摘要: 節約資源是一項基本國策，深入推進(jìn)能源資源的有效利用既是解決人類(lèi)需求無(wú)限性與地球資源有限性矛盾的必然選擇，也是緩解能源資源對經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展約束的必然要求。建立一套規范化的工業(yè)能耗監測管理系統，實(shí)現工業(yè)運行狀態(tài)能耗的實(shí)時(shí)監測、動(dòng)態(tài)預警。系統建設的目的在于有效推動(dòng)建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )目標的進(jìn)程 。
關(guān)鍵詞:工業(yè)；能耗監測；管理系統
1 需求分析
“十二五”時(shí)期是實(shí)現我國產(chǎn)業(yè)結構、資源消耗結構進(jìn)一步調整優(yōu)化，推進(jìn)生產(chǎn)方式、消費方式轉型升級，加快節約發(fā)展、低碳發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。積極響應國家節能降耗號召，充分利用國家政策的杠桿作用，走新型工業(yè)化發(fā)展道路，有效推動(dòng)建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )目標的進(jìn)程。隨著(zhù)工業(yè)化、城鎮化進(jìn)程加快和消費結構升級，能源需求呈剛性增長(cháng)，經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展面臨的資源環(huán)境瓶頸約束更加突出，節能減排工作難度不斷加大。“十二五”規劃建議中明確提出：到2015年，全*元國內生產(chǎn)總值能耗下降到0．869噸標準煤，比2010年的1.034噸標準煤下降16％，“十二五”期間，實(shí)現節約能源6.7億噸標準煤。雖然節能減排面臨巨大挑戰，但也面臨難得的歷史機遇。全民節能環(huán)保意識不斷提高，產(chǎn)品結構調整力度不斷加大，科技創(chuàng )新能力不斷提升，節能減排激勵約束機制不斷完善，這些都為“十二五”期間推進(jìn)節能減排創(chuàng )造有利條件。
2 總體設計
為滿(mǎn)足“城市工業(yè)能耗監測管理系統”建設的總體要求，系統采用SOA架構、分布式部署、多層結構的管控一體化信息平臺。在保證結構清晰、靈活配置、易于擴展的基礎上，對系統的業(yè)務(wù)功能及核心數據進(jìn)行統一規劃從邏輯架構、功能架構、網(wǎng)絡(luò )拓撲3個(gè)角度進(jìn)對該系統進(jìn)行總體設計。
2.1 系統邏輯架構
系統的建設明確與“城市能源與環(huán)境監測管理中心”綜合管理平臺的數據對接、整合集成，以及與已建異構系統“城市工業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統”之間的數據整合，系統的總體邏輯架構如下：
(1)數據采集層
數據采集層主要實(shí)現對城市工業(yè)領(lǐng)域用能企業(yè)能耗數據的采集獲取，包括實(shí)時(shí)采集和網(wǎng)上直報兩種數據獲取模式，為實(shí)現城市工業(yè)企業(yè)能耗情況的動(dòng)態(tài)監管及綜合管理提供海量數據支撐。
(2)數據傳輸層
基于IEEE1888(泛在綠色控制網(wǎng)絡(luò )協(xié)議)應用安全的數據傳輸層主要實(shí)現對全市工業(yè)企業(yè)能耗數據通過(guò) Internet網(wǎng)絡(luò )、GPRS／3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等方式，以“標準數據傳輸協(xié)議”傳輸到工業(yè)能耗監測管理系統的數據 中心服務(wù)器。同時(shí)具備斷點(diǎn)續傳功能，保證企業(yè)采集能耗數據的實(shí)時(shí)性、可靠性。
(3)數據存儲層
從能耗監測管理平臺處理的數據考慮，本系統的數據存儲包括從企業(yè)現場(chǎng)采集的實(shí)時(shí)數據和工信委對工業(yè)企業(yè)進(jìn)行管理的業(yè)務(wù)數據。從數據源的形式出發(fā)，采用實(shí)時(shí)數據庫和關(guān)系數據庫分別進(jìn)行存儲。通過(guò) ETL數據提取、轉換和加載，將分散的、異構數據源中的數據加載到數據倉庫中，為聯(lián)機分析處理、數據挖掘提供數據支撐。
(4)支撐平臺
支撐平臺是該應用軟件系統的基礎支撐，包括中件、基礎工具、基礎服務(wù)及基礎平臺：
計算引擎工具：支撐平臺具備獨立計算引擎，負責對實(shí)時(shí)數據進(jìn)行加工處理 ，并將結果寫(xiě)人實(shí)時(shí)或者關(guān)系數據庫。
模型分析工具：具備核心的模型分析功能，為用戶(hù)提供多種數學(xué)算法模型，實(shí)現包括基礎統計、預測分析、算法優(yōu)化、數據挖掘等在內的功能。
報表開(kāi)發(fā)工具：針對工業(yè)能耗監測管理所需的數據報表管理應用需求，提供完善的報表開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現報表的設計、管理以及應用。
多維數據分析：具備多維數據分析功能，結合工業(yè)能耗監測管理的業(yè)務(wù)需求，組建多維分析模型，對以多維形式組織起來(lái)的業(yè)務(wù)數據進(jìn)行各種分析操作，幫助行業(yè)管理者進(jìn)行多維度、多指標的數據挖掘和綜合分析，以便支撐決策。
中心GIS平臺：本系統中的 GIS應用是基于全市統一的GIS平臺，根據中心GIS平臺所提供的地理信息基礎服務(wù)，完成基礎GIS功能 (企業(yè)導航、能耗分布及能耗預警情況GIS展示 )。
(5)應用層
實(shí)現對全市監測范同內用能企業(yè)能耗數據的實(shí)時(shí)采集、報表上報、在線(xiàn)監測、匯總分析；為市* 、節能管理部門(mén)提供預測預警、對標分析等決策服務(wù)：通過(guò)專(zhuān)家智能系統為工業(yè)企業(yè)能耗進(jìn)行合理 、科學(xué)的咨詢(xún)和指導。
(6)展示層
本系統的建設采用配置工具、WebGis、組態(tài)監控等方式，實(shí)現對城市工業(yè)能耗監測管理系統的可視化展示。
配置工具：建設功能配置工具，完成對系統的主要功能配置和數據配置。
WebGis：提供WebGis展示功能，實(shí)現本系統監測范圍內實(shí)時(shí)采集企業(yè)的基礎信息、能耗分布、能耗預警等現場(chǎng)情況和地理信息的有機結合，以便于政府*與行業(yè)管理部門(mén)對城市工業(yè)能耗情況的全局化掌控和可視化管理。
組態(tài)監控：對企業(yè)工段和關(guān)鍵位置提供組態(tài)監控，完成對企業(yè)現場(chǎng)的組態(tài)模擬，并通過(guò)配置來(lái)完成工業(yè)現場(chǎng)能耗實(shí)時(shí)數據在組態(tài)圖中的顯示。
2.2 系統功能架構
“城市工業(yè)能耗監測管理系統”的功能設計立足于城市級*、節能管理部門(mén)、各行業(yè)領(lǐng)域工業(yè)企業(yè)監測工業(yè)領(lǐng)域能源運行情況，服務(wù)于能源管理發(fā)展規劃等多層次需求，其總體功能架構設計如下 ：
基礎數據：系統的基礎數據包括實(shí)時(shí)采集數據和企業(yè)填報數據，共同構成“城市工業(yè)能耗監測管理系統”的基礎數據。其中，實(shí)時(shí)采集數據涵蓋城市監測范圍內規模以上用能企業(yè)的水、電、油、煤、氣、汽等常規能源品種。
數據處理：基于平臺計算引擎和各種數學(xué)模型，實(shí)現對系統基礎數據的深加工。支持平臺上層應用及展示。
應用功能：從政府用戶(hù)和企業(yè)用戶(hù)兩個(gè)視角分別建設“城市工業(yè)能耗監測管理系統”。政府端系統的業(yè)務(wù)應用功能建設包括：填報數據接收審核、匯總分析、決策支持、實(shí)時(shí)監測分析、專(zhuān)家智能、GIS等子系統。
企業(yè)端系統的業(yè)務(wù)應用功能建設包括：數據填報、綜合分析、生產(chǎn)實(shí)時(shí)監測分析、企業(yè)決策支持等子系統 。
基礎功能：包括數據管理中心、平臺配置管理、平臺采集監測 、數據接口規范、基礎支撐服務(wù)等功能 。
上報接口：實(shí)現與上級省系統進(jìn)行數據交換 。
2.3 網(wǎng)絡(luò )拓撲結構
“城市工業(yè)能耗監測管理系統”的網(wǎng)絡(luò )構建采用模塊化設計法，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )劃分為不同的功能區域 ，用于部署不同的應用，使得平臺總體網(wǎng)絡(luò )架構具備高靈活性、可伸縮性和高可用性。
結合城市信息中心、工信委等節能主管部門(mén)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò )建設情況，系統總體網(wǎng)絡(luò )規劃數據中心上層網(wǎng)絡(luò )、企業(yè)數據采集網(wǎng)絡(luò )和外部節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )3部分構成 。
系統網(wǎng)絡(luò )的建設通過(guò)采用嚴密的網(wǎng)絡(luò )安全策略、配備網(wǎng)絡(luò )安全設備，從網(wǎng)絡(luò )層、網(wǎng)絡(luò )設備、核心數據等多個(gè)層面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )安全保護，保證數據中心網(wǎng)絡(luò )與外網(wǎng)的安全隔離及系統核心數據的安全性。系統總體網(wǎng)絡(luò )拓撲設計如下：
數據中心網(wǎng)絡(luò )建設：依托城市政務(wù)外網(wǎng)，進(jìn)行“城市工業(yè)能耗監測管理系統”數據中心上層網(wǎng)絡(luò )的建設。數據中心網(wǎng)絡(luò )是系統平臺建設的基礎，承擔著(zhù)系統安全穩定運行、提供對外訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)、實(shí)現數據互聯(lián)互通，是各層網(wǎng)絡(luò )間訪(fǎng)問(wèn)的“樞紐”通道。為確保系統的安全性，將數據中心網(wǎng)絡(luò )規劃為中立區和安全區兩部分。
企業(yè)數據采集網(wǎng)絡(luò )建設：工業(yè)現場(chǎng)的實(shí)時(shí)采集數據上傳以互聯(lián)網(wǎng)傳輸為主要通信鏈路，不具備有線(xiàn)傳輸的情況下，可通過(guò)無(wú)線(xiàn) GPRS／3G或其他網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據通信 。
外部節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )建設：對于系統外部的訪(fǎng)問(wèn)節點(diǎn)，如公眾用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)、企業(yè)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)及數據填報，均通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通信。
3 安科瑞工業(yè)能耗系統介紹
安科瑞工業(yè)能耗系統采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理，監測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設備的能源利用情況等進(jìn)行能耗統計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業(yè)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。
3.1 系統結構
3.2 系統功能
3.2.1 大屏展示
大屏展示企業(yè)水電氣當前用量、能源消耗趨勢、產(chǎn)能走勢、各類(lèi)能源占比、各類(lèi)能源消耗日/月/年同比,以及當前天氣情況、污染情況，并三維展示企業(yè)重要工藝或工段的能源消耗動(dòng)態(tài)。
3.2.2 能源看板
展示企業(yè)電能峰平谷能耗統計占比，區域或重要工藝綜合能耗占比和統計分析，碳排放量核算；并從企業(yè)管理需求出發(fā)，展示各重點(diǎn)監測區域的能耗比例、公司單位產(chǎn)品能耗和單位產(chǎn)值能耗同比分析，讓企業(yè)一目了然地掌握能源消耗水平，以便及時(shí)做好節能減排策劃。
3.2.3 能耗分析
從能源使用種類(lèi)、監測區域、生產(chǎn)工藝/工段時(shí)間、分項等維度，采用曲線(xiàn)、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(yè)用能統計、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jì)分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統計，找出能源使用過(guò)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(guò)程中的浪費。
3.2.4運行監測
系統對區域、工段、設備能源消耗進(jìn)行數據采集，監測重點(diǎn)設備及工藝運行狀態(tài)，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?？芍苯訌膭?dòng)態(tài)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(lèi)、車(chē)間、工段、時(shí)間等維度查詢(xún)相關(guān)能源用量。
3.2.5 移動(dòng)端支持
APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶(hù)按能源分類(lèi)、區域、車(chē)間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、用能預測、運行監視、異常報警等。
3.3 現場(chǎng)設備選型
4 結語(yǔ)
系統實(shí)施后可大量縮減人工操作環(huán)節、提高工作效率、保證數據的真實(shí)有效，同時(shí)，降低數據統計工作中出現差錯的可能性。在此基礎上，系統提供的統計監測預測預警工具可實(shí)現統計報表展現、危情預警 、決策預測功能，為進(jìn)一步實(shí)現節能管控手段轉型升級、節能管理深入發(fā)展，提高城市工業(yè)企業(yè)能源利用效率和工業(yè)用能管理水平的重要手段。
參考文獻
[1]焦琳，顧國章.上海市工業(yè)能耗和工業(yè)增加值的關(guān)系——基于狀態(tài)空間模型的分析[J]．中國科技產(chǎn)業(yè)，2008，04：113—114．
[2]張錚.城市工業(yè)能耗監測管理系統設計與實(shí)現[J].
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與選型手冊.2019.11版.
