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(cè)技術(shù)，對(duì)企業(yè)“電、水、氣"等能源消耗及供能、用能設(shè)備狀態(tài)的動(dòng)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(guó)家及社會(huì)層面對(duì)“綠色經(jīng)濟(jì)"，“低碳經(jīng)濟(jì)"的深入推廣，工業(yè)企業(yè)對(duì)自身的能耗水平也日益重視，并采取節(jié)能措施來(lái)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(jì)效益。
根據(jù)2016年所發(fā)布的發(fā)改能源文件要求，國(guó)家能源委員會(huì)已經(jīng)聯(lián)合中央財(cái)經(jīng)小組聯(lián)合召開(kāi)會(huì)議，并對(duì)智慧能源發(fā)展做出部署，從而使智能消耗符合新經(jīng)濟(jì)常態(tài)的發(fā)展要求，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度對(duì)能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)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(dòng)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(guó)智慧能源發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)從能源大國(guó)到能源強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，并提升能源利用效率。
1.2目標(biāo)及范圍
通過(guò)對(duì)供電、供氣、空調(diào)等相關(guān)能源進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控管理，包括智能電表、智能氣表、車(chē)間環(huán)境溫度、風(fēng)柜、吊柜、氣閥、壓力等進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中化管理，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)業(yè)務(wù)需求，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析制定相對(duì)應(yīng)的能源智能控制策略，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)、增效、降本、減存的目的。
2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D
如圖1所示，系統(tǒng)從開(kāi)始的終端設(shè)備（傳感器設(shè)備）采集，通過(guò)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(shí)現(xiàn)將串口協(xié)議信號(hào)轉(zhuǎn)換為T(mén)CP/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(jìn)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(chǔ)在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行處理、過(guò)濾、統(tǒng)計(jì)。
圖1
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(jì)模式。B/S結(jié)構(gòu)可移植性強(qiáng)，可運(yùn)行于不同操作系統(tǒng)（Windows、RedHatLinux等），真正實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)部署。在MVC模式中，由于按層把系統(tǒng)分開(kāi)，3個(gè)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(huì)影響到其他層中的代碼。也更有利于開(kāi)發(fā)中的分工，網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行開(kāi)發(fā)視圖層中的JSP，對(duì)業(yè)務(wù)熟悉的開(kāi)發(fā)人員可開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)層，而其他開(kāi)發(fā)人員可開(kāi)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(dú)立的jar，供項(xiàng)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(guó)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(kù)能存儲(chǔ)易于使用的數(shù)據(jù)。這個(gè)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(jí)帶來(lái)的可擴(kuò)展性。
3.2報(bào)表
報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析是能耗管理系統(tǒng)運(yùn)維質(zhì)量的度量依據(jù)，報(bào)表生成靈活，呈現(xiàn)多樣，能滿足用戶不斷變化的統(tǒng)計(jì)需求，報(bào)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(bào)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(jì)、系統(tǒng)運(yùn)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(bào)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(diǎn)。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(gè)用純JavaScript編寫(xiě)的一個(gè)圖表庫(kù)，能夠很簡(jiǎn)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(xiě)，所以不需要像Flash和Java那樣需要插件才可以運(yùn)行，而且運(yùn)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(dòng)管理
當(dāng)故障來(lái)臨的時(shí)候，工程師不在或無(wú)法快速到達(dá)辦公區(qū)，應(yīng)該怎么辦？通過(guò)微信，運(yùn)維人員可以對(duì)監(jiān)控的告警信息進(jìn)行接收，通過(guò)查看相關(guān)的告警信息，從而快速地鎖定問(wèn)題的所在。
移動(dòng)運(yùn)維將使IT運(yùn)維人員不再受到地域的限制，可以在任何地方通過(guò)移動(dòng)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接到平臺(tái)中進(jìn)行運(yùn)維工作的處理，再也不會(huì)因?yàn)橥话l(fā)事件找不到人員而造成重大后果，也不會(huì)因?yàn)橥话l(fā)事件需要趕往現(xiàn)場(chǎng)而延誤處理時(shí)間。
運(yùn)用移動(dòng)終端運(yùn)維理念，將運(yùn)維的監(jiān)控信息和告警信息從傳統(tǒng)的電腦、現(xiàn)場(chǎng)處理，轉(zhuǎn)化到移動(dòng)手機(jī)終端處理，運(yùn)維人員可通過(guò)手機(jī)在出差地、家中、休閑場(chǎng)所等，進(jìn)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(shí)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(jì)
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(jì)能源管理系統(tǒng)UI展示4個(gè)模塊：供電、供氣、溫度、運(yùn)維預(yù)警。每個(gè)模塊通過(guò)圖表的形式呈現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。供電：雙曲線圖展示用電量趨勢(shì)、實(shí)時(shí)值與限定值對(duì)比；供氣：雙曲線圖展示用氣量趨勢(shì)、實(shí)時(shí)值與限定值對(duì)比；溫度：呈現(xiàn)溫度趨勢(shì)，直觀展示是否超限；運(yùn)維預(yù)警：呈現(xiàn)不同模塊的運(yùn)行狀態(tài)及系統(tǒng)異常信息。
5.2實(shí)時(shí)監(jiān)控
通過(guò)2D仿真將實(shí)際監(jiān)控管理的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的綁定，便于呈現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)到系統(tǒng)中，便于上大屏進(jìn)行管理，如若有告警，則會(huì)在當(dāng)前界面中即使閃爍提示。
5.3實(shí)時(shí)告警
對(duì)當(dāng)天告警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中一個(gè)為告警等部分為實(shí)時(shí)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(bào)警
在發(fā)生故障時(shí)，能源管理平臺(tái)可將預(yù)警報(bào)警信息進(jìn)行分析，并通過(guò)短信、郵件、語(yǔ)音等方式及時(shí)將報(bào)警信息發(fā)送給相關(guān)負(fù)責(zé)人。
5.5能耗統(tǒng)計(jì)
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(yùn)用多種分析方法，才能對(duì)能源的使用情況進(jìn)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(duì)比分析法；統(tǒng)計(jì)分組法、結(jié)構(gòu)分析法、動(dòng)態(tài)分析法、因素分析法。通過(guò)使用不同分析方法，希望找出能源使用過(guò)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(guò)程中的浪費(fèi)。
5.6能耗負(fù)荷的預(yù)測(cè)
在現(xiàn)在的技術(shù)下，電能還不能大量的儲(chǔ)存，保持電力系統(tǒng)在高峰時(shí)的供需平衡，并向各類(lèi)用戶盡可能經(jīng)濟(jì)地提供可靠和合乎標(biāo)準(zhǔn)的電能，以滿足他們對(duì)負(fù)荷的需求，就是能耗負(fù)荷預(yù)測(cè)的意義。在系統(tǒng)中可以對(duì)以往的能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行多個(gè)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(jì)算出企業(yè)在能源消耗方面的負(fù)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(shí)給予正確指揮，實(shí)現(xiàn)能源合理化調(diào)度，強(qiáng)化對(duì)能源的分散或集中控制。
5.8能耗設(shè)備
企業(yè)需要對(duì)自身的能耗設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，將能耗設(shè)備分類(lèi)，并明確標(biāo)識(shí)，將標(biāo)識(shí)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(shí)現(xiàn)臺(tái)賬、檢修、缺陷及變更方面的管理。企業(yè)在對(duì)能耗設(shè)備實(shí)時(shí)管理的情況下，其能夠了解設(shè)備的具體運(yùn)行狀態(tài)及效率，并及時(shí)將能耗較大或者是已經(jīng)出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)行維修或淘汰，避免因?yàn)樵O(shè)備故障而造成安全事故。
5.9能耗對(duì)標(biāo)
針對(duì)企業(yè)的年度、季度能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解單個(gè)產(chǎn)品的能耗、整個(gè)工廠的能源消耗、產(chǎn)品生產(chǎn)工序的能源消耗，從多個(gè)維度對(duì)企業(yè)進(jìn)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(duì)設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)。
5.10能耗指標(biāo)
強(qiáng)化對(duì)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(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行對(duì)比，選擇其中能耗較小的設(shè)備，有效落實(shí)企業(yè)能源管理工作。
5.11能源審計(jì)
收集企業(yè)能源消耗數(shù)據(jù)，對(duì)企業(yè)能源消耗情況進(jìn)行審計(jì)，了解企業(yè)在能源節(jié)省方面所存在的缺點(diǎn)，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(jì)部門(mén)，確保企業(yè)能夠?yàn)榱四茉锤脑斓哪繕?biāo)實(shí)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(bào)警策略配置、系統(tǒng)參數(shù)維護(hù)等功能，便于用戶維護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，配置用戶權(quán)限、報(bào)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(cè)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(duì)水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過(guò)對(duì)用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類(lèi)能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源審計(jì)，分析現(xiàn)狀，查找問(wèn)題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實(shí)可行的節(jié)能措施，并向縣級(jí)以上人民政府管理節(jié)能工作的部門(mén)報(bào)送能源審計(jì)報(bào)告。
6.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)
Acrel-5000能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用現(xiàn)場(chǎng)總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無(wú)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱印⒎旨?jí)、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(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
6.2平臺(tái)功能
(1)系統(tǒng)可按使用年份統(tǒng)計(jì)建筑物各分類(lèi)能耗——電、水、氣、集中供熱、集中供冷以及其它能源消耗量，自動(dòng)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(lèi)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(xiàng)能耗的占比情況。系統(tǒng)以曲線圖形展現(xiàn)各類(lèi)能耗的消耗的消耗趨勢(shì)，便于業(yè)主方實(shí)時(shí)直觀掌握能源消耗情況。
(2)系統(tǒng)可以根據(jù)分類(lèi)能耗的支路名稱(chēng)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(guò)去48小時(shí)、31天、12個(gè)月、3年的能耗情況。右上角顯示過(guò)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(jìn)行能耗計(jì)量點(diǎn)的選取和設(shè)置，使得能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以覆蓋整個(gè)建筑物。系統(tǒng)使用者可通過(guò)相關(guān)界面調(diào)取該建筑物各能耗節(jié)點(diǎn)的能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表，減少用能的“跑、冒、滴、漏"和計(jì)量誤差。
(4)系統(tǒng)依據(jù)住建部分類(lèi)分項(xiàng)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(dòng)力和特殊用電進(jìn)行計(jì)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以報(bào)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(duì)能源消耗量大的設(shè)備或區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確定位，便于管理層制定節(jié)能績(jī)效考核制度，推動(dòng)節(jié)能降耗的有效執(zhí)行。為用能重點(diǎn)設(shè)備建立運(yùn)行記錄檔案，長(zhǎng)期跟蹤記錄設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的能效分析評(píng)估結(jié)果，結(jié)合設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)記錄，為設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提供依據(jù)。
(6)系統(tǒng)提供分級(jí)權(quán)限管理功能，對(duì)具備權(quán)限用戶提供開(kāi)放的信息維護(hù)接口，用戶可自行對(duì)建筑和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)計(jì)量點(diǎn)的信息進(jìn)行增、刪、改和查詢，建筑物信息包括建筑類(lèi)型、建設(shè)年代、建筑面積、建筑物人員數(shù)量等。系統(tǒng)還對(duì)無(wú)法自動(dòng)采集的計(jì)量信息提供手動(dòng)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(cè)系統(tǒng)按照重點(diǎn)用能單位能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范定義的系統(tǒng)平臺(tái)接口協(xié)議規(guī)范的要求，將用能企業(yè)的基礎(chǔ)信息、計(jì)量器具信息、用能數(shù)據(jù)及能效數(shù)據(jù)上傳至省級(jí)或國(guó)家平臺(tái)，上傳數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)HTTPS協(xié)議加密傳輸。如果數(shù)據(jù)傳輸失敗或超時(shí)（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(jì)量表具選型
7 結(jié)語(yǔ)
能耗管理系統(tǒng)，搭建了一個(gè)合理、高效的信息傳輸平臺(tái)和管理平臺(tái)，形成一套行之有效的節(jié)能減排解決方案，及時(shí)預(yù)測(cè)企業(yè)的能源消耗數(shù)據(jù)，完成對(duì)企業(yè)能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dá)到科學(xué)用能、科學(xué)管理的目的。
方案沒(méi)有實(shí)現(xiàn)根據(jù)性能指標(biāo)，設(shè)備負(fù)荷情況對(duì)能耗設(shè)備的回?cái)嗫刂乒δ?，這是下一步系統(tǒng)要升級(jí)解決的問(wèn)題。
更新時(shí)間：2023-11-30 
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