- 18795659861
水泥企业能源管理系统研究与应用 安科瑞鲍静君
0项目概况
山东某水泥厂建有2 条日产5000 吨熟料生产线和一座年产100 万吨水泥粉磨站。为发展循环经济，该厂为2 条熟料线分别配套建设了6MW、9MW 纯低温余热发电站。水泥企业是典型的高耗能行业，该厂煤、电、水费用合计占总生产成本的70%以上。因此，建立有效的能源综合管理系统、节能降耗是公司健康发展的迫切要求。安科瑞电气股份有限公司于2010年4月承接了该项目，整个系统采用Acrel-5000能耗监测系统，主要实现对企业用电量和用水量的在线监测和能耗管理。
1 目标任务
监视、分析以及控制能源使用，精确记录水泥熟料生产线各个环节和设备的能耗状况，记录分析和评价整体能耗费用水平，从而降低每个环节和线路能源的整体使用成本，同时将能源数据升华为有价值的信息，用于掌握和分析各个部分的能源使用情况。将能源成本分摊到每个车间、班组、设备、生产环节或线路，并与绩效考核挂钩。自动生成A、B、C、D 各班能源消耗统计及主要设备停机次数、运转时间，并对用能情况通过曲线、棒图等形式表示出来，便于通过能源数据的收集和设备状态的分析，进一步发现能源使用漏点和节能空间比较大的环节，评估各项节能措施和设备的实际效果。
2 总体设计
能源管理系统借助现代化网络技术和计算机技术实时监视各种运行能源参数，不断地传送至系统服务器中，使运行管理人员可以通过监控中心了解系统的运行工况，简便地实现各种数据分析。通过该系统，能够精确记录各个车间和主要设备的能耗状况，记录分析和评价整体能源费用水平和能耗费用的分解，发现能耗的过度消耗点，实时监测能耗信息，调动生产者的积极性，帮助提高节能减排的效率。
2.1 系统组成
该系统主要由现场监控设备（主要包括各种智能仪表）、通讯设备（工业计算机数据环网）、能源管理系统软件3 部分组成。一次传感仪表主要采用施耐德公司产品，数据采集器、数据处理服务器、网络服务器、网络通信设施、主机及终端显示屏等全部采用产品。
2.2 系统结构
该系统数据采集全部来自于现场智能仪表，与工业控制网络完全隔离，确保了工业控制网安全可靠稳定运行。系统与地面管理数据网络互联，实现了WEB 信息传输与发布。系统基于TCP/IP 架构，具备与其他子系统互联互通接口。系统内部能源监控和管理系统采用分层分布式结构，方便用户的管理和维护工作。系统采用**的能源监控和管理软件。
2.3 系统原理
通过该系统实时获取能源消耗监控点能耗数据，对能源供应、分配和消耗进行监测，实时掌握能源消耗状况，了解能耗结构，计算和分析各种设备能耗标准，监控各个运营环节的能耗异常情况，评估各项节能设备和措施的相关影响，并通过WEB 把各种能耗日报报表、各种能耗数据曲线等发布给相关管理和运营人员，分享能源信息化带来的成果，完成对企业能源系统的监控及电力负荷耗能状态的监测和管理。为节能工程提供数据支撑。
2.4 系统功能
1）实时监测能源数据。准确的能耗数据是节能工作的基础。能源管理系统可以根据实际需要，对水泥熟料生产各工艺，包括石灰石破碎、原料粉磨、煤粉制备、熟料烧成、余热发电等能耗信息进行实时监控。所监控的数据包括电能数据、蒸汽数据、煤耗数据、压缩空气数据、用水流量及原料消耗量等。
2）形成重要能耗报表。定期提供单位熟料电耗、煤耗、水耗、气耗等综合能耗信息，并对各生产工艺环节进行单耗、总耗统计；报表分为日报、月报、季报、年报等几种，分析电、煤、水、压缩空气、蒸汽消耗情况，以及主机设备运行时间、停机次数等信息。系统还可以分析对比不同时期，同类、不同类设备之间的耗能状况，为发现节能漏点，提供数据参考。
3）分析能耗负荷特性。以图表、棒图、曲线等方式，进行一系列负荷对比分析，包括单位能耗对比，重要负荷对比，一、二线同类负荷用能对比等；系统将分析结果长期存贮在数据库中，同时考虑能源消耗、生产计划、产出多方面信息，总结经验，使设备以经济合理的方式运行，实现系统的节能降耗。
4）细化成本管理。科学准确的界定和分析各部门、班组用能成本，可实现对各车间及熟料线A、B、C、D“四班三运行”模式下各班能源消耗数据统计分析，并能做到班、日分析，使能耗分析更加准确、及时、细化，提升了对能耗成本的控制能力。
通过对比各部门和班组能耗数据，可以发现不良的操作习惯，形成科学的管理和考核办法。
5）预警并诊断能耗异常情况。对不符合工艺操作流程的用能设备、各测量点能源消耗的异常情况进行自动诊断和报警提示。对**出功率范围的能耗设备进行报警、对重要设备运行匹配状况提出诊断信息。中央控制室管理人员可根据系统提示，及时作出科学处理，有效防止跑冒滴漏现象，为生产线安全稳定运行提供可靠**。
2.5 软件特点
上位机软件为Acrel-5000能耗监测系统组态软件，该软件是对现场能耗数据进行采集与监测的**软件，较大的特点是能以灵活多样的“组态形式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常*地实现和完成对现场数据的采集与监测功能。Acrel-5000能耗监测系统具有友好的人机交互界面，可实时和定时采集现场设备各参量及开关量状态，并将采集到的数据上传给数据中心存储。系统还提供了实时曲线和历史趋势曲线分析，符合用户设计需要的报表、事件记录和故障报警等功能。整个系统可以实现所有回路能耗的采集和统计，实现了远程自动抄表、能耗监测功能。
1）运行状态监测：通讯异常报警提示。
2）用户管理：不同用户权限具备不同操作功能，各级权限的口令修改操作功能，具有权限防误功能。
3）能耗报表、棒图：实现了所有能耗报表的按时间查询，分为日、月、年报表等，任意分类、分项实时能耗棒图显示。
4）打印及导出：所有报表及界面可打印，或以EXCEL、WORD 格式进行导出。
3 网络实现方案
系统监控中心设在中央控制室，作为能源管理系统的数据和管理中心，承担整个能源管理系统数据的采集、存储、统计、分析功能，同时管理整个系统的用户权限和Web 发布功能。整个系统采用光纤、以太网总线、RS485 等传输介质，组建独立的、**的通讯网络。主干线采用工业级光纤环型以太网络，环型主干网共设立11 个网络节点，包括监控中心、总降压站、余热电厂电气室、*窑头电气室、*原料粉磨电气室、*原料处理电气室、二线窑头电气室、二线原料粉磨电气室、二线原料处理电气室、石灰石破碎电气室、煤粉制备电气室，其它电气室、工作间等，信号采用光纤、RS485 或信号电缆就近连接到
这10 个节点之一，实现与监控中心的数据传输。
能源管理系统采用分层分布式网络结构（图1），系统自下而上分3 层：现场监测层、通讯层和系统管理层。
图1 某水泥厂能源管理系统网络结构
3.1 现场监测层
现场监测层是指直接采集现场设备数据并具备上传功能的现场监测设备，包括流量计、电力参数测量仪、压力传感器、电子秤以及可编程控制器PLC 等。这些监控设备完成信号采集、处理，并转换为通讯信号，接入到网络通讯层。东华水泥公司能源管理系统现场监测层将监测8 个子系统的现场数据：电能子系统、用水子系统、供煤子系统、柴油子系统、压缩空气子系统、蒸汽子系统、原料子系统、烟气子系统。
3.2 网络通讯层
网络通讯层是指完成能源管理系统通讯所涉及的底层通讯链路（如RS485）、通讯转换设备（以太网关）以及**层通讯链路（如光纤以太网、TCP/IP 网络）等的总称。这一部分是连接现场监测层和系统管理层的纽带环节。本项目现场通信网络采用RS485 总线方式，支持Modbus 通讯规约。通过以太网关转换为以太网络。以太网关扩展的RS485 的串行接口，支持Modbus 现场总线协议，每个 RS-422/485 通道较多能连接32 个智能设备。通过以太网关把低速串行信号转换为高速以太网，将现场层的电力数据转送入局域网内，方便上位系统的管理。工业级光交换机将以太网的电信号转换成光信号，多个以太网交换机组成光纤环网。依靠光纤网络良好的抗干扰性和传输性能可以更好适应恶劣的电气环境和远程的数据传输。监控中心与各站点（光纤通讯节点）之间采用全双工交换式光纤环网结构。光纤自愈环技术具有稳定性好、可靠性高和自愈能力强的特点。光纤环网中任何一处的线路故障不会导致通讯故障。
3.3 系统管理层
系统管理层是能源管理系统的较高管理层。系统管理层的全部设备安放在中央控制室内。配置一台监控服务器、一台操作工作站、一台WEB 服务器、通讯设备、激光打印机、UPS 等。数据服务器采用高性能计算机，能源管理软件采用的监控组态软件。该层完成接受现场监测层和DCS 系统上传的实时数据，并对这些数据进行分析、转换、存储，并以数字、曲线、报表等形式显示在屏幕上。能源管理系统须采用分层分布式网络结构，应具有良好的可靠性与实时性。监控软件应基于Windows 2000/2003/XP 中文操作系统，采用客户机/服务器模式的分布式网络结构，标准化、网络化、功能分布的体系结构；具备软、硬件的扩充能力；支持系统结构的扩展和功能的升级。同时，该层可以提供标准的网络接口和通信协议，实现与其他系统的联接；系统管理层通过OPC Server 与其它集成系统进行数据交换。具备与山东淄矿集团内部计算机网络、信息管理系统（MIS）、生产管理系统（如：DCS）、建筑物集成管理系统（BMS）等系统的联网，与其它接口可采用OPC Server/Client 模式。
4 主要监控及计量表计
5 应用效果
Acrel-5000能源管理系统自 2010 年4 月份试运行以来，通过边完善、边应用、边改进，在能耗管理控制方面取得了初步效果。
1）强化了对标管理。大力开展了班与班之间、条熟料线与二条熟料线之间对标活动，且能实现当日对标。通过查找能源使用漏洞，减少重要耗能设备故障，提高了设备运转率，降低系统停机率，降低了能耗。
2）降低了用电消耗。通过能源系统报警提示，当供电系统总负荷**出申请需量时，系统可自动提示DCS 操作员调整负荷，关停有关设备。当原料磨主电机、煤磨主电机等大型用电设备停机后，系统将会自动提示操作人员，将其关联的原料磨风机、煤磨排风机进行及时关停，节约了电力消耗。试运行期间，先后避免了3 次风机停机不及时现象，降低电力消耗**过5000kWh。2 次调整了设备峰谷平用电不合理情况。
3）加强了用水管理。一旦发现总管路水流量大于其各支路流量之和，或支管路流量突然增大，**出正常范围时，系统将自动报警，监控人员即可断定管路有漏水点，组织人员查找处理，堵塞漏洞。试运行期间，避免了2 次漏水事故。通过开展对标活动和加强考核，取得了显着效果。
能耗监测系统在锦江之星假日酒店中的应用 安科瑞鲍静君
1 概述
随着社会经济的快速发展，能源问题已经成为制约经济和社会发展的重要因素。能源供应的紧张和能源价格的上涨，使得酒店运营过程中，能源方面的成本已经成为日常支出中占有很大比重的一部分，对能源使用方面的节约和控制成为酒店管理中节约开支、增加利润的重要环节。同时国家对节能减排的要求越来越高，绿色、节能、环保成为酒店业发展的新趋势。能耗监测系统的引入能为酒店提供能源使用情况的精确分析，为酒店寻找节能空间，寻求合理的节能方案，提供有力的支持。能源系统即：供电系统、供水系统、供气系统、供冷系统、供热系统等，能源管理的核心就是对酒店中用电量、耗水量等的运行及状态进行安全、合理地实时监测及科学化的管理。海康酒店能耗监测系统是基于安科瑞电气股份有限公司自主设计的Acrel-5000能耗监测系统，针对能量监测的能源管理整体解决方案。
2 设计标准
? 《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》建设部1997
? 《民用建筑电气设计规范》（JGJ／T16－92）建设部
? 《智能建筑设计标准》（DBJ08－4－95）上海市建委1996
? 《建筑和建筑群综合布线工程设计规范》中国工程建设标准协会1997
? 《*人民共和国国家计量检验规程—热能表》（JJG225-2001）国家质量监督局2002
? 《大楼通信综合布线系统》（UD／T926）邮电部1997
? 《民用建筑电气设计规范》
? 所有计算机硬件系统均符合下述标准：
·电磁学规范：FCC Class B或CISPR22 ClassB
·安全规范：UL Listed(美国)或EN60950（）
3 系统设计
3.1 系统总体设计说明
本项目是经济型酒店办公管理的综合性项目。一套综合有效的能耗监测系统将在酒店管理中将起到不可或缺的作用，不仅能有准确有效地对酒店能耗情况进行实时在线统计，降低人工抄表造成的不准确性和滞后性，而且能够自动产生各种能耗报表，对能耗数据进行横、纵向的比较，帮助酒店管理进行能耗分析，达到节约能源、降低成本的目的。本设计从锦江之星假日酒店建筑结构和项目实际功能出发，对总共12个楼层，各个楼层的电量使用情况进行实时采集和在线监测。整套能耗监测系统，在电量采集的同时，可以辅助酒店管理实现自动管理，降低管理和人力成本，进行能源统计，根据系统自动生成的各种能耗情况报表，实现节能，避免能源浪费。通过实时计量数据的综合、分析，寻找酒店运营的节能空间，降低能源成本，并通过自动化实时检测本系统状态，保证本系统稳定、精确的使用。
3.2 设计原则
①性
本系统设计遵循系统工程的设计准则，通过科学合理地设计，系统整体满足酒店能耗监测的需要，大力采用物联网技术、3G移动通信技术等一系列成熟、可继承、具备广阔发展前景的技术，使系统能在未来数年内不落后，通过软件升级即可实现更多新功能，保护用户的投资。
②实用性
依照用户要求，坚持实用性为主的原则，避免使用不成熟、过分**前的技术和产品，在满足用户提出的详细技术要求的基础上，尽力充分考虑周全，给出科学合理的优化建议。
③可靠性
系统可靠性是系统长期稳定运行的基石，从系统设计理念到系统架构的设计，再到产品选型，都坚持系统可靠性原则；所采用的无线传感网方案，无线通信性能经过长期测试，工作稳定，保证数据准确。
④安全性
管理系统软件按不同的**级别设有密码，可以防止无关人员乱操作、修改费用、破坏系统或资料；数据加密传输，可采用32/64/128位密钥加密技术，保证数据安全，和用户信息不外泄。
⑤开放性
本系统设计将采用标准化设计，严格遵循相关技术的、和行业标准，确保系统之间的透明性和互通互联，并充分考虑与其它系统的连接；在设计和设备选型时，系统以电量采集为中心，预留水、热、气等其他能源自动计量的管理接口，科学预测未来扩容需求，进行余量设计。
⑥易管理性、易维护性
本能耗监测系统只在原有能耗计量设备上加装采集设备，对水、电、热等线管结构不做任何改动，安装方便；采用无线自组网方式传输数据，*进行铺线等改造工作，真正即插即用；采用全中文、图形化软件实现整个监控系统管理与维护，自动检测系统中每一台设备的运行状态，并示出详细参数，以辅佐管理人员及时准确地判断和解决问题；采用稳定、易用的硬件和软件，完全不需借助任何**维护工具，既降低了对管理人员进行知识的培训费用，又节省了日常频繁维护所产生的费用。
3.3 系统设计方案
Acrel-5000能耗监测系统主要针对酒店的主要用能设备进行智能管理以及针对酒店总能源、能耗、能费、能效、能管进行统计分析与规划管理，为酒店从思想、形为、管理、技术、创新等方面提供科学的自动化管理平台，从而直正实现酒店的整体节能降耗的目标；对酒店耗能进行横向和纵向对比，发现能耗发生的效率，可以为酒店定价等提供一定的理论依据，分析酒店运营过程中能源利用效率和节能潜力；提供从运行数据到管理数据的平台，酒店管理者也实时了解酒店运营的能耗情况，而不用等待汇报数据；可以自定义各种生产上的能耗报表，可以提供酒店的能耗汇总情况，符合实国家**、统计局和环保总局制订的《单位GDP能耗统计指标体系》。
3.4 系统结构
Acrel-5000能耗监测系统通讯采用无线通信方式，设计采用4层结构：
信息存储与处理层：能耗监测数据的存储与处理平台，主要由酒店服务器、电脑，能耗监测管理平台组成。
? 广域通信网：主要由各运营商的有线、无线网络，及企业内部局域网组成。
? 无线传感网络：主要由cetcStack无线传感网协议开发的WSN网络设备组成，包括WSN采集器、路由器和协调器。
? 信息采集层：主要有各种能耗计量设备组成，包括电子式电表、水表、热量表等。
本系统所采用的无线传感器网络具有自组网、自维护、自适应、可扩展性等功能，网络运行*人工干预，并可定制在433～464MHz、470～510MHz等不同通信频段。网络由协调器、路由器和终端设备组成，支持星型、树型和网格型网络，网络较大级数为15级，较多可容纳65536个节点，节点的逻辑地址采用6字节的ID。网络是对等网络，安装简单，真正即插即用。网络与上位机之间的通信协议接口丰富，用户可随时查看网络的各种信息，可随时对网络作各种形式的管理和控制，方便快捷，稳定可靠。
3.5 系统功能特点
（1）远程查询
用户可以随时随地通过Internet网登录系统，查看酒店能耗数据，系统实时地对能耗数据进行分析，设置及动态改变网络ID、工作频率等关键网络参数；
（2）拓扑管理
系统能够实时管理无线传感网设备以及可变的无线传感网络拓扑结构，以便更好地帮助设备安装人员进行设备安装和调试；
（3）数据查询
应具备对建筑、楼层、用户编号、用户姓名、数据时间、计费类型的任意时间的历史数据的查询功能；
（4）报表打印
具有默认标准报表打印格式，并附带报表格式设计软件，用户可根据需要，自定义修改报表打印格式；
（5）权限设定
应具有多级操作员密码设定权限。防止无关人员随意改动及查看；
（6）数据交换
用户需查询的数据可以以标准、通用的格式直接导出，可满足智能系统集成要求；
? （7）实时数据显示
在图形界面上应可实时显示能耗数据和数据来源等属性，以图形状态显示酒店水、点等耗能曲线和各楼层的用量曲线，便于协助酒店管理者制定使用用量的计划；
（8）报警管理
可实时检测系统的工作状态，包括：WSN采集器、WSN路由器等。对于设备的故障信号和类型，可通过弹出窗口和声音等方式报警；
（9）集中抄表
能够通过Web界面采集层能耗设备进行远程抄表；
（10）系统监控
对用户的使用情况进行实时的状态监控信息及完善的日志查询，对人为的恶性破坏及时进行报警。
3.6 运行界面
Acrel-5000能耗监测系统监控中心管理软件共分为如下几个模块：
① 抄表信息： 包含所有的日常的硬件通讯相关的操作，包括远程抄表，状态检查，远程控制等功能。
② 拓扑图：网络拓扑图表示WSN协调器、路由器和采集器的网络链路关系。
③资料管理：包含对系统运行数据进行备份、基本维护等功能。
④ 统计报表：包含对系统运行的历史数据进行查询、分析、统计等功能。
⑤系统管理：设置系统运行的基本参数，包括硬件参数，仪表资料，用户资料，计划任务、操作员资料等。
海康酒店能耗监测系统登录界面
海康酒店能耗监测系统主界面
电量统计及图形显示界面
4 主要监控及计量表计
5 结束语
随着智能建筑的发展及电力的广泛应用，对智能建筑的配电系统的智能化集成管理已成为国家机关办公建筑及大型公共建筑智能化建设的必然趋势，本文介绍的基于Acrel-5000的能耗监测系统，不仅可以实时显示电力运行状态及用电状况，还能对数据进行分析处理，以用户适用的方式展现出来，满足用户的需求，实现对采集数据的分析、处理，其生成各种电能报表、分析曲线、图形等，较大的方便了用户的使用，便于配电系统的实时监控与电能的远程抄表与分析研究，为智能建筑的节能技术提供参考。
参考文献：
[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.