安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:圍繞重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設工作，文中介紹了系統(tǒng)的建設背景和主要內容，分析了工業(yè)企業(yè)實現能耗數據在線采集、實時監(jiān)測的總體技術路線和方法建議，提出了

通用技術要求。

關鍵詞:工業(yè)企業(yè);能耗在線監(jiān);系統(tǒng)建設;通用技術

       隨著節(jié)能工作向系統(tǒng)化、精細化、信息化方向發(fā)展，節(jié)能領域運用物聯網、大數據等信息技術手段深挖、細挖節(jié)能潛力成為必然趨勢。為此，國家從“十二五"開始建設覆蓋全國一萬多家重點用能單位的能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，可以、準確、及時地掌握全國和分地區(qū)、分行業(yè)能源消費總量及其構成，提高節(jié)能宏觀調控的針對性和有效性。建設能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，是推進能源生產和消費革命、深化創(chuàng)新節(jié)能工作的必然選擇，是企業(yè)進一步挖掘節(jié)能潛力、提高能源管理精細化水平的客觀需要，也有利于培育和發(fā)展節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略性新興產業(yè)，促進經濟結構轉型升級。

 

       “十一五"期間，國家建立了重點用能單位能源利用狀況報告制度，對重點用能單位能源利用狀況實行年度管理。2011年，國家發(fā)展改革委、教育部、工業(yè)和信息化部、財政部等十二部門聯合發(fā)布《萬家企業(yè)節(jié)能低碳行動實施方案》，提出要建立萬家企業(yè)能源利用狀況在線監(jiān)測系統(tǒng)。2012年，《國務院關于印發(fā)節(jié)能減排“十二五"規(guī)劃的通知》則進一步提出開展重點用能單位能耗在線監(jiān)測體系建設試點工作。從2014年下半年開始，國家組織開展能耗在線監(jiān)測試點，選取北京、河南、陜西3個省市的電力、鋼鐵、石油石化3個行業(yè)的部分重點用能單位開展試點。2015年以后，國家對能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設提出了新的要求，在《關于加快推進生態(tài)文明建設的意見》、“十三五"規(guī)劃《綱要》、《“十三五"節(jié)能減排綜合工作方案》等文件中再次提出了建設能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的明確要求。2017年，國家發(fā)展改革委、原質檢總局聯合印發(fā)《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)推廣建設工作方案》，明確要求在試點基礎上推進能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設，到“十三五"末期，基本建成連接各省(區(qū)、市)重點用能單位、相關部門和行業(yè)數據共享的能耗監(jiān)測系統(tǒng)，為部門統(tǒng)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，為重點用能單位提質降本增效提供服務。

 

       能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)的區(qū)域性公共服務平臺，部署在各省(區(qū)、市)電子政務外網和互聯網，支持接入市級平臺數據，至少應達到國家信息等級保護二級的要求。省級平臺由省級節(jié)能主管部門、質監(jiān)部門負責建設，要優(yōu)先使用政務云等計算資源，符合國家對政務信息系統(tǒng)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(tǒng)一的技術標準，將監(jiān)測數據上傳到國家平臺。國家平臺部署在國家電子政務外網和互聯網，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"及重點用能單位節(jié)能管理等工作提供支持。三是建設重點用能單位接入端系統(tǒng)。重點用能單位接入端系統(tǒng)部署在重點用能單位內部，由重點用能單位負責建設。主要功能是，通過計量儀表、工控系統(tǒng)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總體技術路線

       能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)采用“國家平臺+省級平臺+重點用能單位端系統(tǒng)"的架構和技術路線(見圖1)，為各部委、各級節(jié)能主管部門和質監(jiān)部門、重點用能單位等用戶提供不同層次的服務。重點用能單位需按照《用能單位能源計量器具配置和管理通則》(GB17167)配備計量儀表。

 

圖1能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術路線

       國家平臺部署在國家電子政務外網和互聯網，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"及重點用能單位節(jié)能管理等工作提供支持。國家平臺達到國家信息等級保護三級要求，可以為相關部門提供數據接口，實現信息共享。

    省級平臺是監(jiān)測系統(tǒng)的區(qū)域性公共服務平臺，部署在各省(區(qū)、市)電子政務外網和互聯網，支持接入市級平臺數據，至少應達到國家信息等級保護二級的要求。省級平臺由省級節(jié)能主管部門、質監(jiān)部門負責建設，優(yōu)先使用政務云等計算資源。主要是接收本區(qū)域內重點用能單位上傳的數據，整合能源供應單位、其他行業(yè)節(jié)能主管部門系統(tǒng)，按統(tǒng)一的技術標準與國家平臺進行數據對接，為本省節(jié)能主管部門、質監(jiān)、住建、交通等相關部門以及重點用能單位等提供支持服務。

       重點用能單位端系統(tǒng)一般由能耗在線監(jiān)測端設備、計量器具、工業(yè)控制系統(tǒng)、生產監(jiān)控管理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、通信網絡及相應的管理軟件等組成，部署在重點用能單位內部，由重點用能單位負責建設，主要為用能單位提供能源管理服務。

       重點用能單位端系統(tǒng)通過互聯網或傳輸專線等方式將采集到的數據上傳至省級平臺，再由省級平臺經電子政務外網上傳國家平臺。

3.2技術方法建議

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，能源計量器具應滿足數據采集接口要求。進出用能單位(一級)和進出主要次級用能單位(二級)計量器具配備率和在線率達到100%;企業(yè)根據重點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絡

       開展能源計量儀表(含新增、改造及已有儀表)現場數據采集系統(tǒng)的適應性接入改造，基于已有自動化系統(tǒng)(DCS、PLC及電力綜保系統(tǒng)等)，完善現場數據采集網絡和工業(yè)主干網絡，在滿足性和隔離性技術要求下，實現能源計量數據、能源系統(tǒng)操作和質量數據、關鍵生產數據集中統(tǒng)一采集到能耗在線監(jiān)測端設備。

3.2.3開發(fā)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件系統(tǒng)

       企業(yè)能源管理信息系統(tǒng)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，可與各種品牌的控制器和智能儀表實現組態(tài)配置通訊接口，內置實時數據庫，用于暫存關鍵數據;內置OPC接口，便于與第三方控制系統(tǒng)或信息系統(tǒng)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現場智能儀表、PLC和DCS等現場測量和控制裝置的通訊協(xié)議，以便于相關數據的采集;數據應用層由多臺服務器組成，服務器用于存儲數據、存儲和運行模型庫(數據和數據的固有關系)、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機或移動終端等，這些設備應方便生產管理人員使用能源管理信息系統(tǒng)的各項功能。

3.2.4部署能源集中監(jiān)控平臺

       基于實時數據庫和監(jiān)控圖組態(tài)系統(tǒng)，建設監(jiān)控系統(tǒng)。實現對各級(集團、分廠、車間、重要耗能設備)多種能源介質(煤、電、蒸汽、水、燃料氣、氮氣等)產、存、耗全過程的實時監(jiān)控，掌握其歷史和實時趨勢。實時記錄能源系統(tǒng)事件，實時掌握能源使用消耗情況，實現對各類產能、供能和用能過程及設備的實時監(jiān)控、異常報警和分析管理。對重點耗能設備(變壓器、鍋爐、加熱爐、汽機、風機、空壓機、泵等)進行能效實時計算與監(jiān)控，實時監(jiān)控與優(yōu)化設備的能源利用率、設備運行與生產負荷之間的匹配度。通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)，建設集團、分廠、車間、重要耗能設備四級能源監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2.5健全管理制度

       企業(yè)根據生產過程和能量系統(tǒng)特點，制定切合實際的能耗在線監(jiān)測制度，充分發(fā)揮能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的作用。企業(yè)需將能源管理工作提升到與產品質量管理和產量管理同等高度，針對不同產品和不同重點耗能設備或工序，制定能耗預警指標體系;制定節(jié)能優(yōu)化生產操作指南。基于能源管理信息系統(tǒng)分析工具，制定持續(xù)改進的節(jié)能工作方案，實施在線能效績效考核管理，落實節(jié)能獎懲制度。

4.1建設意義

       《重點用能單位節(jié)能管理辦法》規(guī)定，重點用能單位包括年綜合能源消費量1萬噸標準煤以上(含1萬噸)的用能單位以及各省、自治區(qū)、直轄市有關部門的年綜合能源消費量5000噸標準煤以上(含5000噸)、不足1萬噸標準煤的用能單位。目前在該范圍內的重點用能單位全國約17000家，能源消費量占全國能源消費總量的60％，是節(jié)能工作的重點對象。

       為貫徹落實《重點用能單位節(jié)能管理辦法》（國家發(fā)改委2018年第15號令）、《國家發(fā)改委關于開展重點用能單位“百千萬"行動有關事項的通知》（發(fā)改環(huán)資〔2017〕1909號）和國家發(fā)改委辦公廳《關于發(fā)布“百家"重點用能單位名單的通知》（發(fā)改辦環(huán)資〔2019〕351號），深入推進重點用能單位能源消耗總量和強度“雙控"工作，各省市相關主管部門陸續(xù)發(fā)出通知，要求納入“百千萬"行動的重點用能單位落實節(jié)能主體責任，加強節(jié)能管理，并按照《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)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(tǒng)并按時接入省級重點用能單位能耗在線監(jiān)測平臺，對未按要求開展重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設、未配備和使用能源計量器具的，依法依規(guī)責令限期整改，逾期不整改或整改未達到要求的，嚴格按照有關法律法規(guī)進行處罰。

4.2端系統(tǒng)結構

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

       主要功能:通過計量儀表、工控系統(tǒng)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；重點用能單位接入端系統(tǒng)要通過網閘、防火墻、隔離等措施，確保內部系統(tǒng)和數據；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(tǒng)提供完整解決方案：

 

4.2.1端設備

       企業(yè)接入端系統(tǒng)需要從生產過程控制系統(tǒng)中采集能耗相關數據，考慮到企業(yè)生產網絡與辦公網絡(互聯網)之間并不互通的實際情況，企業(yè)接入端系統(tǒng)將通過具備2+1架構的物理隔離裝置--能耗在線監(jiān)測端設備，實現生產網絡和辦公網絡之間的物理連接，在數據傳遞過程中確保從生產網絡（內網）獲取的能耗數據以單向傳遞、隔離加密、文件擺渡的形式傳遞到辦公網絡(外網)，再通過外網主機側的CA數字認證證書進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：64G固態(tài)硬盤；

    (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，便于現場維護操作；

    (6)雙冗余開關電源，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；

    (9)4個USB接口，可用于CA證書接口；

4.2.3端設備軟件功能

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

       (2)支持從能源網關、DTU、SCADA通過ModbusTCP（GB/T19582）、能耗協(xié)議等上傳的能耗實時數據，并進行匯總生成上報的能耗數據；

       (3)支持從自動化信息系統(tǒng)通過OPC協(xié)議采集需要的能耗實時數據，并進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基本信息；

       (7)按照《NHJC-04-2018重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范-端設備接口協(xié)議規(guī)范》的要求往國家或省級平臺上傳數據；

       (8)支持斷線緩存，保證數據的連續(xù)性；

       (9)端設備平臺方便用戶使用、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系列能源網關

       ANet系列能源網關，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，滿足國家辦公、大型公共建筑、工業(yè)企業(yè)等能源管理系統(tǒng)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等各項參數信息。

4.3.1能源網關硬件參數

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實時數據轉發(fā)；

       (3)分項計量Xml數據報文定時上傳；

       (4)數據AES加密；

       (5)斷點續(xù)傳；

       (6)數據存儲；

       (7)遠程配置及維護；

4.3.3相關報告及證書

       (1)GB/T17626.2-2018《電磁兼容試驗和測量技術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射頻電磁場輻射抗擾度實驗》3級。

       (3)GB/T17626.4-2018《電磁兼容試驗和測量技術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浪涌（沖擊）抗擾度試驗》4級。

       (5)GB9254-2016《信息技術設備的無線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)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設通用技術要求

       能耗在線監(jiān)測端系統(tǒng)部署在重點用能單位內部，主要功能是通過計量儀表、工業(yè)控制系統(tǒng)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。能耗在線監(jiān)測端系統(tǒng)要通過網閘、防火墻、隔離等措施，確保內部系統(tǒng)和數據;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(tǒng)的核心是能耗在線監(jiān)測端設備，是重點用能單位的信息節(jié)點。重點用能單位管理信息系統(tǒng)、生產執(zhí)行系統(tǒng)、儀表中的能耗相關數據通過有線或無線網絡的方式，傳輸到能耗在線監(jiān)測端設備。能耗在線監(jiān)測端設備對采集到的數據進行統(tǒng)計匯總，經驗證、篩選、整理打包后，采用HT-TPS進行通道保護傳送至上級系統(tǒng)應用平臺。能耗在線監(jiān)測端設備在接入互聯網之前應采用防火墻隔離可能來自互聯網的網絡攻擊，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，需配置硬件防火墻。

       能耗監(jiān)測端設備作為連接用能單位生產控制網絡與辦公網絡、互聯網的關鍵節(jié)點設備，保障數據傳遞的隔離，即能耗監(jiān)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，數據接入端網絡和數據發(fā)送端網絡之間的數據交換，只能通過配置的數據，其他數據都被*過濾無法通過。

       能耗監(jiān)測端設備需采用“2+1"架構設計，以雙主機加隔離部件的方式組成，即由內網主機、外網主機、隔離數據交互單元三部分組成。用于連接生產控制網絡數據輸出系統(tǒng)主機(如生產過程控制系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)、企業(yè)生產自動化系統(tǒng)等)網絡與企業(yè)辦公網絡，實現兩個網絡之間的數據傳遞、隔離、信息流訪問控制、內容過濾和信息交換等。能耗監(jiān)測端設備中的內、外部主機通過隔離數據交互單元連接(由隔離部件構成)，隔離數據交互單元是兩個網絡之間可信物理信道。該內部信道裁剪了TCP/IP等功能網絡協(xié)議棧，采用私有協(xié)議實現協(xié)議隔離。對于用能單位能耗數據的采集與遠傳，屬于性要求較高而實時性要求相對較低的應用場合，隔離數據交互單元還將采用一組互斥的分時切換電子開關實現內部物理信道的通斷控制，以分時切換連接方式完成信息擺渡，從而在兩個網絡之間形成一個不存在實時物理連接的隔離區(qū)。

[1]北京節(jié)能環(huán)保．北京市重點用能單位能耗在線監(jiān)測試點建設工作經驗[J]．中國能源，2018(4):7－9．

[2]楊紹鵬,王璐,時希杰.工業(yè)企業(yè)能耗在線監(jiān)測通用技術研究[J].應用能源技術,2021(08):38-41.

[3]安科瑞重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng).2020.10版 

作者簡介：劉細鳳，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用能單位能耗在線監(jiān)測。