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摘要：在“碳達峰，碳中和"政策影響下，對工業(ye) 企業(ye) 能源管理提出了新的要求。本文結合建材工廠對安全、健康、節能等方麵的需求，深入探討了建材行業(ye) 能源管理工業(ye) 互聯網平台的設計與(yu) 應用，這將給工業(ye) 互聯網平台技術在其他工業(ye) 應用方麵提供借鑒。
關(guan) 鍵詞：能源管理；數據可視化；工業(ye) 互聯網平台
1概述
本文所述建材行業(ye) 能源管理工業(ye) 互聯網平台，實現分層級、分部門、分介質的能耗數據實時監測、能耗、能源基礎數據管理、能源實績管理、能源指標對比分析、能效綜合分析、能耗數據可視化等企業(ye) 雲(yun) 應用服務，同時建立綜合能效能耗公示、監測及能耗診斷等行業(ye) 雲(yun) 應用服務，實現對能源的精細化管理，提高能源利用效率，降低企業(ye) 運營成本，推動建材行業(ye) 的轉型升級，提高行業(ye) 核心競爭(zheng) 力。
2總體(ti) 結構
建材行業(ye) 能源管理工業(ye) 互聯網平台由現場設備層、邊緣層、平台層和客戶端組成，整體(ti) 架構如圖1所示。
圖1 建材行業(ye) 能源管理應用服務雲(yun) 平台架構圖
2.1現場設備層
由多功能電表、水表、氣表、冷熱表、流量表、壓力表、溫濕度表以及其他能耗設備組成，用於(yu) 計量能源數據；還包括用於(yu) 測量影響生產(chan) 的主要設備（如鍋爐、汽輪機、發電機、風機等各類設備）運行情況和關(guan) 鍵工藝參數、品質參數的各類傳(chuan) 感器和控製係統。
2.2邊緣層
利用雲(yun) 網關(guan) 采集現場設備層的各類多源異構數據，進行協議解析、數據清洗、分析處理，通過以太網、移動網絡等傳(chuan) 輸方式與(yu) 雲(yun) 平台進行數據通信，實現設備上雲(yun) 。
2.3平台層
提供安全穩定、成熟可靠的雲(yun) 服務器，對能源數據進行存儲(chu) 、分析和處理；結合工業(ye) 知識多維建模，建立能耗預測模型、能耗預警模型；提供綜合看板、能源監測、能耗、能源實績管理、能耗分析、輔助決(jue) 策、組態工具、信息公示、係統管理等功能服務；提供數據接口，為(wei) 企業(ye) 管理級的MES、ERP等係統提供用能信息。
2.4客戶端
提供瀏覽器客戶端、移動客戶端訪問方式，滿足建材企業(ye) 、行業(ye) 監管部門、政府部門、行業(ye) 協會(hui) 等不同用戶的使用需求，實現隨時隨地掌握能源管理係統相關(guan) 信息。
3能源數據采集
平台提供雲(yun) 網關(guan) 和軟網關(guan) 兩(liang) 種數據采集方式，連接現場PLC、DCS、IPC、智能儀(yi) 表等設備，匯聚不同子行業(ye) 、不同工廠利用智能化設備采集的多源異構數據，通過以太網、2G、3G、4G、5G等上網方式，將數據傳(chuan) 輸到雲(yun) 平台，提供高效穩定的數據傳(chuan) 輸、準確及時的數據分析和安全可靠的設備遠程管理服務。
主要采集的數據包括以下幾種：
（1）用電量
通過智能電能表采集數據，包括各條線路的正向有功電量，正向無功電量，反向有功電量，反向無功電量，電度表的峰、平、穀電量，以及準實時數據電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數的采集。
（2）生產(chan) 工序生產(chan) 工藝數據
基於(yu) 取得過工序已有的DCS，數據全部采自DCS，采集的生產(chan) 數據側(ce) 重在能夠反映影響生產(chan) 的主要設備運行情況及關(guan) 鍵工藝參數，如鍋爐、汽輪機、發電機、風機等各類設備的運行狀態等，通過實時數據反映出生產(chan) 實際情況。
（3）能源計量數據
建材行業(ye) 能源介質主要為(wei) 煤、電、蒸汽、水及壓縮空氣等，涉及到上述介質的進、出口的檢測計量均視為(wei) 一級計量，需納入到生產(chan) 能源管理中心進行。為(wei) 保證能源數據的同源性，避免中間轉換帶來的誤差，能源數據采集對象主要為(wei) 瞬時流量、累積流量、溫度、壓力、計量表的運行狀態等。
（4）環保數據
企業(ye) 各項環保數據如廢氣排放指標檢測，應與(yu) 采集數據同源。
4能源管理服務
能源管理工業(ye) 互聯平台采用雲(yun) 計算技術，結合微服務架構，實現可擴展、高可用的基礎運行環境，采用B/S架構，隻需安裝瀏覽器，即可訪問平台資源，減輕客戶端程序的開發及安裝，具備跨平台特性。企業(ye) 管理人員可通過生產(chan) 工藝流程圖、實時曲線等可視化界麵對企業(ye) 各級生產(chan) 能耗數據進行實時監測，並隨時查看能耗統計分析數據；行業(ye) 監管用戶可按行業(ye) 、地區、特定時段對企業(ye) 綜合能耗情況進行查看，方便其準確了解行業(ye) 整體(ti) 用能情況，並進行能源協同配置。詳細功能架構如圖2所示。
圖2 能源管理應用服務平台功能架構圖
4.1綜合看板
為(wei) 管理人員提供全局視角，通過綜合看板顯示平台內(nei) 部各類數據匯總情況，使其能夠隨時宏觀掌握平台關(guan) 鍵數據指標。支持豐(feng) 富的顯示模式，包括餅狀圖、柱狀圖、散點圖、折線圖、雷達圖、儀(yi) 表盤等幾十種動態交互的圖形及3D動態圖形效果，如3D折線圖、3D曲麵圖、3D散點圖、3D柱圖等數據可視化展示方式。
（1）行業(ye) 總覽
圖形化展示具體(ti) 地區、特定時段權限範圍內(nei) 企業(ye) 能耗情況，橫向、縱向能效對比情況。
（2）企業(ye) 總覽
顯示企業(ye) 特定時段內(nei) 能源使用情況，具體(ti) 包括能耗總量、各介質消耗總量、能耗統計、能效數據統計等。實際能效、能源計劃橫向、縱向對比情況。
4.2能源監測
對企業(ye) 能耗數據進行實時監測，包括對能耗總量、重點工序能耗、重點設備能耗、餘(yu) 熱發電生產(chan) 能耗，以及電表、水表、燃氣表等儀(yi) 表數據的監測。支持靈活分組，可按部門、工序、設備、介質等分層級監測。
（1）生產(chan) 工序監測
監測重點工序的能源消耗情況，以水泥企業(ye) 為(wei) 例，監測熟料煆燒、水泥粉磨工序的能耗，經過深層次的統計分析，輔助工藝操作模式調整，生產(chan) 能效優(you) 化。
（2）能源消耗監測
監測企業(ye) 各能源介質的消耗情況，如電能，監測各條線路的正向有功電量，正向無功電量，反向有功電量，反向無功電量，電度表的峰、平、穀電量，以及準實時數據電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數。
（3）能耗設備監測
對重點設備如水泥製作工藝中回轉窯、生料磨、煤磨、水泥磨等設備，進行能耗、運行參數、運行狀態與(yu) 效率實時監測，統計分析，助力管理人員通過調整工藝操作模式，提高能效，降低成本。
4.3能耗
（1）能耗預警
基於(yu) 能耗曆史數據，構建能耗預警模型，作用於(yu) 實時能耗數據，對能耗趨勢進行預判，實現對能耗的早期預警。可實現行業(ye) 、區域、企業(ye) 用能總量預警、單耗指標預警等。
（2）實時
基於(yu) 能耗數據實時監測功能，根據用戶自由設置的限值發起設備能耗、能耗總量，並記錄數據，支持線上實時與(yu) 曆史數據導出，支持短信、微信、郵件等信息推送功能。
（3）設置
設置能耗參數，具體(ti) 包括限值，周期、對象、提示方式等。
4.4能源實績管理
（1）能源計劃
利用能耗預測模型，生成煤耗、電耗等能源使用預測曲線，根據企業(ye) 生產(chan) 計劃及能源需求預測結果，編製能源使用計劃，並檢測能源計劃合理性。
（2）能源實績分析
對能源實績數據（各個(ge) 能源介質消耗量、發生量、回收量的實時計量數據）進行采集、存儲(chu) 與(yu) 實時監測，提供能源計劃與(yu) 能源實績的可視化對比分析。
4.5能耗分析
（1）對比分析
支持對能源介質的同比、環比分析，直觀的掌握各能耗趨勢和增長率。針對不同企業(ye) 或部門（工序、班組、崗位）之間進行同級對比分析，參考平均能耗基準，發現能耗異常點。針對同級別不同時間段進行曆史對比分析，並參考平均能耗基準，發現能耗異常點。
（2）對標分析
對企業(ye) 能耗與(yu) 標準、行業(ye) 標準進行對比分析與(yu) 綜合能效評價(jia) 。以水泥行業(ye) 為(wei) 例，對標分析可比熟料綜合煤耗、可比熟料綜合電耗、可比水泥綜合電耗、可比熟料綜合能耗、可比水泥綜合能耗等能耗指標[3]。
（3）能耗排名
多級別（部門、工序、班組、崗位）進行能耗排名，實行內(nei) 部能耗考核比較，通過對季度、月度、每天考核結果進行對比分析，發現問題，找出差距。
（4）能效分析
基於(yu) 設備全過程能耗監測數據，結合電耗、功率、效率和負載等參數進行綜合分析，對設備、操作人員進行用能效評價(jia) 。輔助工藝操作模式調整，提升能源利用率。
（5）趨勢分析
對能耗數據的變化趨勢進行實時追蹤與(yu) 曆史記錄，深度分析其動態特性。通過單一數據分析、多數據對比分析、趨勢分析、相關(guan) 性分析等形式，幫助用戶快速掌握能耗變化規律，建立能耗預測模型。
4.6能耗報表
支持按照能源介質、使用部門、供應部門進行分部門、分介質、分層級統計，運用圖形與(yu) 表格的形式展示各部門下屬能源結構的能耗組成，通過時間維度（天、周、月、季、年）可查看各分類的曆史數據。自動或手動生成日、月、年報表。
4.7輔助決(jue) 策
（1）輔助運維
通過趨勢分析、知識庫關(guan) 聯分析、定位與(yu) 設備關(guan) 聯分析等手段，從(cong) 多角度分析設備故障原因，輔助企業(ye) 運維人員進行故障判斷和消除，提高工作效率。
（2）輔助診斷
行業(ye) 專(zhuan) 家對企業(ye) 生產(chan) 過程中出現的耗能問題（如：單位能耗超標、設備非經濟運行、功率因數低、諧波畸變率超標等）提供在線輔助診斷，並針對所發現的問題和對應的工序，提供解決(jue) 方案。
（3）輔助安全生產(chan)
基於(yu) 能耗預警與(yu) 能耗功能，分析產(chan) 生原因與(yu) 關(guan) 聯關(guan) 係，向安全管理人員推送嚴(yan) 重，輔助安全生產(chan) 。
（4）節能評價(jia)
實現以月、季度、年度為(wei) 單位對企業(ye) 節能效果進行評估，形成分析節能效果分析報告，在平台進行信息公示。
4.8組態工具
雲(yun) 端圖形化組態設計工具，通過拖拽等簡單操作，低代碼實現數據可視化設計，靈活繪製現場實時畫麵。
4.9信息公示
以新聞發布、消息發送、下載中心等形式，按行業(ye) 、地區、特定時段對企業(ye) 綜合能耗情況進行公示。
4.10係統管理
係統管理功能為(wei) 其他用戶創建平台賬號，設置人員角色，為(wei) 角色分配平台權限，同時可借助分組功能，實現對人員多結構多層級的靈活管理。
4.11平台安全性
平台構建包括業(ye) 務安全、數據安全、網絡安全和資源安全的整體(ti) 安全保障體(ti) 係，提供設備接入、網絡傳(chuan) 輸、數據處理、用戶訪問等全流程安全保障。
5安科瑞企業(ye) 能源管理平台
5.1 平台概述
安科瑞企業(ye) 能源管理平台采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(ye) 的生產(chan) 、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態和數據化管理，監測企業(ye) 電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(ye) 針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產(chan) 品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設備的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為(wei) 企業(ye) 加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。
5.2應用場所
鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(ye) 、木材、化學原料以及機電設備、電器產(chan) 品、工器具製造等。
5.3平台結構
圖3 平台結構
5.4平台主要功能
5.4.1首頁
首頁通過展示企業(ye) 各類能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區域能源消耗對比,並三維展示企業(ye) 重要工藝或設備的能源消耗動態，可直觀了解企業(ye) 當前用能。
5.4.2運行
能源管理係統的動態顯示對企業(ye) 使用的各種能源（電、水、蒸汽）進行實時，並提供從(cong) 概貌到具體(ti) 的動態圖形顯示，並提供區域數據，在工廠平麵圖或者某個(ge) 車間的平麵圖快速瀏覽到所管理的能耗數據。係統提供對能源管理係統運行狀態的實時監視功能，實現對能源係統運行過程中關(guan) 鍵的用能狀態參數的變化趨勢、耗能設備的運行狀態以及係統運行事件進行實時監視，確保整個(ge) 能源供給、轉換和消耗過程的安全、可靠和穩定。係統提供圖形化工具，不僅(jin) 可以組態出數字化的界麵，還具有實時趨勢顯示。
（1）變配電係統的電氣主接線圖展示，實現對全電量參數以及開關(guan) 斷路器狀態的實時監視，如電壓、電流、頻率、功率、功率因數、三相不平衡度、諧波等參數。
（2） 水、燃氣、壓縮空氣等係統各分支管道分布示意圖以及流量、壓力、溫度等參數狀態的實時監視；
（3）重點用能設備係統（如壓機等)的運行狀態以及用能參數的實時監視；
（4）過壓、過流、欠壓等保護信號、係統通信中斷、電量、非電量參數越限、能耗超標預警等實時事件監視。
（5）工藝流程圖展示重點關(guan) 注工藝各設備運行參量以及能耗情況
5.4.3變壓器
展示各變壓器負載情況，從(cong) 而可以為(wei) 變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比，測算變壓器損耗，找出變壓器經濟運行區間。根據變壓器經濟運行區間，調整負載，從(cong) 而降低變壓器損耗，節約電量。
5.4.4用能統計
係統支持為(wei) 企業(ye) 不同的計量監測對象，提供快速查詢顯示日、周、月、季、年的企業(ye) 用能情況同比環比、產(chan) 品單耗、產(chan) 品折標對比、能耗排名等。數據通過棒圖，餅圖，直方圖等形式，實現對係統中耗電量、耗水量、耗氣量等能耗數據的統計分析。大到整個(ge) 企業(ye) ，小到單個(ge) 設備或車間，通過對這些區域的計量節點能耗數據查詢分析，實現整個(ge) 企業(ye) 能耗數據的統計分析，滿足用戶實現對任意時段內(nei) 區域、車間、工藝和設備類型等的能耗數據查詢要求。通過對比不同區域等的能耗數據情況，了解不同對象區域等的能耗規律，自動對這些對象進行能耗排名，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從(cong) 而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。
5.4.5分項用能
係統提供對企業(ye) 分項用能的分項統計。根據分項，用柱狀圖以及餅圖，展示各分項用能情況，直觀，清晰。通過用能趨勢，及時掌握企業(ye) 分項用能趨勢情況。對於(yu) 分項用能異常，能即時發現，調整策略，改善用能，節約能源。
5.4.6產(chan) 品/產(chan) 值單耗
係統可以與(yu) 企業(ye) MES係統對接，導入產(chan) 品產(chan) 量。對不能導入的數據提供人工錄入功能。通過係統采集的能耗數據，結合產(chan) 品產(chan) 量，計算產(chan) 品單耗，生成產(chan) 品單耗趨勢圖，並進行同比和環比分析。以便企業(ye) 能夠根據產(chan) 品單耗情況來調整生產(chan) 工藝，從(cong) 而降低能耗。
5.4.7用能成本分析
係統支持為(wei) 企業(ye) 整體(ti) 以及車間等各個(ge) 需要單獨進行能耗考核的對象提供各種能源消耗的總費用成本的統計對比功能。可提供電、水、氣等各種能源類型在統計周期中的消耗量以及對應的費用數據，並且可以將各種能源的費用進行百分比占比統計和對比，以了解整個(ge) 企業(ye) 能源費用成本的詳細分布情況。同時支持對單位成本費用進行分析。用戶可選擇多個(ge) 考核區域進行耗能成本的對比分析，為(wei) 用戶建立有效的績效獎懲機製和日常管理提供真實、可靠的數據依據。
5.4.8用能成本分析
係統支持為(wei) 企業(ye) 以及需要單獨考核計量的區域提供能源成本預算管理功能，允許用戶錄入能源成本的詳細預算計劃，通過對比能源實際費用和預算費用進行預算執行管理，可以直觀的了解到每月或者每年能源成本是否超出預算，方便用戶及時的進行預算的調整和幹預。此外，係統還支持按照的預測算法進行能源成本的成本預測，根據曆史的預算執行情況和實際耗能的數據預測後續的幾個(ge) 月的能源成本費用，幫助用戶進行有效的成本計劃管理。
5.4.9績效分析
對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產(chan) 線、工段、設備等進行日、周、月、年、時段績效統計按照能源計劃或定額製定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(ye) 了解內(nei) 部能效水平和節能潛力。
5.4.10能耗預測
通過對企業(ye) 車間、生產(chan) 工藝、生產(chan) 設備等的能耗使用情況進行分析，建立能耗計算模型，根據人工智能算法對數據和模型進行修正，對未來企業(ye) 能耗趨勢進行分析，為(wei) 節能提供有效的決(jue) 策依據。
5.4.11運行監測
係統的設備運行監測功能專(zhuan) 門針對重點耗能設備提供管理，主要包括設備運行狀態及關(guan) 鍵參數監視、設備台賬管理、設備能耗統計分析以及設備維護管理。通過對設備工作狀態參數以及工況參數的實時采集和監視可及時判斷設備的運行工況是否正常；設備能耗統計分析可提供針對設備對象的實時耗能量以及曆史耗能趨勢的分析和對比；設備台賬管理以及維護管理可建立全麵的設備基本信息檔案，可快速實現對於(yu) 設備各種特性參數的查詢和統計分類，對設備及其主要零配件的檢修、更換曆史記錄進行信息化管理，並可提供設備計劃檢修到期提醒以及逾期檢修告警等功能，便於(yu) 為(wei) 每一個(ge) 重要設備建立經濟運行檔案，確保設備的安全、穩定、經濟運行。
5.4.12能源平衡及損耗分析
能源平衡及損耗統計分析主要為(wei) 企業(ye) 的電、水、氣等能源在轉換、運輸、使用過程中的各個(ge) 環節提供能量平衡分析，及時的發現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行幹預。通過分別統計重要用能環節的能源供給量和能源消耗量並計算兩(liang) 者之間的差值損耗量，來評估個(ge) 各環節的用能損耗程度。比如對用水係統的幹管計量和各個(ge) 車間支管的計量消耗量之和進行損耗分析，有利於(yu) 及時發現是否存在水管漏水或者違規用水的情況；對用電係統的低壓進線計量和各饋線回路的計量消耗量之和進行損耗分析，來評估判斷是否存在違規用電、竊電等異常用電現場，幫助用戶發現並糾正能源使用過程中的能源浪費問題，降低能源綜合運行成本。
5.4.13節能分析
節能分析主要是為(wei) 企業(ye) 在實施節能措施後，具體(ti) 節能效果的分析，通過錄入節能措施，對比分析實施節能措施前與(yu) 實施節能措施後的用能情況，以此來評判節能措施的實施效果，為(wei) 企業(ye) 節能提供幫助，提高經濟效益。
5.4.14分析報告
係統提供的用戶分析報告主要是為(wei) 企業(ye) 的中、高層管理人員提供有關(guan) 企業(ye) 的能耗數據統計結果匯總和分析結論展示，注重整體(ti) 能耗狀況和變化趨勢的說明。一般包括企業(ye) 的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況，用能趨勢排名，重點能耗排名，綜合能耗排名等。通過豐(feng) 富多樣的 圖形化組件組態成為(wei) 一份用戶分析報告，讓用戶全麵了解係統的運行情況，方便用戶發現設備異常，從(cong) 而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。
5.4.15事件記錄
事件分析主要是為(wei) 係統的異常運行狀態或故障原因診斷分析提供依據和分析手段。係統運行過程中所產(chan) 生的各種時間均會(hui) 被自動記錄和存儲(chu) ，通過對事件的發生時間、範圍對象、事件的類型、事件的等級以及事件描述關(guan) 鍵字搜索查詢，即可快速的實現對目標事件的查詢和分類。
5.4.16自定義(yi) 報表
用戶可通過自定義(yi) 報表頭與(yu) 列，靈活生成各種報表，從(cong) 各種能耗數據及費用比較，到電力峰穀平報表；從(cong) 碳排放報告到係統能耗評估，從(cong) 能耗指標到能耗預算等等，使用者無需繁瑣的編輯，隻需要簡單操作就能生成精美的報表。
5.4.17移動端支持
APP支持androids、ioses操作係統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(ye) 能源消耗、效率分析、同環比分析、能耗折標、用能預測、運行監視、異常等。
5.4.18運行環境
(1)瀏覽器運行設備
(2)台式電腦，手機、平板等移動端設備
(3)瀏覽器運行環境
(4)支持火狐、搜狗、360等主流瀏覽器訪問
(5)客戶端運行設備
(6)安卓係統移動設備（androids 5.0以上），蘋果ioses係統
5.5推薦現場設備選型（根據實際需求選配）
6結束語
本文所述建材行業(ye) 能源管理應用服務雲(yun) 平台充分利用工業(ye) 通信、大數據、雲(yun) 計算、可視化等技術，依靠底層取得過的能源硬件基礎和控製係統，通過雲(yun) 網關(guan) 匯聚各類生產(chan) 過程參數和能源數據，經過數據清洗、存儲(chu) 、整理，並運用科學的統計分析方法，結合生產(chan) 計劃具體(ti) 需要，進行能耗實時監測、能效分析、優(you) 化控製和綜合管理，平台采用微服務架構，為(wei) 用戶提供數字化、網絡化和智能化的能源管理與(yu) 服務。
由此可見，工業(ye) 互聯網平台是實現智能化能源管理的重要手段，通過分析發現工業(ye) 互聯網平台在能源數據采集、匯聚、分析、價(jia) 值挖掘等方麵都具有較高的應用價(jia) 值，可推廣應用至其他應用領域。
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