摘要：煤礦能耗管理系統(tǒng)采用自動化、信息化技術，對所有耗能設備實施動態(tài)監(jiān)控和數字化管理，實現煤礦生產的能耗分析、節(jié)能優(yōu)化措施輔助決策與分析，建立持續(xù)改進能效的管理模式和機制，提高企業(yè)能效精細化管理水平，優(yōu)化用能結構，促進節(jié)能降耗，實時監(jiān)視能源消耗，及時發(fā)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(yōu)化用能管理提供決策數據；推進企業(yè)實現綠色、低碳、節(jié)能的發(fā)展目標。

關鍵詞：能源管控；工業(yè)互聯網；能耗管理；實時監(jiān)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(yè)作為能源行業(yè)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(tǒng)，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(tǒng)平衡信息和調整決策方案。將企業(yè)內部各個單元的不同能源系統(tǒng)相互關聯，確保能源系統(tǒng)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(jiān)控轉向過程和系統(tǒng)綜合監(jiān)控。并繼續(xù)向管控一體化方向發(fā)展，合理利用預測模型和平衡模型等技術，優(yōu)化節(jié)能調度和用能平衡，為煤炭企業(yè)節(jié)能降耗提供決策依據，促進煤礦企業(yè)能效水平的總體提升；落實了國家綠色低碳的發(fā)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(tǒng)設計

能耗管理系統(tǒng)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(huán)節(jié)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(tǒng)計和分析，為煤礦行業(yè)提供能耗管理、分析等方面的專業(yè)化服務，通過能源監(jiān)視、統(tǒng)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(yè)節(jié)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(tǒng)設計采用B/S架構，易于部署，維護方便，支持多種通信協(xié)議，方便從計量終端獲取相關能源數據，可提供與其他系統(tǒng)對接相關數據的標準接口，方便與其系統(tǒng)進行數據對接，實現數據共享。系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)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(guī)約或MQTT協(xié)議方式獲取數據。系統(tǒng)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(tǒng)計，按工作班組時段累加統(tǒng)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(yè)節(jié)能降耗提供輔助決策依據。系統(tǒng)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(qū)隊電量進行同比、環(huán)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(tǒng)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(tǒng)支持通過 DL 634 5104、DLT-645、modbus等協(xié)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(wěn)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(tǒng)對接

對接現有的管理信息系統(tǒng)（如 ERP、MIS），生產監(jiān)控系統(tǒng)（如SIS、MES），生產過程控制系統(tǒng)（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(xié)議格式，將各系統(tǒng)數據進行融合，將數據接入企業(yè)能源管理系統(tǒng)中。

2.3 接口的對接

通過與其他系統(tǒng)對接相關數據的標準接口，以便與相關系統(tǒng)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(tǒng)將各企業(yè)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(tài)。

（2）通知數據寫成功。源數據系統(tǒng)接口的 WebService客戶端根據預定的協(xié)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(tǒng)發(fā)送取數據通知。

（4）取數據。目標數據庫系統(tǒng)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(tǒng)服務。是指提供數據的系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)服務器發(fā)送取數據通知。作為Web Service客戶端，向目標數據系統(tǒng)服務器端發(fā)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(tǒng)服務，是指接收數據的系統(tǒng)（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(tǒng)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(tǒng)服務器端返回寫入成功信息。

3、能耗管理系統(tǒng)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(yè)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(tǒng)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(huán)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(tài)監(jiān)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(tài)監(jiān)測。以列表或計量網絡圖的形式實時監(jiān)測計量器具工作的工作狀態(tài)（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(tài)監(jiān)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(tài)監(jiān)測。實現數據采集設備的工作狀態(tài)（正常、故障）的實時監(jiān)測和故障報警提示。

3.4 遠程監(jiān)視管理

3.4.1 遠程實時監(jiān)視

按照用能單元遠程實時監(jiān)視各計量器具運行情況，以及關聯測點監(jiān)測參數的當前值，監(jiān)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(tǒng)計表，抄表周期可根據需求進行選擇，遠程抄表統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)計計算與分析。

3.5 集中報警管理

系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)計功能。

（2）實時報警處理。對量器具狀態(tài)異常、采集設備狀態(tài)異常、網絡通信異常、監(jiān)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(tǒng)計。對歷史報警記錄進行分類統(tǒng)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(tǒng)計報表

系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)能降耗提供數據支撐。

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

3.8 能耗在線監(jiān)視

（1）能耗總量監(jiān)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(jiān)測。能效分析可以接入其他自動化系統(tǒng)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(tǒng)的產量數據，計算噸煤的能耗；接入通風、壓風等風機監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)會實時進行告警提示。

（3）產品能效監(jiān)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(qū)間，根據區(qū)間自動統(tǒng)計峰平谷電量。其他能源產品可輸入單

價等根據系統(tǒng)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(yè)用能分析

企業(yè)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(tǒng)

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(huán)比分析，還可以將電量與指標電量分析，進行對標管理；系統(tǒng)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(jié)能措施。系統(tǒng)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(jié)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(huán)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(tǒng)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(tǒng)可對具有節(jié)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(jié)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(tǒng)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(tǒng)可實現的目標

4.1 提高煤礦企業(yè)能耗管理水平

通過建立能耗管理信息系統(tǒng)，可以實現對能耗情況實時監(jiān)視，能夠實時分析和掌握各生產環(huán)節(jié)、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(yè)能耗的預警考核機制

通過能耗系統(tǒng)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(fā)現糾正生產中的耗能問題。

4.3 優(yōu)化煤礦企業(yè)用電方式

通過統(tǒng)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(yè)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(yè)化、精細化、扁平化管理思路，建立持續(xù)改進能效的能管模式和機制，提高能管水平，促進節(jié)能降耗。實時監(jiān)視能源消耗，及時發(fā)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(yōu)化用能管理提供決策數據。

5、安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)概述

安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理，監(jiān)測企業(yè)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(yè)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(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)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(yī)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(yè)、木材、工業(yè)園區(qū)、醫(yī)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(yè)。

7、系統(tǒng)結構

現場通過廠區(qū)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(tǒng)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(tǒng)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(jiān)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(guī)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(xù)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(tǒng)功能

平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理。實時監(jiān)測企業(yè)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(yè)加強能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)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(yè)及各區(qū)域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區(qū)域展示該區(qū)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(yè)級統(tǒng)計數據。

8.4數據監(jiān)控

對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠實時的監(jiān)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(yè)削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

能源實時監(jiān)控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監(jiān)測，確保用能環(huán)節(jié)的持續(xù)穩(wěn)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(tǒng)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(tài)及能耗數據。

實時統(tǒng)計：實時統(tǒng)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(qū)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(tǒng)彈窗等報警提示；

8.5視頻監(jiān)控

接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內實際情況。

結束語

系統(tǒng)能實時反映煤礦生產的能耗情況，監(jiān)視分析生產過程中的高耗能設備和環(huán)節(jié)，實現了能耗的精細

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

參考文獻

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審核編輯 黃宇