摘要: 節(jié)約資源是一項(xiàng)基本國(guó)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(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(cè)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)運(yùn)行狀態(tài)能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)預(yù)警。系統(tǒng)建設(shè)的目的在于有效推動(dòng)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)目標(biāo)的進(jìn)程 。
關(guān)鍵詞:工業(yè)；能耗監(jiān)測(cè)；管理系統(tǒng)
1 需求分析
“十二五”時(shí)期是實(shí)現(xiàn)我國(guó)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(jí)，加快節(jié)約發(fā)展、低碳發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗號(hào)召，充分利用國(guó)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(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)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(jí)，能源需求呈剛性增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(guó)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(shí)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(lì)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(mǎn)足“城市工業(yè)能耗監(jiān)測(cè)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(tái)。在保證結(jié)構(gòu)清晰、靈活配置、易于擴(kuò)展的基礎(chǔ)上，對(duì)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(gè)角度進(jìn)對(duì)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(cè)管理中心”綜合管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)對(duì)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(xiàn)監(jiān)測(cè)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(duì)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(shí)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(dòng)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(duì)全市工業(yè)企業(yè)能耗數(shù)據(jù)通過(guò) Internet網(wǎng)絡(luò)、GPRS／3G無(wú)線(xiàn)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(cè)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 中心服務(wù)器。同時(shí)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(shí)性、可靠性。
(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層
從能耗監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)處理的數(shù)據(jù)考慮，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)包括從企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和工信委對(duì)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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)分別進(jìn)行存儲(chǔ)。通過(guò) 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(cāng)庫(kù)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(tái)
支撐平臺(tái)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(tái)：
計(jì)算引擎工具：支撐平臺(tái)具備獨(dú)立計(jì)算引擎，負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理 ，并將結(jié)果寫(xiě)人實(shí)時(shí)或者關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。
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(shù)學(xué)算法模型，實(shí)現(xiàn)包括基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)、預(yù)測(cè)分析、算法優(yōu)化、數(shù)據(jù)挖掘等在內(nèi)的功能。
報(bào)表開(kāi)發(fā)工具：針對(duì)工業(yè)能耗監(jiān)測(cè)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(kāi)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(cè)管理的業(yè)務(wù)需求，組建多維分析模型，對(duì)以多維形式組織起來(lái)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(tái)：本系統(tǒng)中的 GIS應(yīng)用是基于全市統(tǒng)一的GIS平臺(tái)，根據(jù)中心GIS平臺(tái)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(duì)全市監(jiān)測(cè)范同內(nèi)用能企業(yè)能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、報(bào)表上報(bào)、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、匯總分析；為市* 、節(jié)能管理部門(mén)提供預(yù)測(cè)預(yù)警、對(duì)標(biāo)分析等決策服務(wù)：通過(guò)專(zhuān)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(xún)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(duì)城市工業(yè)能耗監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)范圍內(nèi)實(shí)時(shí)采集企業(yè)的基礎(chǔ)信息、能耗分布、能耗預(yù)警等現(xiàn)場(chǎng)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(mén)對(duì)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(duì)企業(yè)工段和關(guān)鍵位置提供組態(tài)監(jiān)控，完成對(duì)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的組態(tài)模擬，并通過(guò)配置來(lái)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)能耗實(shí)時(shí)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(cè)管理系統(tǒng)”的功能設(shè)計(jì)立足于城市級(jí)*、節(jié)能管理部門(mén)、各行業(yè)領(lǐng)域工業(yè)企業(yè)監(jiān)測(cè)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(shí)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(cè)管理系統(tǒng)”的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)涵蓋城市監(jiān)測(cè)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(tái)計(jì)算引擎和各種數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的深加工。支持平臺(tái)上層應(yīng)用及展示。
應(yīng)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(shè)“城市工業(yè)能耗監(jiān)測(cè)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(shí)監(jiān)測(cè)分析、專(zhuān)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(shí)監(jiān)測(cè)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(tái)配置管理、平臺(tái)采集監(jiān)測(cè) 、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(jí)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(cè)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(gè)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(tái)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(mén)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(guò)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(gè)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(cè)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(tái)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(duì)外訪(fǎng)問(wèn)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(fǎng)問(wèn)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(chǎng)的實(shí)時(shí)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(xiàn)傳輸?shù)那闆r下，可通過(guò)無(wú)線(xiàn) 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(duì)于系統(tǒng)外部的訪(fǎng)問(wèn)節(jié)點(diǎn)，如公眾用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)、企業(yè)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)及數(shù)據(jù)填報(bào)，均通過(guò)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(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對(duì)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(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測(cè)企業(yè)電、水、燃?xì)?、蒸汽及壓縮空氣等各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助企業(yè)針對(duì)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(cè)、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(píng)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(shì)、產(chǎn)能走勢(shì)、各類(lèi)能源占比、各類(lèi)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(dòng)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(cè)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(shí)做好節(jié)能減排策劃。
3.2.3 能耗分析
從能源使用種類(lèi)、監(jiān)測(cè)區(qū)域、生產(chǎn)工藝/工段時(shí)間、分項(xiàng)等維度，采用曲線(xiàn)、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對(duì)企業(yè)用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jī)分析，折標(biāo)對(duì)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(guò)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(guò)程中的浪費(fèi)。
3.2.4運(yùn)行監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)對(duì)區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測(cè)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?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(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(tǒng)，方便用戶(hù)按能源分類(lèi)、區(qū)域、車(chē)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(cè)、運(yùn)行監(jiān)視、異常報(bào)警等。
3.3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選型
4 結(jié)語(yǔ)
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(shí)，降低數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作中出現(xiàn)差錯(cuò)的可能性。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)提供的統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)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(cè)功能，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能管控手段轉(zhuǎn)型升級(jí)、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。
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