安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:圍繞重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測系統建設工作，文中介紹了系統的建設背景和主要內容，分析了工業(yè)企業(yè)實(shí)現能耗數據在線(xiàn)采集、實(shí)時(shí)監測的總體技術(shù)路線(xiàn)和方法建議，提出了

通用技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞:工業(yè)企業(yè);能耗在線(xiàn)監;系統建設;通用技術(shù)

       隨著(zhù)節能工作向系統化、精細化、信息化方向發(fā)展，節能領(lǐng)域運用物聯(lián)網(wǎng)、大數據等信息技術(shù)手段深挖、細挖節能潛力成為必然趨勢。為此，國家從“十二五"開(kāi)始建設覆蓋全國一萬(wàn)多家重點(diǎn)用能單位的能耗在線(xiàn)監測系統。通過(guò)該系統，可以全面、準確、及時(shí)地掌握全國和分地區、分行業(yè)能源消費總量及其構成，提高節能宏觀(guān)調控的針對性和有效性。建設能耗在線(xiàn)監測系統，是推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命、深化創(chuàng )新節能工作的必然選擇，是企業(yè)進(jìn)一步挖掘節能潛力、提高能源管理精細化水平的客觀(guān)需要，也有利于培育和發(fā)展節能環(huán)保戰略性新興產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)經(jīng)濟結構轉型升級。

 

       “十一五"期間，國家建立了重點(diǎn)用能單位能源利用狀況報告制度，對重點(diǎn)用能單位能源利用狀況實(shí)行年度管理。2011年，國家發(fā)展改革委、教育部、工業(yè)和信息化部、財政部等十二部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《萬(wàn)家企業(yè)節能低碳行動(dòng)實(shí)施方案》，提出要建立萬(wàn)家企業(yè)能源利用狀況在線(xiàn)監測系統。2012年，《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節能減排“十二五"規劃的通知》則進(jìn)一步提出開(kāi)展重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測體系建設試點(diǎn)工作。從2014年下半年開(kāi)始，國家組織開(kāi)展能耗在線(xiàn)監測試點(diǎn)，選取北京、河南、陜西3個(gè)省市的電力、鋼鐵、石油石化3個(gè)行業(yè)的部分重點(diǎn)用能單位開(kāi)展試點(diǎn)。2015年以后，國家對能耗在線(xiàn)監測系統建設提出了新的要求，在《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設的意見(jiàn)》、“十三五"規劃《綱要》、《“十三五"節能減排綜合工作方案》等文件中再次提出了建設能耗在線(xiàn)監測系統的明確要求。2017年，國家發(fā)展改革委、原質(zhì)檢總局聯(lián)合印發(fā)《重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測系統推廣建設工作方案》，明確要求在試點(diǎn)基礎上推進(jìn)能耗在線(xiàn)監測系統建設，到“十三五"末期，基本建成連接各省(區、市)重點(diǎn)用能單位、相關(guān)部門(mén)和行業(yè)數據共享的能耗監測系統，為政府部門(mén)統籌能源發(fā)展與生態(tài)文明建設、強化能源消費總量與強度“雙控"提供支撐，為重點(diǎn)用能單位提質(zhì)降本增效提供服務(wù)。

 

       能耗在線(xiàn)監測系統主要包括三部分建設內容:一是建設省級平臺。省級平臺是監測系統的區域性公共服務(wù)平臺，部署在各省(區、市)電子政務(wù)外網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，支持接入市級平臺數據，至少應達到國家信息安全等級保護二級的要求。省級平臺由省級節能主管部門(mén)、質(zhì)監部門(mén)負責建設，要優(yōu)先使用政務(wù)云等計算資源，符合國家對政務(wù)信息系統整合共享的工作要求。二是對接國家平臺。各省級平臺要按照統一的技術(shù)標準，將監測數據上傳到國家平臺。國家平臺部署在國家電子政務(wù)外網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，由國家發(fā)展改革委負責建設，主要功能是接入、匯總、分析各省級平臺或重點(diǎn)用能單位直接上傳的數據，為能源消費總量與強度“雙控"及重點(diǎn)用能單位節能管理等工作提供支持。三是建設重點(diǎn)用能單位接入端系統。重點(diǎn)用能單位接入端系統部署在重點(diǎn)用能單位內部，由重點(diǎn)用能單位負責建設。主要功能是，通過(guò)計量?jì)x表、工控系統等采集、匯總本單位能耗數據，將數據上傳至省級平臺，或直接上傳至國家平臺。

 

3.1總體技術(shù)路線(xiàn)

       能耗在線(xiàn)監測系統采用“國家平臺+省級平臺+重點(diǎn)用能單位端系統"的架構和技術(shù)路線(xiàn)(見(jiàn)圖1)，為各部委、各級節能主管部門(mén)和質(zhì)監部門(mén)、重點(diǎn)用能單位等用戶(hù)提供不同層次的服務(wù)。重點(diǎn)用能單位需按照《用能單位能源計量器具配置和管理通則》(GB17167)配備計量?jì)x表。

 

圖1能耗在線(xiàn)監測系統技術(shù)路線(xiàn)

       國家平臺部署在國家電子政務(wù)外網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，由國家發(fā)展改革委負責建設，主要功能是接入、匯總、分析各省級平臺或重點(diǎn)用能單位直接上傳的數據，為能源消費總量與強度“雙控"及重點(diǎn)用能單位節能管理等工作提供支持。國家平臺達到國家信息安全等級保護三級要求，可以為相關(guān)部門(mén)提供數據接口，實(shí)現信息共享。

    省級平臺是監測系統的區域性公共服務(wù)平臺，部署在各省(區、市)電子政務(wù)外網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，支持接入市級平臺數據，至少應達到國家信息安全等級保護二級的要求。省級平臺由省級節能主管部門(mén)、質(zhì)監部門(mén)負責建設，優(yōu)先使用政務(wù)云等計算資源。主要是接收本區域內重點(diǎn)用能單位上傳的數據，整合能源供應單位、其他行業(yè)節能主管部門(mén)系統，按統一的技術(shù)標準與國家平臺進(jìn)行數據對接，為本省節能主管部門(mén)、質(zhì)監、住建、交通等相關(guān)部門(mén)以及重點(diǎn)用能單位等提供支持服務(wù)。

       重點(diǎn)用能單位端系統一般由能耗在線(xiàn)監測端設備、計量器具、工業(yè)控制系統、生產(chǎn)監控管理系統、管理信息系統、通信網(wǎng)絡(luò )及相應的管理軟件等組成，部署在重點(diǎn)用能單位內部，由重點(diǎn)用能單位負責建設，主要為用能單位提供能源管理服務(wù)。

       重點(diǎn)用能單位端系統通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或傳輸專(zhuān)線(xiàn)等方式將采集到的數據上傳至省級平臺，再由省級平臺經(jīng)電子政務(wù)外網(wǎng)上傳國家平臺。

3.2技術(shù)方法建議

3.2.1完善能源計量器具配備

       企業(yè)依法配備能源計量器具，并定期檢定或校準，能源計量器具應滿(mǎn)足數據采集接口要求。進(jìn)出用能單位(一級)和進(jìn)出主要次級用能單位(二級)計量器具配備率和在線(xiàn)率達到95%;企業(yè)根據重點(diǎn)耗能設備或工序的能耗情況和儀表安裝的可行性，完善主要用能設備(三級)計量器具配備。計量器具配備率和準確度等級達到《用能單位能源計量器具配備和管理通則》(GB17176)的要求。

3.2.2部署完善能源數據采集網(wǎng)絡(luò )

       開(kāi)展能源計量?jì)x表(含新增、改造及已有儀表)現場(chǎng)數據采集系統的適應性接入改造，基于已有自動(dòng)化系統(DCS、PLC及電力綜保系統等)，完善現場(chǎng)數據采集網(wǎng)絡(luò )和工業(yè)主干網(wǎng)絡(luò )，在滿(mǎn)足安全性和隔離性技術(shù)要求下，實(shí)現能源計量數據、能源系統操作和質(zhì)量數據、關(guān)鍵生產(chǎn)數據集中統一采集到能耗在線(xiàn)監測端設備。

3.2.3開(kāi)發(fā)能耗在線(xiàn)監測系統軟硬件系統

       企業(yè)能源管理中心信息系統分為三層:數據采集層、數據應用層和人機交互層。數據采集層由企業(yè)交互終端和數據采集機(如有必要)組成，企業(yè)交互終端內置控制器及智能儀表標準協(xié)議，可與品牌的控制器和智能儀表實(shí)現組態(tài)配置通訊接口，內置實(shí)時(shí)數據庫，用于暫存關(guān)鍵數據;內置OPC接口，便于與第三方控制系統或信息系統通訊。企業(yè)如果有特殊需要，也可以添置數據采集機，采集機需要預置與生產(chǎn)現場(chǎng)智能儀表、PLC和DCS等現場(chǎng)測量和控制裝置的通訊協(xié)議，以便于相關(guān)數據的采集;數據應用層由多臺服務(wù)器組成，服務(wù)器用于存儲數據、存儲和運行模型庫(數據和數據的固有關(guān)系)、存儲定制的人機交互界面等;人機交互層，該層由多種形式的人機交互設備組成，可以是大屏幕顯示器、PC機或移動(dòng)終端等，這些設備應方便生產(chǎn)管理人員使用能源管理中心信息系統的各項功能。

3.2.4部署能源集中監控平臺

       基于實(shí)時(shí)數據庫和監控圖組態(tài)系統，建設監控系統。實(shí)現對各級(集團、分廠(chǎng)、車(chē)間、重要耗能設備)多種能源介質(zhì)(煤、電、蒸汽、水、燃料氣、氮氣等)產(chǎn)、存、耗全過(guò)程的實(shí)時(shí)監控，掌握其歷史和實(shí)時(shí)趨勢。實(shí)時(shí)記錄能源系統事件，實(shí)時(shí)掌握能源使用消耗情況，實(shí)現對各類(lèi)產(chǎn)能、供能和用能過(guò)程及設備的實(shí)時(shí)監控、異常報警和分析管理。對重點(diǎn)耗能設備(變壓器、鍋爐、加熱爐、汽機、風(fēng)機、空壓機、泵等)進(jìn)行能效實(shí)時(shí)計算與監控，實(shí)時(shí)監控與優(yōu)化設備的能源利用率、設備運行與生產(chǎn)負荷之間的匹配度。通過(guò)綜合監控系統，建設集團、分廠(chǎng)、車(chē)間、重要耗能設備四級能源監控系統。

3.2.5健全管理制度

       企業(yè)根據生產(chǎn)過(guò)程和能量系統特點(diǎn)，制定切合實(shí)際的能耗在線(xiàn)監測制度，充分發(fā)揮能耗在線(xiàn)監測系統的作用。企業(yè)需將能源管理工作提升到與產(chǎn)品質(zhì)量管理和產(chǎn)量管理同等高度，針對不同產(chǎn)品和不同重點(diǎn)耗能設備或工序，制定能耗預警指標體系;制定節能優(yōu)化生產(chǎn)操作指南?；谀茉垂芾硇畔⑾到y分析工具，制定持續改進(jìn)的節能工作方案，實(shí)施在線(xiàn)能效績(jì)效考核管理，落實(shí)節能獎懲制度。

4.1建設意義

       《重點(diǎn)用能單位節能管理辦法》規定，重點(diǎn)用能單位包括年綜合能源消費量1萬(wàn)噸標準煤以上(含1萬(wàn)噸)的用能單位以及各省、自治區、直轄市有關(guān)部門(mén)的年綜合能源消費量5000噸標準煤以上(含5000噸)、不足1萬(wàn)噸標準煤的用能單位。目前在該范圍內的重點(diǎn)用能單位全國約17000家，能源消費量占全國能源消費總量的60％，是節能工作的重點(diǎn)對象。

       為貫徹落實(shí)《重點(diǎn)用能單位節能管理辦法》（國家發(fā)改委2018年第15號令）、《國家發(fā)改委關(guān)于開(kāi)展重點(diǎn)用能單位“百千萬(wàn)"行動(dòng)有關(guān)事項的通知》（發(fā)改環(huán)資〔2017〕1909號）和國家發(fā)改委辦公廳《關(guān)于發(fā)布“百家"重點(diǎn)用能單位名單的通知》（發(fā)改辦環(huán)資〔2019〕351號），深入推進(jìn)重點(diǎn)用能單位能源消耗總量和強度“雙控"工作，各省市相關(guān)主管部門(mén)陸續發(fā)出通知，要求納入“百千萬(wàn)"行動(dòng)的重點(diǎn)用能單位落實(shí)節能主體責任，加強節能管理，并按照《重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測系統推廣建設工作方案》（發(fā)改環(huán)資〔2017〕1711號）等要求，建設接入端系統并按時(shí)接入省級重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測平臺，對未按要求開(kāi)展重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測系統建設、未配備和使用能源計量器具的，依法依規責令限期整改，逾期不整改或整改未達到要求的，嚴格按照有關(guān)法律法規進(jìn)行處罰。

4.2端系統結構

       根據《重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測系統推廣建設工作方案》的要求，重點(diǎn)用能單位接入端系統部署在重點(diǎn)用能單位內部，由重點(diǎn)用能單位負責建設。

       主要功能:通過(guò)計量?jì)x表、工控系統等采集、匯總本單位能耗數據，將數據上傳至省級平臺，或直接上傳至國家平臺；重點(diǎn)用能單位接入端系統要通過(guò)網(wǎng)閘、防火墻、隔離等安全措施，確保內部系統安全和數據安全；要具備遠程升級維保、一端多傳、接收國家和省級平臺推送信息和用能單位自身能源管理所需的功能。

       安科瑞可為企業(yè)接入端系統提供完整解決方案：

 

4.2.1端設備

       企業(yè)接入端系統需要從生產(chǎn)過(guò)程控制系統中采集能耗相關(guān)數據，考慮到企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )與辦公網(wǎng)絡(luò )(互聯(lián)網(wǎng))之間并不互通的實(shí)際情況，企業(yè)接入端系統將通過(guò)具備2+1架構的物理隔離裝置--能耗在線(xiàn)監測端設備，實(shí)現生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )和辦公網(wǎng)絡(luò )之間的物理連接，在數據傳遞過(guò)程中確保從生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )（內網(wǎng)）獲取的能耗數據以單向傳遞、隔離加密、文件擺渡的形式安全傳遞到辦公網(wǎng)絡(luò )(外網(wǎng))，再通過(guò)外網(wǎng)主機側的CA數字認證證書(shū)進(jìn)行身份認證識別后上傳至省(市）級平臺。結構如圖所示：

4.2.2端設備硬件參數

    (1)單主板采用低功耗處理器；

    (2)單主板內存大小4G；

    (3)硬盤(pán)：64G固態(tài)硬盤(pán)；

    (4)獨立雙主機“2+1"架構非IP物理隔離；

    (5)帶VGA接口，可外接顯示器，便于現場(chǎng)維護操作；

    (6)雙冗余開(kāi)關(guān)電源，互為備用、支持熱插拔，保障端設備的可靠性，具有電源故障聲光報警功能；

    (7)8路RS485串口；

    (8)4路千兆以太網(wǎng)；

    (9)4個(gè)USB接口，可用于CA證書(shū)接口；

4.2.3端設備軟件功能

       (1)支持從現場(chǎng)的儀表通過(guò)Modbus（GB/T19582）、DL/T645、CJ/T188等協(xié)議采集需要的能耗實(shí)時(shí)數據，并進(jìn)行匯總生成上報的能耗數據；

       (2)支持從能源網(wǎng)關(guān)、DTU、SCADA通過(guò)ModbusTCP（GB/T19582）、能耗協(xié)議等上傳的能耗實(shí)時(shí)數據，并進(jìn)行匯總生成上報的能耗數據；

       (3)支持從自動(dòng)化信息系統通過(guò)OPC協(xié)議采集需要的能耗實(shí)時(shí)數據，并進(jìn)行匯總生成上報的能耗數據；

       (4)支持手工填報數據：對于不具備在線(xiàn)采集條件的數據，提供手工填報數據上傳；

       (5)具有基礎數據處理、本地存儲功能，本地歷史數據可存儲6個(gè)月以上；

       (6)可根據項目情況錄入企業(yè)基本信息、企業(yè)生產(chǎn)層級結構、計量器具檔案信息、端設備信息、數據采集項信息等各類(lèi)基本信息；

       (7)按照《NHJC-04-2018重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測系統技術(shù)規范-端設備接口協(xié)議規范》的要求往國家或省級平臺上傳數據；

       (8)支持斷線(xiàn)緩存，保證數據的連續性；

       (9)端設備平臺方便用戶(hù)使用、配置；

       (10)支持人工補錄、遠程升級；

       (11)用能數據集抄；

       (12)數據上傳日志。

4.3ANet系列能源網(wǎng)關(guān)

       ANet系列能源網(wǎng)關(guān)，可將企業(yè)內分散的能源計量器具集中采集后上傳至端設備，滿(mǎn)足國家辦公機關(guān)、大型公共建筑、工業(yè)企業(yè)等能源管理系統中對于水、電、氣、油、冷量、熱量等各種形式的能耗計量及分項數據采集需求，搭配簡(jiǎn)單易用的數據配置軟件工具，可以快速配置所需采集數據及上傳數據中心等各項參數信息。

4.3.1能源網(wǎng)關(guān)硬件參數

4.3.2軟件功能

       (1)支持多種儀表協(xié)議：支持DL/T645、GB/T19582-200（Modbus）、CJ/T188-2004等；

       (2)ModbusTCP實(shí)時(shí)數據轉發(fā)；

       (3)分項計量Xml數據報文定時(shí)上傳；

       (4)數據AES加密；

       (5)斷點(diǎn)續傳；

       (6)數據存儲；

       (7)遠程配置及維護；

4.3.3相關(guān)報告及證書(shū)

       (1)GB/T17626.2-2018《電磁兼容試驗和測量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗》4級。

       (2)GB/T17626.6-2017《電磁兼容試驗和測量技術(shù)射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度實(shí)驗》3級。

       (3)GB/T17626.4-2018《電磁兼容試驗和測量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗》4級。

       (4)GB/T17626.5-2019《電磁兼容試驗和測量技術(shù)浪涌（沖擊）抗擾度試驗》4級。

       (5)GB9254-2016《信息技術(shù)設備的無(wú)線(xiàn)電騷擾限值和測量方法》合格。

 

4.4設備選型

 5工業(yè)企業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統建設通用技術(shù)要求

       能耗在線(xiàn)監測端系統部署在重點(diǎn)用能單位內部，主要功能是通過(guò)計量?jì)x表、工業(yè)控制系統等采集、匯總本單位能耗數據，將數據上傳至省級平臺，或直接上傳至國家平臺。能耗在線(xiàn)監測端系統要通過(guò)網(wǎng)閘、防火墻、隔離等安全措施，確保內部系統安全和數據安全;要具備遠程升級維保、一端多傳、接收國家和省級平臺推送信息和用能單位自身能源管理所需的功能。

       端系統的核心是能耗在線(xiàn)監測端設備，是重點(diǎn)用能單位的信息節點(diǎn)。重點(diǎn)用能單位管理信息系統、生產(chǎn)執行系統、儀表中的能耗相關(guān)數據通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的方式，傳輸到能耗在線(xiàn)監測端設備。能耗在線(xiàn)監測端設備對采集到的數據進(jìn)行統計匯總，經(jīng)驗證、篩選、整理打包后，采用HT-TPS進(jìn)行通道保護傳送級系統應用平臺。能耗在線(xiàn)監測端設備在接入互聯(lián)網(wǎng)之前應采用防火墻隔離可能來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )攻擊，可選硬件或軟件防火墻。用能單位當前未配置硬件防火墻時(shí)，需配置硬件防火墻。

       能耗監測端設備作為連接用能單位生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò )與辦公網(wǎng)絡(luò )、互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵節點(diǎn)設備，保障數據傳遞的安全隔離，即能耗監測端設備數據接入端和數據發(fā)送端之間的物理隔離和邏輯隔離，數據接入端網(wǎng)絡(luò )和數據發(fā)送端網(wǎng)絡(luò )之間的數據交換，只能通過(guò)配置的數據，其他數據都被*過(guò)濾無(wú)法通過(guò)。

       能耗監測端設備需采用“2+1"架構設計，以雙主機加專(zhuān)用隔離部件的方式組成，即由內網(wǎng)主機、外網(wǎng)主機、安全隔離數據交互單元三部分組成。用于連接生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò )數據輸出系統主機(如生產(chǎn)過(guò)程控制系統、配電自動(dòng)化系統、企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統等)網(wǎng)絡(luò )與企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )之間的數據傳遞、安全隔離、信息流訪(fǎng)問(wèn)控制、內容過(guò)濾和信息交換等。能耗監測端設備中的內、外部主機通過(guò)安全隔離數據交互單元連接(由專(zhuān)用隔離部件構成)，安全隔離數據交互單元是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )之間可信物理信道。該內部信道裁剪了TCP/IP等功能網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧，采用私有協(xié)議實(shí)現協(xié)議隔離。對于用能單位能耗數據的采集與遠傳，屬于安全性要求較高而實(shí)時(shí)性要求相對較低的應用場(chǎng)合，安全隔離數據交互單元還將采用一組互斥的分時(shí)切換電子開(kāi)關(guān)實(shí)現內部物理信道的通斷控制，以分時(shí)切換連接方式完成信息擺渡，從而在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )之間形成一個(gè)不存在實(shí)時(shí)物理連接的隔離區。

[1]北京節能環(huán)保中心．北京市重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測試點(diǎn)建設工作經(jīng)驗[J]．中國能源，2018(4):7－9．

[2]楊紹鵬,王璐,時(shí)希杰.工業(yè)企業(yè)能耗在線(xiàn)監測通用技術(shù)研究[J].應用能源技術(shù),2021(08):38-41.

[3]安科瑞重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測系統.2020.10版 

作者簡(jiǎn)介：韓歡慶，女，本科，現就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測。