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浅谈工业能耗监测管理系统设计与应用

发布时间:2020-07-09   点击次数:134次

摘要: 节约资源是一项基本国策,深入推进能源资源的有效利用既是解决人类需求无限性与地球资源有限性矛盾的必然选择,也是缓解能源资源对经济社会可持续发展约束的必然要求。建立一套规范化的工业能耗监测管理系统,实现工业运行状态能耗的实时监测、动态预警。系统建设的目的在于有效推动建设资源节约型、环境友好型社会目标的进程 。  

关键词:工业;能耗监测;管理系统

1 需求分析

“十二五”时期是实现我国产业结构、资源消耗结构进一步调整优化,推进生产方式、消费方式转型升级,加快节约发展、低碳发展的关键时期。积极响应国家节能降耗号召,充分利用国家政策的杠杆作用,走新型工业化发展道路,有效推动建设资源节约型、环境友好型社会目标的进程。随着工业化、城镇化进程加快和消费结构升级,能源需求呈刚性增长,经济社会发展面临的资源环境瓶颈约束更加突出,节能减排工作难度不断加大。“十二五”规划建议中明确提出:到2015年,全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤,比2010年的1.034吨标准煤下降16%,“十二五”期间,实现节约能源6.7亿吨标准煤。虽然节能减排面临巨大挑战,但也面临难得的历史机遇。全民节能环保意识不断提高,产品结构调整力度不断加大,科技创新能力不断提升,节能减排激励约束机制不断完善,这些都为“十二五”期间推进节能减排创造有利条件。

2 总体设计

为满足“城市工业能耗监测管理系统”建设的总体要求,系统采用SOA架构、分布式部署、多层结构的管控一体化信息平台。在保证结构清晰、灵活配置、易于扩展的基础上,对系统的业务功能及核心数据进行统一规划从逻辑架构、功能架构、网络拓扑3个角度进对该系统进行总体设计。

2.1 系统逻辑架构 

系统的建设明确与“城市能源与环境监测管理中心”综合管理平台的数据对接、整合集成,以及与已建异构系统“城市工业能耗在线监测系统”之间的数据整合,系统的总体逻辑架构如下: 

(1)数据采集层

数据采集层主要实现对城市工业领域用能企业能耗数据的采集获取,包括实时采集和网上直报两种数据获取模式,为实现城市工业企业能耗情况的动态监管及综合管理提供海量数据支撑。

(2)数据传输层 

基于IEEE1888(泛在绿色控制网络协议)应用安全的数据传输层主要实现对全市工业企业能耗数据通过 Internet网络、GPRS/3G无线网络等方式,以“标准数据传输协议”传输到工业能耗监测管理系统的数据 中心服务器。同时具备断点续传功能,保证企业采集能耗数据的实时性、可靠性。 

(3)数据存储层 

从能耗监测管理平台处理的数据考虑,本系统的数据存储包括从企业现场采集的实时数据和工信委对工业企业进行管理的业务数据。从数据源的形式出发,采用实时数据库和关系数据库分别进行存储。通过 ETL数据提取、转换和加载,将分散的、异构数据源中的数据加载到数据仓库中,为联机分析处理、数据挖掘提供数据支撑。

(4)支撑平台 

支撑平台是该应用软件系统的基础支撑,包括中件、基础工具、基础服务及基础平台: 

计算引擎工具:支撑平台具备独立计算引擎,负责对实时数据进行加工处理 ,并将结果写人实时或者关系数据库。 

模型分析工具:具备核心的模型分析功能,为用户提供多种数学算法模型,实现包括基础统计、预测分析、算法优化、数据挖掘等在内的功能。 

报表开发工具:针对工业能耗监测管理所需的数据报表管理应用需求,提供完善的报表开发工具,实现报表的设计、管理以及应用。

多维数据分析:具备多维数据分析功能,结合工业能耗监测管理的业务需求,组建多维分析模型,对以多维形式组织起来的业务数据进行各种分析操作,帮助行业管理者进行多维度、多指标的数据挖掘和综合分析,以便支撑决策。 

中心GIS平台:本系统中的 GIS应用是基于全市统一的GIS平台,根据中心GIS平台所提供的地理信息基础服务,完成基础GIS功能 (企业导航、能耗分布及能耗预警情况GIS展示 )。 

(5)应用层 

实现对全市监测范同内用能企业能耗数据的实时采集、报表上报、在线监测、汇总分析;为市领导 、节能管理部门提供预测预警、对标分析等决策服务:通过专家智能系统为工业企业能耗进行合理 、科学的咨询和指导。 

(6)展示层 

本系统的建设采用配置工具、WebGis、组态监控等方式,实现对城市工业能耗监测管理系统的可视化展示。 

配置工具:建设功能配置工具,完成对系统的主要功能配置和数据配置。

WebGis:提供WebGis展示功能,实现本系统监测范围内实时采集企业的基础信息、能耗分布、能耗预警等现场情况和地理信息的有机结合,以便于政府领导与行业管理部门对城市工业能耗情况的全局化掌控和可视化管理。 

组态监控:对企业工段和关键位置提供组态监控,完成对企业现场的组态模拟,并通过配置来完成工业现场能耗实时数据在组态图中的显示。  

2.2  系统功能架构

“城市工业能耗监测管理系统”的功能设计立足于城市级领导、节能管理部门、各行业领域工业企业监测工业领域能源运行情况,服务于能源管理发展规划等多层次需求,其总体功能架构设计如下 : 

基础数据:系统的基础数据包括实时采集数据和企业填报数据,共同构成“城市工业能耗监测管理系统”的基础数据。其中,实时采集数据涵盖城市监测范围内规模以上用能企业的水、电、油、煤、气、汽等常规能源品种。 

数据处理:基于平台计算引擎和各种数学模型,实现对系统基础数据的深加工。支持平台上层应用及展示。 

应用功能:从政府用户和企业用户两个视角分别建设“城市工业能耗监测管理系统”。政府端系统的业务应用功能建设包括:填报数据接收审核、汇总分析、决策支持、实时监测分析、专家智能、GIS等子系统。 

企业端系统的业务应用功能建设包括:数据填报、综合分析、生产实时监测分析、企业决策支持等子系统 。 

基础功能:包括数据管理中心、平台配置管理、平台采集监测 、数据接口规范、基础支撑服务等功能 。 

上报接口:实现与上级省系统进行数据交换 。 

2.3 网络拓扑结构

“城市工业能耗监测管理系统”的网络构建采用模块化设计法,将整个网络划分为不同的功能区域 ,用于部署不同的应用,使得平台总体网络架构具备高灵活性、可伸缩性和高可用性。 

结合城市信息中心、工信委等节能主管部门的实际网络建设情况,系统总体网络规划数据中心上层网络、企业数据采集网络和外部节点网络3部分构成 。 

系统网络的建设通过采用严密的网络安全策略、配备网络安全设备,从网络层、网络设备、核心数据等多个层面进行网络安全保护,保证数据中心网络与外网的安全隔离及系统核心数据的安全性。系统总体网络拓扑设计如下: 

数据中心网络建设:依托城市政务外网,进行“城市工业能耗监测管理系统”数据中心上层网络的建设。数据中心网络是系统平台建设的基础,承担着系统安全稳定运行、提供对外访问服务、实现数据互联互通,是各层网络间访问的“枢纽”通道。为确保系统的安全性,将数据中心网络规划为中立区和安全区两部分。

企业数据采集网络建设:工业现场的实时采集数据上传以互联网传输为主要通信链路,不具备有线传输的情况下,可通过无线 GPRS/3G或其他专用网络实现数据通信 。 

外部节点网络建设:对于系统外部的访问节点,如公众用户访问、企业用户访问及数据填报,均通过互联网实现网络通信。 

3 安科瑞工业能耗系统介绍

安科瑞工业能耗系统采用自动化、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,监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况,通过数据分析、挖掘和趋势分析,帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、重大能耗设备的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、用能预测、碳排分析,为企业加强能源管理,提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

3.1 系统结构

3.2 系统功能

3.2.1 大屏展示

大屏展示企业水电气当前用量、能源消耗趋势、产能走势、各类能源占比、各类能源消耗日/月/年同比,以及当前天气情况、污染情况,并三维展示企业重要工艺或工段的能源消耗动态。

3.2.2 能源看板

展示企业电能峰平谷能耗统计占比,区域或重要工艺综合能耗占比和统计分析,碳排放量核算;并从企业管理需求出发,展示各重点监测区域的能耗比例、公司单位产品能耗和单位产值能耗同比分析,让企业一目了然地掌握能源消耗水平,以便及时做好节能减排策划。

3.2.3 能耗分析

从能源使用种类、监测区域、生产工艺/工段时间、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。

3.2.4运行监测

系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集,监测重点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。

3.2.5 移动端支持

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、效率分析、同环比分析、能耗折标、用能预测、运行监视、异常报警等。

3.3 现场设备选型

4  结语

系统实施后可大量缩减人工操作环节、提高工作效率、保证数据的真实有效,同时,降低数据统计工作中出现差错的可能性。在此基础上,系统提供的统计监测预测预警工具可实现统计报表展现、危情预警 、决策预测功能,为进一步实现节能管控手段转型升级、节能管理深入发展,提高城市工业企业能源利用效率和工业用能管理水平的重要手段。 

参考文献

[1]焦琳,顾国章.上海市工业能耗和工业增加值的关系——基于状态空间模型的分析[J].中国科技产业,2008,04:113—114.

[2]张铮.城市工业能耗监测管理系统设计与实现[J].

[3]安科瑞企业微电网设计与选型手册.2019.11版.

 

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