工厂能耗管理系统

1.工厂能耗管理系统现状及需求

l 当前的能源管理颗粒度，无法满足生产制造型企业精益管理的需求

l 能源耗用预测、转换供应基于历史经验制定与生产无关，度不够

l 能源生产和供应过程的管理依靠手工方式进行，管理手段需要改进

l 缺乏有效的手段，对能源的泄漏、供应质量、耗用异常进行实时监控

l 能源耗用统计，所需耗用统计，所需计量数据点多，统计工作量大且繁杂

l 能源使用中存在节约的空间

各工厂的能源管理工作目前还没有统一的信息化管理系统进行支撑管理，工厂能源管理的各项工作仍需各级管理员手工处理。随着节能降耗要求的提高，各工厂对于能源管理信息化的诉求也在不断增强。

2.系统方案概述

工厂能耗管理系统方案是以安科瑞工厂能耗监测平台融合了现场通信技术、数据库技术、Web技术、SCADA/HMI技术、C/S及B/S技术等的一体化的数据采集监控系统方案。

能源管理系统实时监控与信息管理系统的总目标是建立一个全局性的能源管理系统，构成覆盖能源信息采集及能源信息管理两个功能层次的计算机网络系统，实现对电能、天然气、压缩空气、采暖水、循环水和自来水等能源介质的自动监测，进而完成能源的优化调度和管理，实现安全、优良供能、提高工作效率、降低能耗，从而达到降低产品成本的目的。系统包括3大部分内容：能源数据采集，能源数据实时监控和能源数据分析发布管理。其主要功能是实现对所有与能源有关的数据采集，并在能源管理部门范围内实现数据的发布。

整个能源管理系统是以稳定可靠的电力测控模块、智能水表、智能气表等传感器和上位管理服务器为核心并采用流行的、可靠的计算机网络构成的集中式数据采集监控分析管理系统。全厂设置一个集中能源监控中心。全厂能源调度监控中心通过网络从各能源子站中获取能源数据，实现全厂的能源数据集中监控和管理。并实现能源数据的集中管理和归档，并通过网络实现在能源管理部门范围内的数据发布;全厂能源管理中心和各能源子站通过工厂已有网络结合在一起构成一个完整的系统。                                                                                 

能源管理数采终端采用工业级通讯管理机处理运算单元，各个能源子站都具备运算存储能力。能源管理数采终端集成以太网接口，通过光纤以太网与能源管理服务器系统实现通讯，网络构架简单明了，系统安全可靠。

                                                                                                                             系统数据流
     系统数据流如上图，在软件应用层次，系统以国际通用的OPC标准为软硬件标准。OPC标准是针对工业应用场合推出的软硬件通信标准，通用OPC标准可以实现工厂系统信息的互通互连，避免“信息孤岛”问题。目前，绝大部分工业软件硬件供应商都支持这种标准。

总的来说，可以把系统分为三大部分：数采终端（能源子站），数据监控系统（能源实时监控子系统），数据管理与发布（能源管理分析子系统）。

2.1现场电力测控装置（AEW100）

AEW100无线计量模块主要用于计量低压网络的三相有功电能，并可选配RS485通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。产品具有精度高、体积小、安装方便等优点。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。

AEW100无线计量模块不需要布线也不需要拆线现场不用施工，大大降低项目成本，节省大量时间。由于无线计量模块使用方便节省成本，未来项目改造使用无线计量模块是趋势。      

                                                                                                                   AEW100主要功能

 

 
AEW100组网方式             

AEW100安装方式

2.2能源实时监控子系统

能源实时监控子系统主要完成能源数据实时动态监控、趋势图显示和故障异常报警等几大块功能，各能源子站的现场工艺数据通过传感器、智能仪表接入能源子站，同时，利用以太网，能源实时监控子系统实时采集能源数据，以友好直观的界面表示能源设备和能源网络的运行状态，帮助用户及时、准确了解能源系统的运行状态，及时发现、解决问题。

能源管理系统主要功能如下：

l 数据采集和处理；

l 能源工艺参数和设备的动态显示；

l 报警显示和管理；

l 趋势显示；

l 历史数据的管理、存贮；

l 能源统计报表的生成和打印

l 权限的确定

2.2.1能源实时监控服务器

能源实时监控服务器是上位监控软件Acrel-5000服务器端的运行平台，负责处理、存储、管理从现场能源子站传送来的实时数据。作为网络上的实时I/O 服务器，同时又是控制网络中的报警服务器、趋势服务器，能源实时信息服务器是能源管理系统的数据实时处理中心，它将担负整个能源管理系统的实时数据的存储和处理，因此具有十分重要的地位。

系统基于的服务器/客户端结构，只需要在服务器端做一次部署，客户端通过工厂网络可以使用实时监控功能。客户端不需要重新部署。方便系统的更新维护。

能源实时信息服务器采用Windows操作系统，可靠，稳定。

2.2.2能源实时监控客户机

能源实时监控计算机是能源实时监控信息服务器的客户端。通过该客户端可以实现的功能：

· 能源计量系统结构图

· 显示全厂能源系统总揽图（各个仪表采集的各车间各能耗功率,负荷）

· 动态显示各表读数（电，水，压缩空气，天然气，热水）

· 各表具辅助参数显示（电压，电流，功率，流量，温度，压力等）

· 能源计量系统事件记录，报警管理（表，终端，服务器故障）

· 任意数据趋势显示，跟踪记录

2.3数据管理与发布(能源管理和能源监控系统)

能源管理分析子系统主要完成能源数据采集、存储、分析和数据发布几大块功能，各能源子站的现场工艺数据通过传感器、智能仪表接入能源子站，同时，利用以太网，Acrel-5000对能源数据进行采集，并存储进数据库中，Acrel-5000提供各种能源数据分析管理工具，用户通过Acrel-5000的IE界面接口就可以实现对能源系统管理、分析和数据分享。

能源管理系统主要功能如下：

l 数据采集和处理；

l 报警显示和管理；

l 趋势显示；

l 历史数据的管理、存贮；

l 能源统计报表的生成和打印；

l 权限的确定；

l 用能信息的Web发布；

l 实现与其它能源管理系统、MES或ERP系统连接和数据交换；

2.3.1能源管理分析服务器

能源管理分析服务器是能源管理软件服务器端的运行平台，是整个能源管理系统的历史数据的存储中心，也是数据库管理软件的运行平台。Acrel-5000是安科瑞面向制造型企业推出的一套能源管理系统套件：

l 图形化,对象化开发:Acrel-5000内置能源消耗单位、设备、仪表（水、气、电、汽表）等对象，可以进行开发或者系统的扩展。系统的易使用，易扩展性和可用性

l 内置国际能源统计分析算法：回归分析等

l 支持中、英文

l 支持大范围的应用，在通用等工厂已有成功案例

能源管理分析服务器主要任务是通过服务器完成系统中历史数据的存储、管理，并向网络中的工作站和上层信息管理系统提供数据发布。即在工厂网络内的任何一台计算机通过一定权限的赋予都可作为能源管理分析的浏览器，而且浏览的界面是我们常用的IE浏览器，无需另外安装其他软件。能源管理分析服务器完成以下功能：

l 定时归档各能源表具相关读数（小时，天，周）

l 配置管理（将表具划入区域及设置分摊原则，能源单价设置，费用计算方法设置，权限设置，配置更改记录）

l 生产能源消耗报表（按部门，表具，工作组等）

l 成本分析与分摊

l 数据导入，导出，修改接口

l 通过内部网向公司发布，实现客户端使用浏览器进行浏览

系统基于服务器/浏览器结构，用户通过IE就可以编辑，修改和使用能源分析系统。

2.3.2能源管理系统客户机

能源管理分析客户机是能源管理分析服务器的客户端。可以是能源管理部门内挂在以太网上的任意一台计算机。操作人员打开IE浏览器，连接到能源管理分析服务器即可浏览所有历史上的能源信息及分析结果，还可以浏览生成的能耗报表。同时提供界面为用户实现手动数据录入功能。由于不要求安装任何其它软件，所以在本方案系统设备清单上没有配置此浏览器。

 
3.案例介绍

3.1项目概况 

 广东坚朗五金制品股份有限公司车间在建厂规划时就考虑到能源计量系统的建立，为一部分设备配备了智能化能源计量设备，并预留了通讯接口，在采用各种方式进行节能管理和改造的同时，也受制于现有的硬件和软件情况的限制。部分能源消耗过程和能耗设备的监控采用的人工抄读，缺乏智能仪表的记录与自动化系统的数据采集与分析。人工抄读的数据时间间隔长、及时性差，统计的方法单一，同时无法与生产技术人员进行自动化的有机结合，在能耗管理方面存在较大不便。部分能源消耗缺乏计量装置。现希望在此基础上建立一套完整的、具有较高水平的能源管理系统。

本项目要解决基础能耗数据的智能化、自动化、可视化、可量化的收集与存储；建立车间级的能源管理平台、实现各项能源的集中化管理；深入分析能源消耗过程与趋势，实现能源管理与生产技术紧密结合；建立能耗监测与公示平台，在能源消耗一线直接展示能源利用效率；推进单耗管理，实现企业的产量与能耗的有机结合，能够按照时间、班次、产品批次等追溯能源消耗，支持产品单耗的量化管理。通过对全车间各区域电、天然气、水、压缩空气等能源介质的统一综合管理，使得车间能对各区域设备能源使用情况进行查询分析，帮助车间人员发现潜在的节能机会，大限度地提高企业的能源利用效率，科学有效地管理企业的能源使用，从而降低能源使用费用，为建立节约型社会发挥作用。

1. 设计依据

1.1. 用户需求

1、 能耗监测管理指标体系编制

完成建筑能耗管理系统能源监测指标体系的编制建设，并适度考虑未来建设的管控需要。实现对项目用电、水、燃气总量管理，定额指标、各用能部门能源管理指标等指标体系的编制、查询、展示。

2、 计量设备的购置、安装调试

完成项目能耗计量设备的选型、购置、安装、调试施工工程建设。实现项目内部各类能源数据的统计与分析。

3、 系统网络通讯搭建

完成所有计量仪表之间、仪表与网络通讯层设备、通讯层与系统管理层的通讯连接接线工作，实现末端计量仪表与能耗监测平台软件系统的数据通讯功能。

能耗监测系统的搭建以高速以太网为核心，采用现场总线通讯和高速以太网相结合的方式进行系统网络的搭建，充分利用项目已有网络资源，能耗监测系统各监测区域数据传输方式采用与项目现有通讯网络共用的方式实现对项目水、电、燃气监测点数据传输到能耗监测系统。

4、 能耗监管系统平台软件开发

完成项目建筑能耗监测系统各类功能应用软件开发工程。实现能耗监测系统平台中的能耗监测、分项能耗、预测预警、能耗统计、对比分析、能耗公示、能源报表等软件功能。

5、 数据上传

 完成项目能耗监测系统与市/区能耗监管中心服务器对接，实现能耗数据自动上传。

1.2. 技术标准

本技术规范书引用的国家和行业标注如下：

ISO/IEC11801 《国际综合布线标准》

GB/50198 《监控系统工程技术规范》

GB50052-2009 《供配电系统设计规范》

GB50054-2011 《低压配电设计规范》

IEC 61587 《电子设备机械结构系列》

DL/T448-2000 《电能计量装置技术管理规程》

《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统——分项能耗数据采集技术导则》

《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统——分项能耗数据传输技术导则》

《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统——楼宇分项计量设计安装技术导则》

《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统——数据中心建设与维护技术导则》

《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统——建设、验收与运行管理规范》

《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统——软件开发指导说明书》

DL/T 698.1-2009 《第1部分：总则》

DL/T 698.2-2010 《第2部分：主站技术规范》

DL/T 698.31-2010 《第3.1部分：电能信息采集终端技术规范-通用要求》

DL/T 698.35-2010 《第3-5部分：电能信息采集终端技术规范-低压集中抄表终端特殊要求》

DL/T 698.41-2010 《第4-1部分：通信协议-主站与电能信息采集终端通信》

DL/T 698.42-2010 《第4-2部分：通讯协议-集中器下行通信协议》

DL/T 698.41-2010 《第4-1部分：通信协议-主站与电能信息采集终端通信》

DL/T 698.42-2010 《第4-2部分：通讯协议-集中器下行通信协议》

1.3. 设计范围

根据客户需求及项目实际情况，本项目智能化设计一套Acrel工厂能耗管理系统。该项目现场设备层仪器仪表的具体分布情况如下：

厂房的2个配电室低压进出线回路、主楼强电间和裙楼强电间非标箱所安装的安科瑞ACR220EL电力仪表，具体为：

1#配电室：2路进线、2路电容柜、1路母联和49路出线回路；

2#配电室：2路进线、2路电容柜、1路母联和78路出线回路；

主楼强电间：133个非标箱主开关；

厂房强电间：116个非标箱主开关；

2. Acrel工厂能耗管理系统运行环境

2.1. 能耗管理系统硬件条件

为使Acrel工厂能耗管理系统正常工作，安装系统软件的主机需满足如下硬件条件：

CPU：Intel 酷睿I3 CPU 2.0GHz以上；

内存：2G以上；

硬盘：320G以上；

显示器：VGA、SVGA以及支持桌面操作系统的图形适配器，显示256色以上；

2.2. 软件运行环境条件

Acrel工厂能耗管理系统软件主要运行在微软的Windows操作系统平台上，兼容Windows Xp Professional（简体中文）、Windows Server 2003 Standard Edition (简体中文)、Windows Server 2008  Enterprise Edition (简体中文)、Windows 7 Ultimate (简体中文)、Windows Server 2012 Standard Edition (简体中文)。

2.3. 能耗管理系统机房要求

本能耗管理系统所处的系统机房的防雷和接地设计，应满足人身安全及电子信息系统正常运行的要求，并应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343的有关规定。监控计算机及通讯采集装置所处环境应满足以下要求：

海拔高度：≤2000m；

环境温度：5℃～＋45℃；

大日温差：25K；

大相对湿度：95％（日平均）；90％（月平均）；

3. 系统功能

3.1. 登陆界面

在浏览器输入服务器配置地址

默认高管理员账户和密码都是admin，点击登录，进入系统主界面，主界面右上角分别为显示操作人员姓名，返回主界面按钮，退出登录按钮

3.2. 用能平面图综合能耗展示

Acrel工厂能耗管理系统登录成功进入主页面，主页面显示公司用能平面图，体现公司各区域/车间的平面相对位置、各类能源当月的的使用总量信息。

项目概况可以在基础数据配置，前段鼠标悬浮显示，上面六个扁平图标按钮都可以进入查看具体信息

用能主界面

3.3. 能源系统能流图

 Acrel工厂能耗管理系统能流图表示的是能源介质流向的一种示意图，它直观形象地概括了企业能源系统的全貌，反映了企业在能源输入及分配输送方面的平衡关系。

3.4. 能源计量网络图

Acrel工厂能耗管理系统计量网络图展示用能单位各类能源的计量体系，同时也促进了计量器具的有效管理，使能源管理工作更规范化、网络化，以确保能源计量的准确性。

3.5. 数据检查

查看进线和支路的用电误差，及时发现故障

3.6. 区域用电统计

统计各个车间，办公室等区域的用能

3.7. 能耗折标统计

Acrel工厂能耗管理系统建立能耗折标系统，将各类能源消耗折算成标准煤或CO2排放量，配置各类能源消耗的费率，设置不同能源类型的不同时间段的能源单价，将能源消耗折算为标准煤、费用金额后进行综合比较。

3.8. 用能逐时统计

可以选择任意回路查看该回路24小时的用能情况

3.9. 图表打印

Acrel工厂能耗管理系统可将图表直接打印。

3.10. 产品单耗

根据配置相关信息，合计出各类产品单耗，用能成本统计，各个用能计量等

· 月成本分摊报告

· 月消耗报告

· 能源对帐单报告

· 单件产品的能源消耗：可以显示单件汽车产品的水，汽，电的能源消耗值报表及历史趋势分析曲线

3.11. 用能产量设定

设定全厂每个月的计划用能，产值，实际产量，用于统计分析 

3.12. 用能对比

对比分析本年每个月的用能情况，节能百分比等

3.13. 能耗设备设定

设定每个能耗设备每个月的计划用能，用于和实际用能统计分析对比

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