度建议。

事中监督。能耗监测与能源管理系统包含调度运行管理和质量环保管理对系统现场的运行状况进行的实时跟踪，还可以对能源设备进行在线监督，利用强大的数据分析和挖掘工具分析影响系统运行的不同因素，并对能源的调度和调整进行准确的指导，进而实现节能的目的。

事后考核。能耗监测与能源管理系统需要对能源进行控制和管理，因此，需要使本系统的计量结算功能、考核功能、报表功能、统计分析功能等得到实现。只有这些功能都得到实现才能能源的计划以及定额的执行情况、能源设备运行情况、环境与情况等。对一些额现象要进行处罚，节能现象要给予奖励。在系统的运行过程中要严格执行相关的考核制度，改善当前的高能耗、低效益发展模式。

2.2.4预测、调度能源模型

能耗监测与能源管理系统通过能流数据进行采集、监控 和分析，建立起能源的调度与预测模型。此模型可以对能耗情况进行准确的预测，还可以进行动态模拟计算，进而根据实际情况给出优化调度方案，通过对能源进行合理的调度，使能源的利用效率得到提高，继而实现节能减排的目的。

企业能耗监测与能源管理系统的实现

3.1 监测和管理能源功能的实现

监测和管理功能的实现主要是依据系统使用的ESP-ISYS系统和综合集成平台，进而建立对能源进行综合监控的系统。本系统可以对相关信息进行覆盖，比如质量环保信息、耗能和耗电设备信息等。能源管理平台对搜集到的三级能源数据以及关键的耗能设备的运行数据、相关生产数据、质量环保数据等进行进一步的集成和管理。

能源管理系统还可以对收集到的能源数据进行校正和诊断，对各个耗能设备进行实时监视、故障诊断与应急联动等功能，在实际的运行过程中可以结合能源优化调度系统实现能源的预测与优化调度等，进而实现能源管控的一体化。

3.2 数据采集与自动化功能的实现

本系统数据采集功能的实现主要是结合企业当前的网络 架构，利用三层交换技术实现局域网的划分。层一般采用 工业以太环网设计，图1为数据采集的网络示意图。

另外，为了满足本系统的要求，需要采集的能源数据包含了一些的耗能耗电设备运行数据、质量环保数据，以及与能源相关的一些生产数据等。在系统的具体运行过程中需要结合企业的实际情况设置相应的计量仪表，并且还需要改造没有通讯接口的计量仪表，这样不但可以提高能源仪表的配备 率，而且也为能源系统的监控与管理提供了坚实的保。

3.3 平衡和调度能源功能的实现

本系统中能源的调度与平衡功能的实现需要在对能源数 据的采集和分析的基础上进行，通过建立相关的优化调度模 型，实现对能源生产与消耗的预测。另外，可以借助在线系统 对能源进行动态模拟计算，还可以在预测和模拟的基础上对 未来一段时间内的能源消耗成本进行简要的预测，给出优 化的具体调度方案和意见，进而实现节能减排的目标。

四、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。

五、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，这些设备可为本公司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：包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能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，智能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：

六、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。

6.1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。

6.2大屏展示

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。

6.3页

页展示峰谷平用电、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。

6.4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，同时支持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；

6.5视频

接入摄像头，实时掌控企业内实际情况。

6.6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，使电能损失降低。

6.7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。

6.8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，帮助掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

6.9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。

6.10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。

6.11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/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。

6.12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、时段绩效统计按照能源计划或定额的绩效指标进行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。

6.13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，并支持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，支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。

6.14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，支持导出报表。

6.15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

6.16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。

6.17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。

6.18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。

6.19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标预警，提升区域减排水平，促进碳达峰目标实现。

6.20电能质量监测

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

6.21运维管理

系统支持设备日常巡检计划、派工、消缺、报修、派工等设备运维管理，方便运行管理人员的巡检计划、派工，巡检人员执行巡检、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。

6.22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。支持分级分类报警，可对报警进行派发与闭环处理。

6.23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。

6.24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。

6.25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。

6.26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持。

6.27文档管理

对、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，支持文件的上传和下载。

6.28 3D可视化大屏

对场景进行虚拟，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、智能巡检等效果，支持模型与监测点位的自定义绑定。

6.29 3D子系统

对各动力子系统进行虚拟，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。

6.30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。

6.31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。

6.32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。

6.33手机APP

APP支持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。

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