任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：煤礦能耗管理系統采用自動化、信息化技術，對所有耗能設備實施動態監控和數字化管理，實現煤礦生產的能耗分析、節能優化措施輔助決策與分析，建立持續改進能效的管理模式和機制，提高企業能效精細化管理水平，優化用能結構，促進節能降耗，實時監視能源消耗，及時發現問題，減少用能損失；有效掌握能耗總量、能耗成本及能耗效率指標數據；有效分析用能特點，為優化用能管理提供決策數據；推進企業實現綠色、低碳、節能的發展目標。

關鍵詞：能源管控；工業互聯網；能耗管理；實時監控；能效

0、引言

煤炭在我國能源體系中占有主體地位，煤炭企業作為能源行業的重要組成部分，在產生能源的同時，也在消耗大量能源。建設能耗管理系統，利用完善的數據采集網絡獲取生產過程的重要參數和相關能源數據，經過處理、分析并結合對生產工藝過程用能評估，實時提供在線能源系統平衡信息和調整決策方案。將企業內部各個單元的不同能源系統相互關聯，確保能源系統平衡調整的科學性、及時性和合理性，從而實現從單純設備監控轉向過程和系統綜合監控。并繼續向管控一體化方向發展，合理利用預測模型和平衡模型等技術，優化節能調度和用能平衡，為煤炭企業節能降耗提供決策依據，促進煤礦企業能效水平的總體提升；落實了國家綠色低碳的發展理念，適應了能耗總量和強度“雙控"目標的要求。

1、能耗管理系統設計

能耗管理系統通過采集煤礦地面、井下各個變電 所供電回路的電能數據，直觀展示各個生產環節的能耗情況，充分挖掘應用能耗基礎數據，實現全礦、各用電單位、各工序等不同類別、有效的耗能統計和分析，為煤礦行業提供能耗管理、分析等方面的專業化服務，通過能源監視、統計分析、管理及考核等功能應用，完善能源管理體系，提高能源管理水平，促進企業節能降耗、降本增效，從而達到提高能耗管理工作效率和管理科學化的目的。系統設計采用B/S架構，易于部署，維護方便，支持多種通信協議，方便從計量終端獲取相關能源數據，可提供與其他系統對接相關數據的標準接口，方便與其系統進行數據對接，實現數據共享。系統設計采用三層結構，數據采集與傳輸層、數據處理層和數據分析展示層，如圖1所示。

數據采集與傳輸層用來采集用電設備的電量數據，對重要用能設備采集設備的實時負荷、電壓等信息。支持從井下、地面電力監控系統獲取電量數據，也支持從電表等電能計量終端采集電量數據；電量采集的方式通過中間數據庫的方式，通過 Restful API 接口方式，通過DL/T 645、Modbus等規約或MQTT協議方式獲取數據。系統除了能夠采集電能數據，也支持水、蒸汽、瓦斯氣、油等能耗數據的采集。數據處理層對采集到的數據進行處理，主要包括電量數據的合理性檢查，異常數據的清洗過濾等；數據累積與計算，對電量數據進行尖峰平谷時段累加統計，按工作班組時段累加統計等；對采集到的數據按照對應的工序、班組分類保存。數據分析展示層用來展示煤礦整體能源消耗情況，為煤礦企業節能降耗提供輔助決策依據。系統支持使用各種餅圖、棒圖、曲線圖等展示電量數據，可以對不同工序、區隊電量進行同比、環比、類比數據分析，采用能流圖展示不同類別的能耗使用情況，可以將各種能源消耗統一折算成標準煤能耗進行展示。

2、數據的采集

2.1 儀表的采集

系統支持通過 DL 634 5104、DLT-645、modbus等協議直接采集表具數據，對現場表具能耗數據的采集方法連接方式，將一個計量回路的表具“手拉手"相連接后與選用的網關相連接，通過網關連接網絡交換機實現數據的采集和通信。

需要注意的是，為提高通信質量的穩定性，計量表具連接的線路一般不超過 400 m，連接少于20 個計量表具，連接時對每根線的兩端標示，便于后期維護和故障排查。

2.2 信息系統對接

對接現有的管理信息系統（如 ERP、MIS），生產監控系統（如SIS、MES），生產過程控制系統（如DCS、PLC），通過數據接口（如OPC、數據庫）的形式或其他標準數據接口，根據相關的通信協議格式，將各系統數據進行融合，將數據接入企業能源管理系統中。

2.3 接口的對接

通過與其他系統對接相關數據的標準接口，以便與相關系統進行數據對接。采用中間庫對接的方式，其工作包含：

（1）寫入源數據。源數據系統將各企業能源消費的數據寫入中間庫制定的表結構中，并獲取成功狀態。

（2）通知數據寫成功。源數據系統接口的 WebService客戶端根據預定的協議通知中間庫服務端源數據已寫成功。

（3）通知取數據。中間庫“得知"某項源數據已保存成功后，作為Web Service客戶端向目標數據系統發送取數據通知。

（4）取數據。目標數據庫系統收到取數據通知后，及時到中間庫制定表結構中取數據，如圖2所示。

中間數據庫結構：①源數據系統服務。是指提供數據的系統接口根據預定的頻率和選擇的數據類型，從本地數據庫進行查詢統計，向中間庫插入或更新數據。作為Web Service客戶端，通知中間庫客戶端的寫數據已完成。②中間庫服務。提供管理中間庫的界面和支持接收數據插入成功的通知，并向目標數據系統服務器發送取數據通知。作為Web Service客戶端，向目標數據系統服務器端發送取數據通知，同時作為Web Service服務端，接收源數據寫入成功的通知。③目標數據系統服務，是指接收數據的系統（平臺服務器）。作為數據接口將中間庫服務器中的數據，保存到自己系統中合理的表結構中。同時，作為 Web Service服務端，向中間數據庫數據系統服務器端返回寫入成功信息。

3、能耗管理系統實現的功能

3.1 綜合看板

綜合看板功能模塊主要為各級領導（廠級、車間級）提供可視化的能源綜合看板，各級領導能夠通過綜合看板一個畫面就能夠直觀、有效地了解企業用能情況。綜合看板的內容包括能源消費總量指標、能源消費強度、能源利用效率、能源結構、能源成本以及主要能耗指標的變化趨勢。系統可以用數據大屏的方式展示各種能耗分析數據，圖形展示方式包括餅圖、柱狀圖、曲線圖等多種方式，展示數據包括全礦用電情況、能源結構占比、工序能耗占比、各用電單位能耗占比；還可以展示各種能耗數據的同比、環比等對比信息，實現了煤礦能耗管理一張圖。

3.2 計量器具管理

計量器具管理功能包括計量器具臺賬管理、計量器具狀態監測2 個子功能。計量器具臺賬管理。建立和維護計量器具（儀表）臺賬。支持分類管理（電、水、氣、熱等）和分級管理。計量器具狀態監測。以列表或計量網絡圖的形式實時監測計量器具工作的工作狀態（正常和故障），有故障及時報警提示。

3.3 數據采集管理

數據采集管理包括臺賬管理、狀態監測 2 個子功能。采集設備臺賬管理。實現數據采集設備臺賬的立和維護。支持建立采集設備和計量器具的關聯關系。采集設備狀態監測。實現數據采集設備的工作狀態（正常、故障）的實時監測和故障報警提示。

3.4 遠程監視管理

3.4.1 遠程實時監視

按照用能單元遠程實時監視各計量器具運行情況，以及關聯測點監測參數的當前值，監測參數異常持分類分級管理。

3.4.2 遠程自動抄表

按照用能單元自動生成對應遠程抄表統計表，抄表周期可根據需求進行選擇，遠程抄表統計表。支持分類、分級、按時間段查詢，并支持Excel導出。

3.4.3 用能層級管理

系統采用可定制的層級管理方法，根據不同的需求劃分不同的層級，按照井下采掘、運輸、通風、排水等工序，地面洗煤、裝機等工序設定生產工序的層級；也可以按照機電隊、綜采隊等設定用電單位來的層級；可以根據層級進行電能量的統計計算與分析。

3.5 集中報警管理

系統針對各個層級均可設置用電指標和電量預警指標，用電指標可以和實際電量進行對比分析，預警指標用于告警提示，在某個層級電量達到預警指標告警限值后，系統會自動進行告警，提示電量即將超限。 （1）集中報警管理可實現實時報警的處理、報警查詢、報警統計功能。

（2）實時報警處理。對量器具狀態異常、采集設備狀態異常、網絡通信異常、監測數據異常、能耗指標異 常等各類異常及時報警通知，支持記錄報警處理過程及結果。

（3）歷史報警查詢。查詢歷史報警記錄及處理結果。

（4）歷史報警統計。對歷史報警記錄進行分類統計。

3.6 輔助錄入管理

實際產量錄入。實現輔助錄入和查詢本單位的各類產品的實際產量。支持分級錄入，支持按照價值分

配理論和方法把中間產品自動核算為產品。其他指標錄入。錄入和管理其他需要手工錄入的指標（如經濟指標等）。

3.7 能源統計報表

系統可以按照生成工序、用電單位按照生成各種能耗的日、月、年統計報表，直觀清晰地展示煤礦能源結構、各工序電量占比、各用電單位電量占比等，為煤炭節能降耗提供數據支撐。

（1）能耗綜合統計。對用能單元統計其能源品種消費量，包括各單項和綜合統計，不同的用能單元展

示不同的能源品種消費量指標。支持關聯查看任一指標的歷史數據。

（2）能耗匯總統計。按時間段，對用戶所管理的用能單元的各能源品種、能源消費量進行匯總統計。

3.8 能耗在線監視

（1）能耗總量監測。展示用能單元對應能源品種的實時消費量，包含當日、當月、當年的數據，以曲線或表格的形式展示對應消費量的歷史趨勢。

（2）產值能效監測。能效分析可以接入其他自動化系統的產煤量、排風量、排水量等數據，并將數據與相應的供電回路電量相結合，計算各個工序的能效值，并給出相應的輔助決策建議。接入皮帶、提升、洗煤等運輸、洗選系統的產量數據，計算噸煤的能耗；接入通風、壓風等風機監控系統中的風量數據，計算兆帕每小時風流量的能耗；接入供水、排水等泵房系統的流量數據，計算噸水百米揚程的能耗。對能耗超過指標的工序，系統會實時進行告警提示。

（3）產品能效監測。展示用能單元對應能源品種的產品能效，包含當日、當月、當年的數據，同時支持對數據的趨勢展示。

3.9 能源成本管理

峰平谷參數可以配置峰平谷對應的時間區間，根據區間自動統計峰平谷電量。其他能源產品可輸入單

價等根據系統采集的能源使用量，直接將能源的使用成本通過金額的方式體現出來。

3.10 企業用能分析

企業用能分析功能包括能耗趨勢分析、能耗結構分析子功能。

（1）能耗成本分析。根據能源使用量及尖峰平谷對應的價格不同設置不同價格，計算出使用成本系統

提供了多種數據的分析方式，可以對單個工序的月、年電量做同比、環比分析，還可以將電量與指標電量分析，進行對標管理；系統支持多個工序、用電單位的電量對比展示，工序、用電單位的能耗占比直觀顯示，分析高耗能工序、用電單位用電情況，有針對性地制定節能措施。系統支持對峰平谷電量的分析，可以計算全礦用電的峰谷比，也可以計算某一個層級電量的峰谷比，針對峰谷比較高的回路，通過調節工作時段，降低峰谷比，實現合理用電。

（2）用能趨勢分析。按照用能單元，針對對應不同能源品種消費量按照時間段，進行對應能源品種、能源消費量指標（本期、同比、環比）的變化趨勢進行分析。

（3）能耗結構分析。按用能單元分析能源消費量折標量占比。

3.11 高耗能回路計算

煤礦能耗主要消耗在高能耗設備上，如提升機、壓風機、通風機等，系統提供設置耗能設備閾值功能， 可以設置耗電量達到某一閾值的設備為高耗能設備，可以予以跟蹤，并可以圖形的方式直觀查看電量 消耗情況。

3.12 回路補償策略

系統可對具有節能空間的回路生成補償策略，可以分級補償曲線的方式進行計算。計算出補償后 曲線，并得出補償后的結論，提供給相關人員參考，為下一步技術節能提供依據，如圖3所示。

3.13 參數管理

參數管理用來配置管理系統運行的各種參數。

電表參數可以配置各個用電回路的計量設備信息，包含設備名稱、編號等信息，機構、用戶、角色、權限、日志的管理。

4、能耗管理系統可實現的目標

4.1 提高煤礦企業能耗管理水平

通過建立能耗管理信息系統，可以實現對能耗情況實時監視，能夠實時分析和掌握各生產環節、各用電單位、重要耗能設備的能耗狀況，可以對整體的能源利用狀況和水平作出準確合理的分析和評價。

4.2 完善了企業能耗的預警考核機制

通過能耗系統的電量指標預警，管理人員可以盡快掌握各工序、用電單位的能耗超標情況，可以

及時對超標的工序、用電單位進行檢查，發現糾正生產中的耗能問題。

4.3 優化煤礦企業用電方式

通過統計各生產工序峰平谷時段的用電電量，計算電量的峰谷比，指導企業合理調整設備工作時間，減少設備峰時段開啟時間，增加谷時段運行時間。

4.4 對礦山的應用價值

貫徹能源專業化、精細化、扁平化管理思路，建立持續改進能效的能管模式和機制，提高能管水平，促進節能降耗。實時監視能源消耗，及時發現問題，減少用能損失；有效掌握能耗總量、能耗成本及能耗效率指標數據；有效分析用能特點，為優化用能管理提供決策數據。

5、安科瑞企業能源管控系統概述

安科瑞企業能源管控系統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、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，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等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、碳排分析，為企業加強能源管理，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。

6、應用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業、木材、工業園區、醫院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業。

7、系統結構

現場通過廠區局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

系統可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

8、系統功能

平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理。實時監測企業各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節能改造提供數據依據。

8.1平臺登入

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

8.2大屏展示

用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業及各區域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、產值等相關信息。

8.3首頁

首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業級統計數據。

8.4數據監控

對企業各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

• 能源實時監控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網絡圖、能源計量網絡圖等功能。

• 能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗報警提示等；

• 配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數、門禁水浸狀態及能耗數據。

• 實時統計：實時統計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

• 數據展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區域、不同設備的不同的能耗參數；

• 檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關處理操作，可以對報警參數進行在線設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗等報警提示；

8.5視頻監控

接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

8.6變壓器監控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為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分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

8.7儀表實時監控

展示各個水電氣儀表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

8.8能源中控

將所有有關能源的能源參數集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現各個產業線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

8.9用表統計

從能源使用種類、監測區域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

8.10成ben分析

統計各個監測節點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

8.11產品單耗統計

與企業MES系統對接，通過產品產量以及系統采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。同時將產品單耗與行業/國家/國際指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

8.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年的時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

8.13運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視。可直接從動態監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

8.14自定義能耗報表

用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產各種報表，查看企業各個節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環比報表，支持導出報表。

8.15同比、環比

提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環比

8.16分析報告

以年、月、日對企業的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統計分析，讓用戶更加了解系統的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

8.17能耗設備用能

監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

8.18線損分析

根據節點、能源分類，查詢各個節點線路上的能源損耗數據，及時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，提醒用戶及時進行干預。

8.19碳排放管理

按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，并進行同環比分析。對單位產值碳排放量進行計算，并結合減排指標實現超標預警，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

8.20電能質量監測

實時監測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

8.21運維管理

系統支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養需要。

8.22報警管理

針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業提前預警，避免發生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發與閉環處理。

8.23能耗抄表

可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

8.24能耗分析自定義時間抄表

可自定義時間段內各個拓撲節點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

8.25容許量報表

提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業實現容改需，降低基本電費。

8.26復費率報表

對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析，為企業分時用電，優化成本效益提供數據支持。

8.27文檔管理

對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統管理，支持文件的上傳和下載。

8.283D可視化大屏

對場景進行虛擬仿真，展示各區域運行及能源消耗情況，可實現分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監測點位的自定義綁定。

8.293D子系統

對各動力子系統進行虛擬仿真，展示子系統的動力管線、設備的實時狀態及能源消耗情況，可實現動態的能源流向效果。

8.30工業組態

可通過圖形化的編輯方式自定義組態圖，展示設備運行狀態及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監測數據。

8.31自定義駕駛艙

可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類統計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

8.32基礎數據管理

對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、能源、公示、及相關參數進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

8.33手機APP

APP支持Android、iOS操作系統，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能源消耗、產線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

8.34知識產權證書

9、系統硬件配置

10、結束語

系統能實時反映煤礦生產的能耗情況，監視分析生產過程中的高耗能設備和環節，實現了能耗的精細

化管理，為節能降耗提供了堅實的數據基礎，為企業實現低碳減排提供了有力的技術支持。

參考文獻

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作者簡介:任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司。