工业企业园区能耗监测系统.docx
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工业企业园区能耗监测系统
工业企业能耗监测系统
1、系统总体结构及建设内容
1.1主要建设内容
工业企业能耗监测系统建设采用“统一规划，分期实施”原则建设，根据国家相关规范和技术导则进行设计。
将园区能源监测与管理系统建设成为技术领先、功能完善、具有特色的工业企业能耗监测系统。
软件平台可以实现园区内能源使用的监测全覆盖；实现主要建筑物的分项能耗监测以及重点建筑物的分户监测，实现部门用能指标化管理；对第一阶段监测到位的建筑物实施能源审计，发现建筑高能耗症结，提出节能改造、管理、优化方案与对策。
对园区内的新能源、节能技术及各种设备接入到智慧园区管理平台，对设备的运行情况进行实时监视和分析，结合我公司在新能源、节能方面的经验，提供管理建议。
1.2系统总体结构
工业企业能耗监测系统网络进行数据采集，实现对园区建筑能耗数据、设备数据实时采集，并实现对能耗数据的分类、分项统计，为园区能源利用提供详备的数据分析和完善的辅助决策,同时根据设置条件对电、水、路灯、空调、照明等进行节能控制。
该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，分为三层：
平台层、通信传输网络层和设备层。
1.1.1工业企业能耗监测系统层
工业企业能耗监测系统是人机交互的直接窗口，也是系统的最上层部分。
主要由系统软件和必要的硬件设备，如服务器、工业级计算机、交换机等组成。
平台软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以工控图、图表、声音等方式反映现场的运行状况。
同时，可根据系统设置的控制逻辑进行自动化管理控制和人工干预控制。
1.1.2网络通讯层
通讯层主要是由交换机、路由器、串口服务器、光纤转换器等组成。
该层是数据信息交换的桥梁，负责建立从服务器到现场设备通讯数据的通道。
1.1.3数据采集终端
现场设备层是数据采集终端，主要由传感器、智能仪表、接口转换器和测控终端设备组成。
1.2系统体系架构
能源管理水平的发展与信息技术的发展紧密相随。
能源管理理应采用先进的信息系统体系结构、应用先进的计算机网络和数据通信技术实现，进一步为能源系统的安全、稳定、经济运行服务。
平台系统的总体结构如图所示，系统分为三个主要层次，分别是基础平台层、集成平台层和应用层。
工业企业能耗监测系统体系结构图
3.1.1基础平台层
基础平台层采用主流商业现售产品，如计算机设备、网络设备、操作系统、数据库、中间件和开发工具等。
3.1.2集成平台层
平台系统构建了一个开放的集成平台，是一个节能监管中心环境下应用开发、应用集成和系统运行的环境集合。
它基于已成熟的行业技术标准，在异构分布环境（操作系统、网络、数据库）下提供透明、一致的信息访问和交互手段，对其上运行的应用进行管理，为应用提供服务，并支持节能监管中心环境下应用系统的集成。
它提供统一的共享数据机制和设施，支持应用间协同工作，提供二次开发的框架。
3.1.3应用层
在系统集成平台上可集成节能管理中心各类应用，主要有数据采集与监控、公用数据平台、能量管理系统、配电管理系统、调度员培训仿真系统等多种应用系统。
3.2系统特点
Ø系统实时性强
实时采集各种能耗和状态参数，上传到管理中心；采集周期最小支持到秒级，包括1分钟、5分钟、15分钟、30分钟、60分钟的采集周期。
Ø配置灵活及扩展性强
系统扩展不受机器型号、操作系统限制；支持市面所有硬件平台，IBM的Power系列服务器、HP的HP-UX服务器、Oracle的Spac服务器；支持包括IBM的AIX、HP的HP-UX、Oracle的Solaris及Linux、Windows操作系统。
系统规模和软件功能不受限制，可以即插即用。
Ø稳定性高
系统核心服务器、软件模块、网络、电源采用双份热备用模式。
机柜采用双电源供电，相同功能的服务器、交换机部署在不同的机柜中，相同功能的模块部署在不同的服务器中，并且都处在热备用状态下。
任何节点出现问题都会切换到备份功能上，保证系统的正常运行。
Ø对外接口丰富
系统提供开放的标准软件接口和硬件接口，具有良好的兼容性和开放性，能够与任何支持包括Modbus、CDT、DL/T645、CJ/T188、OPC、IEC60875-5-101、IEC60875-5-104协议、OPC和MODBUS标准协议，支持WebService、Corba等常用接口，达到信息交流与资源共享。
4、工业企业能耗监测系统建设
4.1工业企业能耗监测系统硬件
根据工业企业能耗监测系统的功能和安全等级的设计，其具备基本设施包括：
服务器、防火墙、交换机等。
工业企业能耗监测系统的设备安装后，保证系统设备的正常运行，保证显示的直观与清晰，且在操作员正常工作时，具有足够的亮度。
工业企业能耗监测系统按《电子计算机机房设计规范》（GB50174—2008）执行。
工业企业能耗监测系统应具有良好的电磁兼容工作环境，门窗结构应严实，能有效隔音、隔热，并具有防尘、防磁、防静电保护；内侧加装窗帘，防止阳光直射设备和有利于显示屏、投影机的使用。
4.2工业企业能耗监测系统软件
软件系统采用最新的计算机网络技术、视频技术和软件编程技术设计，基于运行稳定可靠的操作系统平台。
包含以下部分：
工业企业能耗监测系统软件
技术先进，拥有完全自主知识产权，已通过山东省科学技术厅的科学技术成果鉴定，“达到同类研究的国际先进水平”。
平台支持软件
操作系统：
Unix/Linux/Windows
数据库管理系统：
oracle标准版/MySQL
开发环境：
Qt
4.3工业企业能耗监测系统软件特点
4.3.1软件易用性
软件的界面符合windows操作系统的风格和操作习惯；
网络浏览用户无需安装复杂的客户端程序；
系统导出的数据以及各种表格能够与常见的windowsoffice办公软件系统兼容；
系统的界面应为简单的图形界面，建立公司能源地理图、分类能源流程图、重点工序、设备运行状态图等图形界面便于观察和分析；
不需要掌握非常专业的软件知识即可对软件进行功能调整和二次开发；
易于集成的图形开发系统：
方便友好的开发环境、面向对象的设计，用户可以打造自己的开发环境和操作风格；预制图形模板、工程模板，提供多种丰富的工业图形元素，支持过度色和渐进色调色板，动画连接可以构成逼真强大的动画效果，可以提供多种工业标准的复合图形组件来完成过程的监控；支持HMI图元的对象图层，通过脚本可灵活控制图元对象图层的显示与隐藏；提供自定义图库开发工具，用户可以方便地生成自己的自定义图库；支持大画面漫游功能、支持单机多屏和系统自定义菜单功能；方便的变量管理，可以查找、批量替换、定位、重命名变量等；可嵌入各种格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的图片，方便画面制作；
系统提供常用的能源单位换算、常用计算公式等常用数学工具和热工类常用参数数据库。
4.3.2高可靠性和安全性
支持设备冗余、网络冗余、服务器冗余、软件模块冗余等多种系统冗余方式；
冗余分布式的软硬件结构，实现硬件及软件模块的热备用；
严密的用户权限管理，具有相应权限的用户方可操作使用系统。
4.3.3双冗余设计
系统核心服务器、软件模块、网络、电源采用双份热备用模式。
机柜采用双电源供电，相同功能的服务器、交换机部署在不同的机柜中，相同功能的模块部署在不同的服务器中，并且都处在热备用状态下。
在某一软件模块、服务器、网络、电源有故障时，系统功能呢会自动无缝切换至备用功能模块，对系统的功能使用没有影响，保证系统不停顿运行。
4.3.4模块化设计
系统采用先进的模块化设计，将各个功能服务模块分开独立运行，降低了系统生产运行的风险，采用了技术领先的SOFTBUS总线技术使整个系统安全稳定运行。
功能扩展模块均可实现随时增减互不影响，真正实现“即插即用”。
4.3.5增强的组态化特点
功能组态，包括软件功能的组态、画面组态、报表组态、数据库组态等，无需关闭和重新启动程序或停机；
网络组态，支持单网络和双网络，具有单机版和网络版。
有良好的规模伸缩性和功能扩展性，可根据具体应用和投资状况灵活选择系统软硬件平台并保证系统具有最优的性能；
系统组态，可依据系统规模和硬件配置灵活组态。
4.3.6标准化和开放性
主站软件支持国内外设备与网络，具有强大的系统兼容性；
支持Linux、Windows、Unix等操作系统平台；采用Oracle、MSSQLServer、等大型关系数据库，小型系统可采用MySQL数据库；
提供标准化的软硬件接口，易于互联互通，并支持二次开发；
网络系统支持TCP/IP协议；
适用多种POLLING或CDT方式的通讯规约，如MODBUS、DNP3.0、IEC60870-5-101、以及各种仪表规约等。
4.3.7分布式的网络结构
分布式的Client/Server模式的实时数据库技术，提高了数据库访问的实时性，从根本上保证了数据的一致性，并使系统有很好的扩展性；
采用分布式网络服务平台技术，提供应用模块间的通讯规范及接口，并提供集中的系统管理和网络管理服务。
4.3.8多种通讯解决方案
支持公用电话网、DDN等专线通讯和电话拨号通讯
支持数传电台、GPRS/CDMA、GSM、扩频、VSAT卫星通讯
支持网络通讯或ADSL宽带网络通讯
4.3.9多媒体技术的应用
采用多媒体技术的人机会话功能，支持三维图形标准OpenGL、语音报警、多层图控制、各类图形显示，并具有动态着色功能。
4.3.10数据分析功能
制定能耗分析比对报表，实现按部门、重点建筑/楼层，重点设备的能耗分析比对和单耗分析，能源平衡分析。
4.3.11接入信息不限点数限制
为了更加好的服务园区节能监管平台项目的建设，本次项目提供软件不设置接入点数的限制，方便园区二期项目的建设。
4.3.12系统的二次开发
作为标准的、开放性的和分布式的监控自动化应用环境和平台，嵌有微软的集成开发环境，支持系统的二次开发，实现资源共享。
4.4工业企业能耗监测系统功能
节能监管平台系统采用B/S浏览器服务器架构，支持统一身份认证，可根据需要设置不同使用权限；具有自诊断功能，保证系统内一部分故障不影响系统其他部分工作；保证系统的可移植性和可重用性；支持后台水电费扣费系统;可与园区原有的路灯管理系统、学生公寓用电管理系统合并；保证数据上传和页面浏览速度的前提下占用带宽尽量小；可进行二次开发；数据进行定期备份，支持故障后数据恢复；提供软件防火墙和安全策略,保障网络安全；预留供热监测和控制接口；提供接口，与园区三维GIS软件兼容。
4.4.1数据采集
●与采集器实时通讯，完成能耗数据接收、预处理和存储；
●对采集器的集中管理、配置、校时、诊断、状态监控。
能耗管理平台系统的自动计量装置所采集的能耗数据，通过RS485有线或无线传输，并采用TCP／IP通信协议自动并实时上传给数据中心，以保证数据得到有效的管理和支持高效率的查询服务，同时数据传输采取一定的编码规则，实现数据组织、存储及交换的一致性。
系统能够很好的与园区网络兼容，可以充分利用园区网络，对水、电等计量数据实现准确采集，安全传输、汇总，并具有较快的刷新频率；
●系统数据采集准确，传输安全，能耗数据采集频率在20分钟/次到3小时/次之间，可根据需要设置。
1）采集数据类型
收集展示能源流动过程及其他辅助工艺运行实时画面，状态参数。
能源系统运行的实时监视内容如下：
●能源介质实时数据监视（电、水、蒸汽等）；
●电力调度数据（重点用能建筑的电压、电流、尖、峰、平、谷、有功、无功、功率因数等）；
●分系统模拟图监视（电力系统图、供水系统图、氧气系统图、蒸汽系统图等）；
●能源介质曲线棒图趋势监视；
2）规约类型
平台系统的前置采集系统支持多种远动规约：
IEC60870-5-101、102、103、104，DNP3.0，IEC60870-6TASE2,1801，μ4f，DL476-92；CDT规约（部颁CDT、部颁CDT扩展、9702）。
系统的规约调用以动态链接库方式进行配置，所以极方便扩充、配置新规约，目前所知，除TASE2规约需要第三方软件支持，TYPEⅡ规约需要第三方硬件支持外，其它规约都能自主开发。
4.4.2人机界面
人机界面是用户与平台系统之间进行交往的界面，是系统的重要组成部分，也是用户最先看到和最经常使用的一个部分。
平台系统的人机界面在操作的人性化方面和功能的可定制方面下功夫，兼顾人机界面系统的功能强大和使用简单两种相互矛盾的要求，给用户带来了极大的方便，大大减轻了用户的工作强度。
系统的人机界面遵循X-Window和OSF/Motif标准，支持高分辨率和全色彩和图形显示。
系统实现了完全汉化，提供了国际一级和二级汉字库，支持光栅、矢量和描述字体，并提供拼音、区位、五笔等多种汉字输入方式。
系统还提供了对大屏幕投影驱动和模拟屏驱动的能力。
4.4.3实时监测
实现多级能耗模型，包括区域模型、建筑模型、能耗统计单元模型、能耗表计模型，以及建筑能耗日历的设计。
展示实时计量表具设置参数、运行状态参数、控制命令的执行也便利、快捷，满足园区各种场合的应用，实时计量数据，还有历史数据全面展示。
实现能耗在线监测，界面采用直观的图形化界面（柱状图、饼图、仪表盘等呈现方式）来分析展示能耗数据，支持逐时、逐日、逐月、逐季、逐年的自由导航。
4.4.4数据统计
可按照分类、分项实现用能的日、周、月、年统计，并能以多种图表格式显示；可以按照建筑、院系等层次结构进行统计，并能够根据用户输入的起始时间和终止时间进行任意时间段的用能统计。
多种统计图表，多种的数据分析，能导出各种符合公共机构统计格式的月、季、年等能源资源消耗报表；能形成《公共机构能源资源消耗统计分析报告》；能形成完整的公共机关能源财务报告，对比能耗分析报告；能提供以组织机构为单位的能耗定额管理和生均能耗管理、单位面积能耗统计、万元科研经费能耗统计等相关报告和图表。
4.4.5能耗查询
实现用能项属性查询、分组实时值查询、分组历史值查询、同类建筑单位面积分项用能查询、同类建筑人均分项用能查询、专题人均用能查询以及自定义建筑用能查询等。
提供多种查询结果的报表导出功能，方便将查询结果作为节能监管部门日常文档的一部分提交。
可以对建筑、院系进行用能的上下限查询，可以对建筑、院系进行限量查询和超量查询；可以使用关键字对能耗数据进行模糊查询，并能够对用能记录进行条件查询。
对单个区域、单个部门、多个部门的组合、复合条件筛选出的组合等按时间条件（按日、按月、按季、按年、按指定的一段时间等）对用水用电情况分析绘制相应图表，同时对多种分析类型生成数据报表。
用户可以根据自己的需要，选择不同的查询方式，如能耗类型（水、电、暖等），组织机构（行政办公楼、重点用能单位及经营性单位、大型能耗设备、公共场所、学生宿舍等）等，系统会生成丰富多样的图形和报表，进行数据分析，以折线图、柱状图、饼图、二维表等形式体现。
4.4.6数据分析
实现建筑、院系用能趋势分析和用能指标分析，通过实时监测用能数据，对建筑用能进行用能异常分析和线路负荷分析；可实现对设备故障进行故障分析；可以按照区域、分类、分项统计总能耗、单位面积能耗、用电能耗、用水能耗等对周期（日、周、月、年）能耗进行统计分析。
提供专题的能耗分析，为研究人员进行专项的建筑相关科研提供辅助。
主要的专题分析包括工作时间、非工作时间高校建筑能效分析、夜间待机能耗专项分析等。
对建筑和用能单位的用能规律进行分析，为用能异常监测提供基础数据，实现多种方式的灵活监测，实现工作时间的用能异常检测数据和非工作时间的用能异常检测数据。
对同类建筑的用能进行分析，对比建筑的用能情况，分析建筑能耗指标。
对比同一用能单位不同时间段的用能情况，可以清楚的看到实施节能措施后的效果，还可以了解到建筑物的用能规律，找出节能措施。
趋势曲线根据数据的显示内容，具备翻看数据的历史值功能，可以任意自由放大缩小时间轴。
曲线支持多纵轴多曲线展示，能为不同的曲线设置不同的纵轴；应支持多曲线同一时间的对比分析；支持单条、多条曲线的不同时间段的对比分析；支持曲线显示设置。
通过比较建筑节能设计标准和建筑实际能耗，评价监测建筑的能效，实现能耗分析报告：
根据分析内容自动生成分析报告，提供报告导出。
通过对建筑能源利用状况进行定量分析，对建筑能源利用效率、消耗水平、能源经济与环境效果进行审计、监测、诊断和评价。
主要包括能源审计资料录入、审计辅助计算和能源审计报告辅助生成、导出等功能。
提供专题的能耗分析，为研究人员进行专项的建筑相关科研提供辅助。
主要的专题分析包括工作时间、非工作时间高校建筑能效分析、夜间待机能耗专项分析等。
4.4.7能耗报警
系统具有强大的报警系统，能够对实时、历史的报警和事件进行显示、存储、查询等操作，并能够及时通知操作人员，帮助用户进行故障监控和决策制定。
支持多种报警显示窗口，包括实时报警窗口、历史报警窗口和查询窗口。
实时报警窗口显示最新的报警信息，报警信息被确认或恢复后，报警信息随之消失。
历史报警窗口显示历史报警事件，包括以往的历史报警信息、报警确认信息和恢复信息，报警事件的来源是报警缓存区。
查询窗口能够查询报警库中的报警事件，报警事件来源是报警库。
支持多种报警查询条件，对报警信息的查询，可以按报警时间查询、报警类型查询、按记录类型查询等等。
系统提供能耗监测报警（能耗监察、能耗异常追踪）、E-mail报警、短信报警、能耗报警报告自动生成、能耗报警记录查询等功能。
报警记录可以分级（级别可以自行由后台定制）别展示、采用主动式报警触发机制自动呈现高异常报警。
系统可以对建筑和用能单位的用能异常进行系统弹窗报警和短信报警。
可以对计量设备故障进行报警，可通过邮件系统和短息系统对建筑、院系的限量进行报警。
4.4.8定额管理
园区能耗定额管理：
结合建设部、教育部、本地区的能耗、用水定额标准和实际能耗统计结果，提出合理的园区能耗水平，制定园区能耗、用水定额及管理制度。
建立园区能耗基础数据、水资源利用数据的专项统计制度和方法，开展能源审计工作，挖掘节约空间，促进节约园区建设工作；建立园区建筑及用能设施分类能耗统计和分项能耗统计制度。
并结合多种统计图表进行能耗公示，结合灵活的多种结算方式，实现建筑、院系及同一部门的限量、定额管理。
4.4.9能耗公示
通过Web方式向公众公示各类建筑的能耗情况，能效等级，用能结构等，并提供同类建筑的各项能效排名公示。
公示方式采用列表、趋势图、饼图、柱状图等，界面直观，支持用户按需配置公示数据周期可以根据需要配置。
4.4.10数据报表
报表按照日期和区域两种类型分析，用图表和详细数据显示结果，并且可任意切换图表的方式如饼图、柱状图、折线图，并提供天/小时图、周/小时图、月/日图、月/日对比图、年/月图、年/月对比图。
支持单独或批量打印报表，支持Word、Excel、PDF等通用格式文件。
能自动生成各类日、月、年报表，报表应以横向显示项目（如：
水位、流量等），纵向显示时间周期的二维表方式为主。
可设置多种报表组合方式。
操作人员可以在远程浏览查看全部的报表数据。
操作人员操作流按照时间先后顺序生成二维表。
4.4.11数据上报
●向上级数据中心传送数据;
●系统通过定时任务调度自动从数据中心的数据库中提取能耗分类分项数据、汇总统计数据，数据包格式要符合《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》和《高等园区节约型园区建设管理与技术导则》要求；
●向监控中心进行数据实时传输。
4.4.12接口扩展功能
●本系统的数据可方便高效地与其它系统（如GIS、MIS系统）进行数据交互；
●与三维GIS系统进行数据交互:
数据交换格式采用json或XML的方式，协议采用http数据传输协议，利用动态页面进行数据库的读写。
●与公寓智能用电系统数据交互方式：
读取鲁维公司制作的SQL数据库，数据格式后期双方商定。
●数据交互的内容能够方便定义，包括系统采集的数据、计算数据、系统时间、通道运行状态和系统设备自身的运行状态等；
●交互信息有着很高的实时性，与系统基本保持同步。
4.4.13身份验证系统
每个子系统采用统一入口登录，用户按不同角色划分权限，使用各自用户名登录系统。
不同用户权限的可见内容可定制，保障系统管理的安全性。
4.5配电运行监控子系统
配电运行监控子系统主要完成对各变电所（变电站）和各变压器的状态和温湿度等的数据采集、分析、处理，以报表等多种形式供值班员参考，以图形画面实时显示现场设备的运行状态和各种测量值；动态网络拓扑分析，形象化显示带电与失电区域；分层次显示，拓展了系统信息监测的空间，使值班员能够便捷的掌握供电系统的运行状况。
系统监测到的各种报警事件，不仅能以记录日志、弹出窗口的方式通知管理人员，并且能通过短信微信的方式发送相关的报警信息，让管理人员能第一时间发现并解决问题，避免了很多电力线路故障所造成的危害。
配电网实时监控
1运行工况
以接线图的方式展示园区内配网概况。
可以实时抄读回路的当前信息（如三相电流、三相电压、功率、变压器的油温、功率因数等）。
2曲线监测
以曲线的方式展示回路一段时间内的运行趋势，包括：
有功功率、无功功率、功率因数、电流、电压等。
3越限监测
系统自动检测配电网运行状况，当出现越限异常现象时，会自动记录越限值并报警。
越限监测包括：
三相电压上限、三相电压下限、三相电流上限、三相有功上限、三相无功上限等。
4历史数据
系统按照配置的时间周期（1秒、1分钟、5分钟、1小时）存储所有测量点的历史数据，并提供修正功能。
◆变压器状态监测变压器箱内的温度及其他各个辅助设备的运行状况。
◆设备维护巡检监测系统中的通讯设备的通讯状态、设备的在线状态，及各个开关的状态。
◆其它
实时的显示全校变电所的报警信息，包括报警发生时间、报警类型、最近报警时间、重发次数、声光报警以及报警描述。
通过选择相应的变电所与选择报警发生的时段、报警类型查看报警信息。
可通过短信，把报警信息转发给相关管理人员。
其它需要的功能。
能实现完成与我校数字化园区各种资源的无缝融合对接功能。
具备友好的人机界面。
4.6能耗分析子系统
为了实现园区节能管理和控制，通过采用数据融合、数据挖掘及远程动态图表生成等技术，实时地从能源监管平台的各子系统中提取数据，形成数据综合分析。
通过对海量能耗数据的综合处理与运算，形成各类统计学图表，实时反映历史能耗对比与未来能耗趋势。
从而实现能源指标的合理度评价、能耗走势的科学管理。
◆能耗实时监管
1基本信息预览：
基本信息预览是通过图、表等形式对各组织结构基本信息（包括行业代码、建筑简介、用能人数、用能面积、人均能耗、面积能耗、园区建设考核评价等）的罗列及描述。
其中组织结构基本信息以校方标准执行。
2能耗统计：
能统计各组织能耗的整体情况。
3能耗监测图：
能耗监测图是根据日期、各能源实时能耗及当前环境条件描绘出的柱形曲线或其它方式的综合直观图。
④能耗数据表：
能耗数据表是对各组织机能耗数量、人均能耗、面均能耗等信息的统计归纳。
⑤单个能耗管理：
单个能耗管理是对各组织机构下其终端设备运行状态的实时监测及趋势分析。
其界面由能耗监测一览、能耗数据表组成。
包括：
能耗监测一览，能耗数据表等。
◆能源数据统计
能源数据统计是将各能耗实时监测数据进行统计并对其进行综合对比分析的过程。
包括：
同期对比，分类部门、同类部门对比，分项电耗对比等统计分析。
◆能源数据分析。
1单位能耗：
各机关单位能耗数据（电、气及其他手工录入的能耗信息）。
人均能耗、人均水耗、其它能耗。
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