工業廠房如何通過能耗監測系統降本增效
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：為保證企業實現節能減排目標，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，計算出生產性能指標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策略和社會共識。根據“十三五”發展規劃，到2020年，全國萬元國內生產總值能耗比2015年下降15%，能源消費總量控制在50億tce以內，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全面鋪開，尚未全面涵蓋到地方監督管理層，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，將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臺數據服務器。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。企業內部采用二級采集方式：一級面向各級生產系統，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、云計算及建模技術解決系統數據量大、運算邏輯復雜、預測不準等問題。對系統數據量，首先要解決存儲問題，然后是查詢、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，將發現的問題和規律應用到相關領域。此外，云計算技術也將徹底改變整個信息產業的生態環境，如基礎設施、計算機、網絡設備、及軟件等。
2.3統一平臺層面
系統基于管控一體化信息平臺，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、適用易用、安全可靠、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:能耗動態監管、能耗水平識別及評價、重點用能企業能效對標分析、重點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重點用能企業中的應用
3.1現場調研
在安裝遠程在線監測系統前，生產監視由儀表完成，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、支撐平臺層、應用層和展示層。清晰的層次結構滿足了企業的需求，保證了后續的擴展性，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
項目完成后，建立項目驗收文檔，由專家團隊進行驗收。驗收內容包括項目過程文檔、系統設計文檔、系統測試文檔等。項目驗收合格后移交后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內響應、2h內出具解決方案。同時，服務團隊對系統運行狀態進行監控，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）實現靜態監管轉為動態監管
通過建立標準化能耗采集監測體系，規范采集工作操作流程：對接入監測的數據進行規范處理，確保能耗在線監測數據的有效性，從而對生產過程及時優化和調整，保證節能大化。
（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，以能耗為重點，錄入建筑、生產線、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
建立公共服務平臺，實現用能單位、節能服務公司及員工的緊密連接：通過平臺發揮節能減排激勵作用和示范效應，引導企業及員工提升能源利用效率、加強用能管理。
（4）實現事后分析轉為預測分析
在獲取重點區域、生產線、能源使用、消耗、配置及調度情況的基礎上，對歷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確預測，提前掌握行業、區域能源消費趨勢，從而提前布局管控政策，保證節能高效、準確執行。
（5）實現電平衡、水平衡實時動態分析
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，發現重點耗能，以挖掘潛力，緩解企業節能減排壓力。
4建筑能耗分析系統
4.1概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系統是用戶端能源管理分析系統，在電能管理系統的基礎上增加了對水、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計，以直觀的數據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慣，有效節約能源，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照有關規定實施能源審計，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，并向縣級以上人民管理節能工作的部門報送能源審計報告。
4.2應用場所
適用于公共建筑、集團公司、工業園區、大型物業、學校、醫院、企業等不同行業的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。
4.3系統結構
Acrel-5000建筑能耗分析系統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，根據現場實際情況采用現場總線、光纖環網或無線通訊中的一種或多種結合的組網方式，為大型公共建筑的實時數據采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測設備構成任意復雜的監控系統。開放性、網絡化、單元化、組態化的采用面向對象的分層、分級、分布式智能一體化結構。建立如下層次結構：
4.4系統功能
（1）系統概況
平臺運行狀態，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時、逐月曲線，當日，當月能耗同比分析滾動顯示。
（2）用能概況
對建筑、部門、區域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統計對比、總能耗同環比對比。
（3）用能統計
對建筑、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類能源用能進行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建筑數據進行生成柱狀圖。
（4）復費率統計
復費率報表按日、月、年統計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析。支持數據導出到EXCEL。
（5）同比分析
對建筑、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進行用能數據同比分析。
（6）能源流向圖
能源流向圖展示單棟建筑時段內各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標值查看。
（7）配電監測/管網圖
以變電站配電結構一次圖或建筑水、燃氣管網圖展示結構中各重要節點數據，方便用戶掌握能源運行時參數。
（8）夜間能耗分析
夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在時段工作時間與非工作時間用能統計對比，支持導出報表。
（9）三維展示
通過3D圖形方式展示項目現場模擬圖，以直觀的方式對項目中建筑或設備數據進行動態展示。
（10）設備管理
設備管理包括，設備類型、設備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設備，確保設備的運行。
（11）用戶報告
用戶報告針對選定的建筑自動統計各能源的月使用的同環比趨勢，并提供簡單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的復費率用能分析，報告可編輯。
5系統硬件配置
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應用場景 |
型號 |
圖 片 |
保護功能 |
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建筑能耗管理系統 |
Acrel-5000web |
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采用泛在物聯、云計算、大數據、移動通訊、智能傳感等技術手段可為用戶提供能源數據采集、統計分析、能效分析、用能預警、設備管理等服務，平臺可以廣泛應用于多種領域。 |
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智能網關 |
ANet-1E2S1 |
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采用嵌入式硬件計算機平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行網絡接口，作為信息采集系統中采集終端與平臺系統間的橋梁，能夠根據不同的采集規約進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數據采集匯總，并使用相應的規約轉發現場設備的數據給平臺系統。 |
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高壓重要回路或低壓進線柜 |
APM810 |
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具有全電量測量，電能統計，電能質量分析及網絡通訊等功能，主要用于對電網供電質量的綜合監控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設計，當客戶需要增加開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網通訊時，只需在背部插入對應模塊即可。 |
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APM520 |
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三相全電量測量，2-63次諧波，不平衡度，大需量，支持付費率，越限報警，SOE,4-20mA輸出。 |
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低壓聯絡柜、 |
AEM96 |
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三相多功能電能表，均集成三相電力參數測量及電能計量及考核管理，提供上24時、上31日以及上12月的電能數據統計。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測，帶有開關量輸入和繼電器輸出可實現“遙信”和“遙控”功能，并具備報警輸出，可廣泛應用于多種控制系統，SCADA系統和能源管理系統中。 |
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動力柜 |
ACR120EL |
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測量所有的常用電力參數，如三相電流、電壓，有功、無功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯網功能，非常適合于實時電力監控系統。 |
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DTSD1352 |
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DIN35mm導軌式安裝結構，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進行時鐘、費率時段等參數設置，精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業標準DL/T614-2007對電能表的各項技術要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現數據交換。 |
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AEW100 |
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三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 |
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照明箱 |
DTSD1352 |
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DIN35mm導軌式安裝結構，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進行時鐘、費率時段等參數設置，精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業標準DL/T614-2007對電能表的各項技術要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現數據交換。 |
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DDSD1352 |
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DDSD1352單相電子式電能表主要用于計量低壓網絡的單相有功電能，同時可測量電壓、電流、功率等電量，具有紅外通訊功能，并可選配RS485通訊功能，方便用戶進行用電監測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內，實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量，統計和分析。 |
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DDS1352 |
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單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量，紅外及RS485通訊，電流規格10（60）A，有功電能精度1級。無功精度2級，尺寸:1P |
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ADW300/4G |
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計量低壓網絡的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進行用電監測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內，實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量，統計和分析。 |
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ARCM300T-Z-4G |
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三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 |
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給水管道 |
水表 |
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計量流經給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術，通過RS485總線直接輸出表盤數據。 |
6結語
“面向典型重點用能企業能耗在線監測平臺”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。
參考文獻
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[2]觀研天下.2018年中國合同能源管理市場分析報告—行業深度調研與發展趨勢預測[Z].2018.
[3]何召輝,羅孝美,孫 翼.能耗遠程在線監測系統在工業節能中的應用
[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版.
