摘要: 節(jié)約資源是一項(xiàng)基本國策，深入推進(jìn)能源資源的有效利用既是解決人類需求無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(jì)社會可持續(xù)發(fā)展約束的必然要求。建立一套規(guī)范化的工業(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)運(yùn)行狀態(tài)能耗的實(shí)時監(jiān)測、動態(tài)預(yù)警。系統(tǒng)建設(shè)的目的在于有效推動建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會目標(biāo)的進(jìn)程 。  

關(guān)鍵詞:工業(yè)；能耗監(jiān)測；管理系統(tǒng)

1 需求分析

“十二五”時期是實(shí)現(xiàn)我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、資源消耗結(jié)構(gòu)進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化，推進(jìn)生產(chǎn)方式、消費(fèi)方式轉(zhuǎn)型升級，加快節(jié)約發(fā)展、低碳發(fā)展的關(guān)鍵時期。積極響應(yīng)國家節(jié)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，有效推動建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會目標(biāo)的進(jìn)程。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快和消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級，能源需求呈剛性增長，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的資源環(huán)境瓶頸約束更加突出，節(jié)能減排工作難度不斷加大。“十二五”規(guī)劃建議中明確提出：到2015年，全*元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降到0．869噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比2010年的1.034噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降16％，“十二五”期間，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源6.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。雖然節(jié)能減排面臨巨大挑戰(zhàn)，但也面臨難得的歷史機(jī)遇。全民節(jié)能環(huán)保意識不斷提高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整力度不斷加大，科技創(chuàng)新能力不斷提升，節(jié)能減排激勵約束機(jī)制不斷完善，這些都為“十二五”期間推進(jìn)節(jié)能減排創(chuàng)造有利條件。

2 總體設(shè)計(jì)

為滿足“城市工業(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)”建設(shè)的總體要求，系統(tǒng)采用SOA架構(gòu)、分布式部署、多層結(jié)構(gòu)的管控一體化信息平臺。在保證結(jié)構(gòu)清晰、靈活配置、易于擴(kuò)展的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能及核心數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃從邏輯架構(gòu)、功能架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?個角度進(jìn)對該系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

2.1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu) 

系統(tǒng)的建設(shè)明確與“城市能源與環(huán)境監(jiān)測管理中心”綜合管理平臺的數(shù)據(jù)對接、整合集成，以及與已建異構(gòu)系統(tǒng)“城市工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)”之間的數(shù)據(jù)整合，系統(tǒng)的總體邏輯架構(gòu)如下： 

(1)數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要實(shí)現(xiàn)對城市工業(yè)領(lǐng)域用能企業(yè)能耗數(shù)據(jù)的采集獲取，包括實(shí)時采集和網(wǎng)上直報(bào)兩種數(shù)據(jù)獲取模式，為實(shí)現(xiàn)城市工業(yè)企業(yè)能耗情況的動態(tài)監(jiān)管及綜合管理提供海量數(shù)據(jù)支撐。

(2)數(shù)據(jù)傳輸層 

基于IEEE1888(泛在綠色控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議)應(yīng)用安全的數(shù)據(jù)傳輸層主要實(shí)現(xiàn)對全市工業(yè)企業(yè)能耗數(shù)據(jù)通過 Internet網(wǎng)絡(luò)、GPRS／3G無線網(wǎng)絡(luò)等方式，以“標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議”傳輸?shù)焦I(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 中心服務(wù)器。同時具備斷點(diǎn)續(xù)傳功能，保證企業(yè)采集能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時性、可靠性。 

(3)數(shù)據(jù)存儲層 

從能耗監(jiān)測管理平臺處理的數(shù)據(jù)考慮，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲包括從企業(yè)現(xiàn)場采集的實(shí)時數(shù)據(jù)和工信委對工業(yè)企業(yè)進(jìn)行管理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)源的形式出發(fā)，采用實(shí)時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫分別進(jìn)行存儲。通過 ETL數(shù)據(jù)提取、轉(zhuǎn)換和加載，將分散的、異構(gòu)數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)加載到數(shù)據(jù)倉庫中，為聯(lián)機(jī)分析處理、數(shù)據(jù)挖掘提供數(shù)據(jù)支撐。

(4)支撐平臺 

支撐平臺是該應(yīng)用軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐，包括中件、基礎(chǔ)工具、基礎(chǔ)服務(wù)及基礎(chǔ)平臺： 

計(jì)算引擎工具：支撐平臺具備獨(dú)立計(jì)算引擎，負(fù)責(zé)對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理 ，并將結(jié)果寫人實(shí)時或者關(guān)系數(shù)據(jù)庫。 

模型分析工具：具備核心的模型分析功能，為用戶提供多種數(shù)學(xué)算法模型，實(shí)現(xiàn)包括基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)、預(yù)測分析、算法優(yōu)化、數(shù)據(jù)挖掘等在內(nèi)的功能。 

報(bào)表開發(fā)工具：針對工業(yè)能耗監(jiān)測管理所需的數(shù)據(jù)報(bào)表管理應(yīng)用需求，提供完善的報(bào)表開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)報(bào)表的設(shè)計(jì)、管理以及應(yīng)用。

多維數(shù)據(jù)分析：具備多維數(shù)據(jù)分析功能，結(jié)合工業(yè)能耗監(jiān)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的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)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(biāo)的數(shù)據(jù)挖掘和綜合分析，以便支撐決策。 

中心GIS平臺：本系統(tǒng)中的 GIS應(yīng)用是基于全市統(tǒng)一的GIS平臺，根據(jù)中心GIS平臺所提供的地理信息基礎(chǔ)服務(wù)，完成基礎(chǔ)GIS功能 (企業(yè)導(dǎo)航、能耗分布及能耗預(yù)警情況GIS展示 )。 

(5)應(yīng)用層 

實(shí)現(xiàn)對全市監(jiān)測范同內(nèi)用能企業(yè)能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、報(bào)表上報(bào)、在線監(jiān)測、匯總分析；為市* 、節(jié)能管理部門提供預(yù)測預(yù)警、對標(biāo)分析等決策服務(wù)：通過專家智能系統(tǒng)為工業(yè)企業(yè)能耗進(jìn)行合理 、科學(xué)的咨詢和指導(dǎo)。 

(6)展示層 

本系統(tǒng)的建設(shè)采用配置工具、WebGis、組態(tài)監(jiān)控等方式，實(shí)現(xiàn)對城市工業(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的可視化展示。 

配置工具：建設(shè)功能配置工具，完成對系統(tǒng)的主要功能配置和數(shù)據(jù)配置。

WebGis：提供WebGis展示功能，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)監(jiān)測范圍內(nèi)實(shí)時采集企業(yè)的基礎(chǔ)信息、能耗分布、能耗預(yù)警等現(xiàn)場情況和地理信息的有機(jī)結(jié)合，以便于政府*與行業(yè)管理部門對城市工業(yè)能耗情況的全局化掌控和可視化管理。 

組態(tài)監(jiān)控：對企業(yè)工段和關(guān)鍵位置提供組態(tài)監(jiān)控，完成對企業(yè)現(xiàn)場的組態(tài)模擬，并通過配置來完成工業(yè)現(xiàn)場能耗實(shí)時數(shù)據(jù)在組態(tài)圖中的顯示。  

2.2  系統(tǒng)功能架構(gòu)

“城市工業(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)”的功能設(shè)計(jì)立足于城市級*、節(jié)能管理部門、各行業(yè)領(lǐng)域工業(yè)企業(yè)監(jiān)測工業(yè)領(lǐng)域能源運(yùn)行情況，服務(wù)于能源管理發(fā)展規(guī)劃等多層次需求，其總體功能架構(gòu)設(shè)計(jì)如下 ： 

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括實(shí)時采集數(shù)據(jù)和企業(yè)填報(bào)數(shù)據(jù)，共同構(gòu)成“城市工業(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)”的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中，實(shí)時采集數(shù)據(jù)涵蓋城市監(jiān)測范圍內(nèi)規(guī)模以上用能企業(yè)的水、電、油、煤、氣、汽等常規(guī)能源品種。 

數(shù)據(jù)處理：基于平臺計(jì)算引擎和各種數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的深加工。支持平臺上層應(yīng)用及展示。 

應(yīng)用功能：從政府用戶和企業(yè)用戶兩個視角分別建設(shè)“城市工業(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)”。政府端系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能建設(shè)包括：填報(bào)數(shù)據(jù)接收審核、匯總分析、決策支持、實(shí)時監(jiān)測分析、專家智能、GIS等子系統(tǒng)。 

企業(yè)端系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能建設(shè)包括：數(shù)據(jù)填報(bào)、綜合分析、生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)測分析、企業(yè)決策支持等子系統(tǒng) 。 

基礎(chǔ)功能：包括數(shù)據(jù)管理中心、平臺配置管理、平臺采集監(jiān)測 、數(shù)據(jù)接口規(guī)范、基礎(chǔ)支撐服務(wù)等功能 。 

上報(bào)接口：實(shí)現(xiàn)與上級省系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 。 

2.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

“城市工業(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)”的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建采用模塊化設(shè)計(jì)法，將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的功能區(qū)域 ，用于部署不同的應(yīng)用，使得平臺總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具備高靈活性、可伸縮性和高可用性。 

結(jié)合城市信息中心、工信委等節(jié)能主管部門的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況，系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃數(shù)據(jù)中心上層網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)和外部節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)3部分構(gòu)成 。 

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)通過采用嚴(yán)密的網(wǎng)絡(luò)安全策略、配備網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，從網(wǎng)絡(luò)層、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、核心數(shù)據(jù)等多個層面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)，保證數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)的安全隔離及系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)的安全性。系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)如下： 

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：依托城市政務(wù)外網(wǎng)，進(jìn)行“城市工業(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)”數(shù)據(jù)中心上層網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)平臺建設(shè)的基礎(chǔ)，承擔(dān)著系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、提供對外訪問服務(wù)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，是各層網(wǎng)絡(luò)間訪問的“樞紐”通道。為確保系統(tǒng)的安全性，將數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃為中立區(qū)和安全區(qū)兩部分。

企業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時采集數(shù)據(jù)上傳以互聯(lián)網(wǎng)傳輸為主要通信鏈路，不具備有線傳輸?shù)那闆r下，可通過無線 GPRS／3G或其他網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信 。 

外部節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：對于系統(tǒng)外部的訪問節(jié)點(diǎn)，如公眾用戶訪問、企業(yè)用戶訪問及數(shù)據(jù)填報(bào)，均通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。 

3 安科瑞工業(yè)能耗系統(tǒng)介紹

安科瑞工業(yè)能耗系統(tǒng)采用自動化、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(jié)實(shí)行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃?xì)狻⒄羝皦嚎s空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)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(shè)備的能源利用情況等進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預(yù)測、碳排分析，為企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 系統(tǒng)功能

3.2.1 大屏展示

大屏展示企業(yè)水電氣當(dāng)前用量、能源消耗趨勢、產(chǎn)能走勢、各類能源占比、各類能源消耗日/月/年同比,以及當(dāng)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態(tài)。

3.2.2 能源看板

展示企業(yè)電能峰平谷能耗統(tǒng)計(jì)占比，區(qū)域或重要工藝綜合能耗占比和統(tǒng)計(jì)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(jiān)測區(qū)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，以便及時做好節(jié)能減排策劃。

3.2.3 能耗分析

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、生產(chǎn)工藝/工段時間、分項(xiàng)等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、實(shí)績分析，折標(biāo)對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計(jì)，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費(fèi)。

3.2.4運(yùn)行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測重點(diǎn)設(shè)備及工藝運(yùn)行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運(yùn)行監(jiān)視?？芍苯訌膭討B(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關(guān)能源用量。

3.2.5 移動端支持

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設(shè)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(biāo)、用能預(yù)測、運(yùn)行監(jiān)視、異常報(bào)警等。

3.3 現(xiàn)場設(shè)備選型

4  結(jié)語

系統(tǒng)實(shí)施后可大量縮減人工操作環(huán)節(jié)、提高工作效率、保證數(shù)據(jù)的真實(shí)有效，同時，降低數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作中出現(xiàn)差錯的可能性。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)提供的統(tǒng)計(jì)監(jiān)測預(yù)測預(yù)警工具可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表展現(xiàn)、危情預(yù)警 、決策預(yù)測功能，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能管控手段轉(zhuǎn)型升級、節(jié)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(xiàn)

[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(jiān)測管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與選型手冊.2019.11版.