安科瑞 劉邁

　　摘要：介紹如何利用新信息技術和平臺架構實現構建企業能源管理平臺，并且分析了該平臺的實現將在企業發揮的作用和產生的價值。

　　關鍵詞：能源管理；平臺架構；精細化

　　1 概述

　　目前石油化工企業普遍性的能源管理主要靠電子文件報表流轉，層級傳遞能耗數據，這種能耗管理已經和現代企業生產實際需求相脫離，容易導致決策偏差、發出指令滯后等問題，嚴重影響企業的競爭力。

　　中海石油化學股份有限公司基于對企業能耗情況和現有能源管理模式的充分分析在企業兩化融合體系基礎上進行能源管理業務和數據的集成，在確保生產工藝流程平穩運行的前提下，實現企業能源系統的在線監控、集中管理與優化調度，從而有效地提高企業能源管理水平和能源利用效率，為單體設備、各生產裝置和整個企業的多方面節能提供充分支撐。

　　構建企業能源管理平臺，主要通過對能源數據的采集及能耗數據的計算、分攤、平衡等處理，實現班組、裝置及企業層次的能耗計算，通過對重要耗能設備的監控分析，班組能耗考核的管理實現節能降耗的目的。本文從幾個方面概述研究內容與應用的關鍵技術問題。

　　2 技術路線與平臺簡介

　　能源管理平臺的未來發展將向能源預測、能源計劃、能源優化調度和節能控制進一步發展和加強，通過質量、環保、公用工程及設備工藝優化等各方面因素的支撐實現節能減排的效率，主要從幾個方面概述研究內容與要解決的關鍵技術問題。

　　2.1 技術路線

　　該平臺采用架構分別為后臺設施層、數據中心層、應用平臺層、應用系統層和用戶層。

　　后臺設施層：為系統的框架提供運行、算法、技術等支撐。

　　數據中心層：將系統獲得的數據進行清洗、去重、歸檔、存儲等處理和加工，形成分門別類的數據單元和數據庫，并且與兩化平臺數據庫進行數據互通，從而為平臺層、應用層和接口提供支持。

　　應用平臺層：是平臺內部各個業務單元的處理節點，通過業務邏輯層可將應用層和接口層發來的指令進行處理，并將結果給到應用層和接口。接口的主要功能是根據外部業務系統的服務請求來進行接口調度和管理，如對接外部的大數據平臺、認證平臺等。

　　應用系統層：是基于數據面向客戶的應用展示，通過應用層用戶可對有關內容進行查看、導出，為部門決策提供素材。

　　用戶層：是基于權限管理展示應用設計，通過權限設置調用應用層應用。

　　平臺提供統一權限管理，統一消息管理，統一工作流平臺，統一日志管理，實時服務，統一通信管理，統一定時管理。

　　該平臺設計時采用當前信息系統建設平臺化建設思維，主要核心是：前臺輕量化，后臺引擎化，可靈活地適用組織需求化，其主要包括以下幾部分：

　　(1)基礎數據支撐環境共享化，不同基礎數據來之不同的系統，實現與兩化平臺、各裝置報表系統、生產調度日報、大數據平臺等多系統平臺形成數據共享，支撐起系統的基礎數據環境。

　　(2)業務應用系統平臺化，集成采用統一入口，單點登錄等相關技術建設以兩化平臺及生產管理系統為核心，與其他已有系統基于數據、入口、流程、業務級的連接，實現對本地數據、生產實時采集數據的各項業務數據集成。

　　(3)監測管護系統平臺化，采用模塊化、插件管理及引擎技術等一系列擴展技術。

　　2.2平臺簡介

　　(1)能源數據采集

　　主要是對企業能源消耗點進行數采，把以前由人工抄表，再輸入系統的工作，轉化為系統自動獲取水、電及氣等數據采集。同時能源采集還包括對采集數據通過分析計算得出各種重要耗能設備需要監測的數據，例如能效。

　　(2)能源監控

　　能源監控主要是把能源計量數據、能耗數據及生產過程各種數據通過實時、匯總、統計和對比等各種操作，并以簡單易懂的圖像形式在大屏之中展示，可供生產管理部調度人員及時了解了整個生產過程的情況，為調度提供強有力的決策支撐。

　　(3)能源管理

　　主要對生產能源數據的管理、平衡生產數據、數據展示和統計。根據實際業務需要劃分的模塊有：班組能耗、碳排放管理、開停車能耗管理、對標管理、耗能設備管理、能源數據管理、外購能源管理、文檔管理、合理化建議、報表管理、企業數據上報、基礎數據管理和系統設置管理等，共有12個大模塊。

　　(4)能源模型

　　能源管理模型是指通過分析監測能源流數據，建立能源評估、預測與優化模型，對主要能源介質的生產和消耗進行預測，實現能源介質產、存、耗動態平衡，提高介質利用效率實現節能減排目標。比如建立效益預測模型，通過經濟效益分析得出裝置較優負荷建議值，以便為企業獲得比較大的經濟效益。還有對蒸汽管網進行建模評估，結合蒸汽產耗歷史數據進行模型計算，建立蒸汽管網的平衡圖。

　　2.3開發技術

　　采用B/S架構，傳統的B/S程序是由后端渲染好頁面，交給前端來顯示，為了使數據展現過程更加直接，提供更好的用戶體驗，經評估平臺采用新的前后端分離架構進行搭建，實現前后端解耦，前端框架將采用成熟的Js框架和Bootstrap，后端采用傳統分層架構、采用多層(N-Layer)邏輯架構，層與層之間是低耦合的，增加各層的獨立性，從而也提高了可測試性，降低系統的復雜度，大大提高系統的魯棒性。

　　通過前后端分離，可以適應現代流行的多終端的界面體系，表現層既可以在PC端訪問界面，也可以通過BI軟件在大屏幕進行展示，未來還可以通過移動端APP，甚至微信小程序等新的技術進行系統展現，而無需改動后端系統及邏輯。

　　基于漸進式框架構建用戶界面，Ajax完成請求數據傳輸。前端架構具有輕量級、高性能、高穩定性、可組件化的特點，相比舊的前端框架更具優勢。

　　前后端之間采用輕量級的WEB服務RESTful Web Services來實現資源訪問。為了實現REST訪問協議，系統采用了成熟的NET技術來實現后臺功能。后臺采用傳統Entity Framework和MVC架構進行搭建，此架構使用非常成熟，具有高度穩定性和擴展性。

　　3 企業實施能源管理平臺的價值

　　3.1能源實時監控與采集

　　實現對電力系統、蒸汽系統、天然氣系統等多種能源介質實行集中監控和管理；對能源流進行集中監測和管理，取消線下人工作業，實現從能源數據采集、能源計量分析、能源介質消耗分析、能耗管理上報整個過程自動化、科學化，是企業節能減排的重要基礎性工作。

　　3.2指導生產運行

　　采集到的能源數據通過生產流程圖、數據列表、圖表、大屏幕推送等多種方式展示，及時發現生產運行中的能耗變化，指導生產運行。

　　能源數據監控可有效地保證單位產品綜合能耗、萬元工業總產值綜合能耗等關鍵指標完成，實現了能源管控與生產的有機結合，確保生產平穩經濟運行。

　　3.3性能分析與優化

　　實現重要耗能設備能耗性能指標的計算，由計算引擎自動實時計算性能指標，深入分析生產運行和能耗情況，通過節能減排評估找到節能減排優化方法。

　　3.4能源管理精細化

　　通過對介質損耗的分析及時發現計量儀表問題，確保計量準確，減少管道輸送過程產生的損耗。通過建立量化的運行指標，將采集到的能耗數據通過計算實現班組、日、月能耗考核數據自動生成，為精細化管理提供考核手段。

　　3.5促進企業生產技術提升

　　實現主要耗能設備的臺賬管理及能耗水平識別，促進節能技術改造及落后耗能設備的淘汰。

　　4 安科瑞工業能源管理系統介紹

　　安科瑞企業能源管控系統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

　　5 應用場所

　　鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業、木材、工業園區、醫院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業。

　　6 系統結構

　　現場通過廠區局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

　　系統可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

　　現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

　　網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

　　平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

　　平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

7 系統功能

　　平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理。實時監測企業各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節能改造提供數據依據。

　　7.1平臺登錄

　　在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

7.2大屏展示

　　用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業及各區域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、產值等相關信息。

7.3首頁

　　首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業級統計數據。

7.4數據監控

　　對企業各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

　　能源實時監控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網絡圖、能源計量網絡圖等功能。

　　能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗報警提示等；

　　配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數、門禁水浸狀態及能耗數據。

　　實時統計：實時統計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

　　數據展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區域、不同設備的不同的能耗參數；

　　檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關處理操作，可以對報警參數進行在線設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗等報警提示；

7.5視頻監控

　　接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

7.6變壓器監控

　　展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

7.7儀表實時監控

　　展示各個水電氣儀表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

7.8能源中控

　　將所有有關能源的能源參數集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現各個產業線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

7.9用能統計

　　從能源使用種類、監測區域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

7.10分析

　　統計各個監測節點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

7.11產品單耗統計

　　與企業MES系統對接，通過產品產量以及系統采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。同時將產品單耗與行業/國家/國際指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

7.12績效分析

　　對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

　　7.13運行監測

　　系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視。可直接從動態監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

7.14自定義能耗報表

　　用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產各種報表，查看企業各個節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環比報表，支持導出報表。

7.15同比、環比

　　提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環比

　　7.16分析報告

　　以年、月、日對企業的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統計分析，讓用戶更加了解系統的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

7.17能耗設備用能

　　監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

7.18線損分析

　　根據節點、能源分類，查詢各個節點線路上的能源損耗數據，及時發現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。

7.19碳排放管理

　　按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，并進行同環比分析。對單位產值碳排放量進行計算，并結合減排指標實現超標預警，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

　　7.20電能質量監測

　　實時監測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

　　7.21運維管理

　　系統支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養需要。

7.22報警管理

　　針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業提前預警，避免發生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發與閉環處理。

7.23能耗抄表

　　可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

7.24能耗分析自定義時間抄表

　　可自定義時間段內各個拓撲節點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

7.25容需量報表

　　提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業實現容改需，降低基本電費。

　　7.26復費率報表

　　對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析，為企業分時用電，優化成本效益提供數據支持。

7.27文檔管理

　　對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統管理，支持文件的上傳和下載。

7.28 3D可視化大屏

　　對場景進行虛擬仿真，展示各區域運行及能源消耗情況，可實現分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監測點位的自定義綁定。

7.29 3D子系統

　　對各動力子系統進行虛擬仿真，展示子系統的動力管線、設備的實時狀態及能源消耗情況，可實現動態的能源流向效果。

7.30工業組態

　　可通過圖形化的編輯方式自定義組態圖，展示設備運行狀態及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監測數據。

7.31自定義駕駛艙

　　可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類統計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

7.32基礎數據管理

　　對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、能源、公示、及相關參數進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

7.33手機APP

　　APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、產線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

8 系統硬件配置

　　9 結論

　　總結分析了如何通過能源管理平臺的建設，實現對各種能源介質和重要耗能設備的實時監視、控制、優化調度和綜合管理，及時了解和掌握各種能源介質的生產、使用以及各種能源管網、關鍵耗能設備的運行工況，做到科學決策，正確指揮，確保安全、可靠、經濟運行，實現從經驗型到分析型調度職能的轉變。利用新信息技術實現在信息化、可視化、自動化及部分智能化四個方面內容，對化工企業建設能源管理平臺有非常重要的啟示作用，可指導企業如何發揮能源管理平臺的實施價值，從而提高企業能源利用效率和管理水平。

　　參考文獻

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