浅谈智慧化工业企业能耗监测管理系统构建研究

摘要：能源是人类社会发展的重要推动力，能源缺乏，将导致人类无法正常开展生产生活活动。如果失去能源的支持，现代社会的运作将会直接瘫痪或崩溃。所以，为了解决目前日益严峻的能源问题，应采用高效率的节能监测技术来促进能源的合理利用，从而达到节能减排的目的。文章重点对智慧化工业企业能耗监测管理系统的构成以及该系统的软件特性进行研究，以期可以通过能耗监测管理系统的使用，让能源的消耗量得到进一步节约。

关键词：智慧化；工业企业；能耗监测管理系统

1、引言

节能监测技术是节能减排、高效节能的重要支撑技术，当前能源资源日渐枯竭的紧张形势下，节能意识的增强以及各行业对节能技术的需求不断增加，使得节能技术的开发越来越受到人们的重视。工业企业能耗监测系统的构建是按照“统一规划、分期分批”的原则构建，并按照有关规范及技术设计进行研发的，工业企业能耗监控系统的出现，将让能源消耗 量较大的工业企业发展得到进一步规范。

1、系统组成

1.1  系统总体结构

工业企业能耗监测系统的构建是按照“统一规划、分期分批”的原则构建的，并按照有关规范及技术导则设计，本文重点介绍了该项目的总体设计思路、 数据采集系统、监控网络以及节能管理等内容，现以某工业企业能耗监控为例，说明该方案的可行性，并提出了今后需要进一步研究和改进之处，以保证工业企业能源检测系统可以与时俱进地得到升级与优化。把工业企业能源监测与管理系统打造成技术，功能完备，特色鲜明的工业企业能耗监控系统，非常重

要且必要。

（1）工业企业能耗监测系统层。利用工业企业能耗监测系统采集大量数据，可实现对工业企业能耗、设备的实时采集、分类、统计，为工业企业能耗监测活动开展提供了详细的数据分析和科学的决策依据。 通过构建一整套的企业能耗监控与管理系统，能够有效地解决企业的节能管理和节能降耗工作落实中存在的问题，并降低工业生产对环境的污染。

（2）网络通讯层。通讯层主要由开关、路由器、串行服务器、光纤转换器组成，通讯传输层包括：调制解调器和光传输模块，通过这两个部分可实现信号在不同通信通道之间的转换，为各种器件提供良好的工作环境，并对各种器件进行控制与保护。通讯层为

数据的交流提供了桥梁，同时也担负起了服务器和现场设备间的通信数据传输的功能。

1.2  系统体系架构

平台采用分层分布式结构进行设计，详细拓扑结构如下：

我国是一个高耗能的能耗水平相差 8%~10%。根据相关部门的测算，与世界水平相比，单位产品的能源消耗和能源终端的能源消耗均达到了 3 亿吨标准煤。因此，能源管理工作的落实与信息化进步紧密相关。在信息技术迅猛发展的今天，信息化已成为推动社会、经济发展的重要力量。我国着眼于国民经济的大发展，提出了要以信息化带动工业化的决策，所以工业企业要充分发挥资源与资金上的优势，提高产业竞争力。能源管理中至重要也是应用至广的就是信息系统体系结构，它通过计算机

网络及各种数据通信技术来实现对整个能源系统的有效控制。

（1）集成平台层。集成平台层是一个集应用和运行于一体的开放综合平台，为能源监控中心提供了一个较为开阔的信息共享与处理环境。它包括基础层、应用服务器层、中间件层和应用层。其中应用集成与应用层又包括三个层次：用户接口层、业务逻辑层和资源管理层。此外，该系统使用统一的工业技术标准，为操作系统、网络、数据库等各种设备的信息存取和交互方式提供了接口，使各种应用系统可相互接通并实现有效融合。集成平台层提供的用于数据分享的统一机制和设备能够支持应用程序间的协作，并为各类系统的功能二次开发提供了一个整体框架。

（2）应用层。系统集成平台可以对能源管理中心的各类应用的稳定运作提供总控平台，如：数据采集、监测、公共数据平台、能源管理、配电管理、调度员训练模拟等应用的协同运作。

2  工业企业能耗监测系统功能

（1）数据采集。集中管理采集器主要用于组态、 校时、诊断和状态监控。集中管理采集器主要由上位机软件和下位机硬件组成，其中下位机硬件包括供电电源电路、时钟控制电路、通讯接口电路、数据处理模块、电源模块。本系统能够很好地与工业企业的过程管理系统兼容，充分利用工业企业网络对水、电等 数据的产生与变化进行准确采集，汇总并安全发送给其他数据整合系统，此外，该系统具有数据采集准确、传输安全的特点，能耗数据采集频率为每次 20 min至 3 h，可以按要求进行设定。

（2）人机界面。人机界面作为用户与平台系统互动的接口，在整个系统中占有举足轻重的地位，它是用户首先见到并使用频率至高的环节。人机界面安装了一、二次中文字库，包括了光栅、向量和文字的输入以及拼音、位置和五笔输入。它能实现多种方式的人机交互，如键盘控制、鼠标控制和图形用户界面（GUI）控制等，具有良好的交互性和可移植性。同时，模块化设计思想，让其便于开发和维护。本系统具有大屏幕投影驱动、模拟屏驱动等多种功能。

（3）实时监测。多层次能源消耗模式（包括地区模式、建筑模式）融合能源统计与能源消耗表等功能，能对采集到的数据进行处理后发出相应的控制命令，从而完成对实时监测数据和历史数据的管理。另外，提供实时监测平台架构和软件功能框架，能对各个模块进行详细的说明并给出部分源代码，并对系统开发中所涉及的关键技术及解决方案做简要介绍，实现了对能耗的在线监控。界面采用的是直观图形界面，例如：柱形图、饼图、仪表板等，可对能源消耗量以及趋势进行分析和显示，并支持按小时、日、月、年的任意导航。

（4）数据统计。数据统计可以按照不同的分类、不同的项目，实现对能源的每日、每周、每月、每年的数据分析，并能以不同的格式显示出来。另外，可按照生产、系别和其他层级进行统计，根据使用者输入的起始和终止时刻，对任意时间段的能源使用进行统计。在对系统的功能进行检测时，可通过与公用部门的数据比对，来验证系统与功能设计的合理性，同时也说明了数据统计可让节能工作开展的更有针对性，能实现预期目标。

（5）能耗查询。工业企业能耗查询系统具有良好的开放性与扩展性，能对能源记录的可实施状况进行查询。针对单一区域、单一部门的综合条件筛选后，按时序进行电力用电分析（以日为单位，以月为单位，以季为单位，以规定时间等为单位），绘制相关图表，并生成不同的分析类型的数据报告。用户可以根据不同的需要，选择不同的能源消耗类型（水、电力、供热）、

工业企业（政府办公大楼、能源使用单位、能源消耗单位、公共场所、宿舍），系统会生成丰富多彩的图表与报表，并对数据进行分析，可采用折线图、条形图、饼图、二维表等方式进行数据分析结果的展示。

（6）数据分析。数据分析能够分析工业企业的能源消耗趋势，确定能源消耗的指标，并对能源消耗进行实时监测和分析。在此基础上建立节能评估指标体系，并给出具体计算过程，可让工业企业的能源消耗总量以及趋势得到更为准确的监控，同时结合实际数据对各类设备的运行进行准确控制。另外，以工业企业为例进行实例应用，说明数据分析的方法具有可行性及实用性。数据分析具有强大的数据处理能力和数据分析功能，结果直观形象，通过提供能源消耗的数据分析，来帮助科研人员开展相关专业研究工作，涵盖的内容包括工作时间、非工作时段的能源效率的

分析、夜晚待机能源消耗的分析等。通过对工业企业能源使用的规律进行分析，为能源使用异常状况的监测提供了基础数据，既实现各种方式的灵活监控，又可实现在工作状态和非工作状态

下的能源探测数据融合。在此基础上建立了基于大数据分析技术的能耗消耗异常检测系统，通过采集建筑用电设备的运行状态信息和利用数据挖掘算法，来挖掘用户行为模式特征，并根据这些特征构建预测模型，分析同类型工业园区的能耗，并与其他工业企业能耗相比较，保证能耗指标可得到专业人员的科学调整。通过不同时段能耗的对比，能够清晰地了解能源节能措施的作用，了解能源消耗的规律，并提出相应的节能对策。用 VisualBasic6.0开发了能耗监测系统，该系统主要包括统计模块和计算模块两个部分。趋势曲线拟合历史值较好，可在一定程度上反映时间轴变化。曲线支持多纵轴、多曲线显示，可以为不同曲线设定不同纵轴，要支持多曲线在相同时间内进行比较分析，支持单、多曲线在不同时段内的比较和分析，支持曲线显示设定。通过比较能源节能设计与建筑的实际能源消耗数值，可以评价和监控工业园区运作过程中的能源效率，

从而实现能源消耗分析报告的编制，根据分析的内容，自动产生和输出报表。同时，结合工程实例介绍基于WebService 技术的节能分析系统设计方法和开发过程。该系统采用 B/S 结构模式，ASP、NET 作为开发工具。数据库采用 SQLServer，通过对我国能源节能现状的定量评价，可以对我国工业企业能耗节能的效益和能耗进行预测，从而达到提升节能、环保效果的目的。该系统具有能源审计数据录入、辅助审计计算、能源审计报告的辅助生成和输出的功能，能源消耗分析

在工业生产领域的研究中占有举足轻重的地位。

（7）能耗报警。能耗报警支持多种类型的报警窗口，包括实时报警、历史报警、查询报警等。在一个报警库内存储有多个报警数据，每个报警数据对应一种报警方式，使用者可以通过历史警报和查询警报确认信息，并判断是否存在新的警报事件。一个查询窗口将与报警库中的全部警报事件相联系，当发生报警事件时，可从报警库中查找相应的数据。报警信息包括报警时间、报警类型、报警内容等。能源报警系统支持能源消耗监测报警、能源消耗监测、能源跟踪、电子邮件报警、短信报警，同时具备能耗报告提供、能耗记录查询等功能。根据不同报警类别设置不同的

优先级，当报警提示出现时，其他报警会相应地给出响应，并在时间内发出报警信号。此外，报警记录采用主动式报警方式触发警报，实现了高异常报警的快速响应。能源报警与其他能耗工业企业联动时，一旦出现能源异常，系统就会自动发出警报。另外，系统还能对仪表的故障进行报警，并能将电子邮件和短信系统发送到工业企业内部部门，实现实时报警。

（8）定额管理。工业企业能源指标的管理可以根据自然资源部、教育部、各地区的能源消耗、用水量的定额和实际的能源消耗统计数据，给出工业企业能源消耗的合理建议，并制定能源消耗的管理体系。建立工业企业能源基本资料的统计体系，从挖掘节约空间、建设节约工业企业、完善工业企业生产和能源设施等几个方面建立能源分类统计体系，能源消耗统计体系，考核评价体系等，对各专业的节能效果实施量化考评。同时，还可配合以节约能源为核心指标的绩效考核机制，对工业企业的能源消耗以及环境污染情况进行跟踪式的监控。另外，可通过完善各项规章制度，加强过程控制，达到节能降耗目的。同时，通过多种统计表格的形式，对能源消耗进行全面的公示，采用多种灵活的结算方法，实现对工业企业的定额管理。

（9）能耗分析子系统与能耗公示。将不同部门采集到的大量数据进行分类汇总后，结合电力需求侧管理（DSM）模型，建立一套基于大数据分析的能效预测系统，并在实际应用中取得了令人满意的效果。通过对能源消耗的大量数据处理和分析，可生成各种统计图表，实时显示能源消耗的历史数据，并可让现有数据与历史数据进行对比，甚至对未来能源消耗趋势进行预测，实现对能源指标的合理评价，从而对能源消耗趋势进行科学的管理。通过网络向公众公布各种能源能耗、节能等级及能耗结构，并为同类园区的节能等级进行排序。利用ASP、NET 技术，SQLServer 数据库，基于 B/S 模式开发平台进行系统总体设计和功能模块划，对系统关键技术做了重点阐述，至后给出测试结果及结论，公布方式采用表格、饼图、条形图，界面直观、形象，并支持用户按需要进行数据周期的分配。

（10）电能计量子系统。电能计量子系统可实现按户、按项目、按类别的实时测量。根据用户负荷曲线计算出相应的电量值，并按照规定的电价进行计费，从而达到引导人们科学用电、节约用电的目的，同时也能提高供电企业管理水平和经济效益，具有很好的推广应用价值。在此基础上，本系统将以 B/S 为主要研究方向，应用业界普遍采用的实时通讯与数据采集技术，并与后台数据库相结合，实现对电力系统的全面、实时监控与管理。通过电能计量子系统，还可以进行全面协作，实现对电力供应、成本支付、数据的统计和分析等过程的监控，为工业生产以及其他各部门的电力需求提供基本的供应保障。电能计量子系统包括：远程数据采集、中继数据的传递、后台数据的处理、前端查询的统计和管理，选用智能电子电能表对电能的使用量以及时段峰值进行数据收集与分析，其具备远程数据接口以及标准的通讯协议，可直接监控整个工业企业的电力系统的基础运作。

3、平台设计与功能

3、1 系统平台设计

智慧能源管理平台采用去中心化的分布式网 络构架设计如图 2 所示，采用 B / S 模式，实现云端建模、设计及部署，简化了客户端的维护工作，为 以业务模式为基础的功能模块扩展提供软件支撑 基础。满足集团海量实时数据地存储和处理的要 求，存储在系统中的历史数据可永不删除，系统不 会因为数据量的攀升影响到存储和访问速度。遵 循系统应用插件规范进行二次开发，开发的功能 模块插件可无缝配置到应用界面中使用。

3、2 系统实施

每家工厂实施能碳管理系统建设，首先是制 定出符合管理要求的能碳管理架构，该架构可以 随着管理需求的变化而灵活调整。能碳管理架构 可按照厂区、车间、生产线进行配置，将能耗数据 与管理架构进行对应关联，全面的展示出能源管 理的范围和深度。

3、3功能

AcrelEMS企业微电网能效管理系统提供基于行业特点细分的能效管理解决方案，支持有线/无线方案接入各类智能设备，并提供多种第三方系统接口协议，融合企业微电网电力监控、能耗统计、电能质量分析及治理、智能照明控制、主要用能设备监控、充电桩运营管理、分布式光伏监控、储能管理等功能，通过一个平台即可全局、整体的对企业电网进行进行集中监控、统一调度、统一运维，满足企业用电可靠、安全、节约、有序用电要求。平台支持中英文切换，现已应用于多个行业和地区用户侧能源管理和电力运维平台，单个平台已接入1600多个用户变电所数据，提供能源分析和运维管理功能。

图3AcrelEMS能效管理平台应用

电力监控

对企业高低压变配电系统的变压器、断路器、直流屏、母排、无功补偿柜及电缆等配电相关设备的电气参数、运行状态、接点温度进行实时监测和控制，监测企业微电网主要回路的电能质量并进行治理，对故障及时处理并发出告警信息，提高企业供电可靠性。

图4电力监控功能

能耗分析

采集企业电、水、燃气等能源消耗，进行分类分项能耗统计，计算单位面积或单位产品的能耗数据以及趋势，对标主要用能设备能效进行能效诊断，计算企业碳排放，为企业制定碳达峰、碳中和路线提供数据支持。

图5能耗分析功能

照明控制

智能照明控制功能可以根据企业情况实现定时控制、光照感应控制、场景控制、调光控制等，并结合红外传感器、超声波传感器，实现人来灯亮、人走灯灭，并可以根据系统的控制策略实现集中控制，为企业节约照明用电。

图6照明控制功能

分布式光伏监控

监测企业分布式光伏电站运行情况，包括逆变器运行数据、光伏发电效率分析、发电量及收益统计以及光伏发电功率控制。

图7分布式光伏发电监测

储能管理

监测储能系统、电池管理系统(BMS)和储能变流器(PCS)运行，包括运行模式、功率控制模式，功率、电压、电流、频率等预定值信息、储能电池充放电电压、电流、SOC、温度，根据企业峰谷特点和电价波动以及上级平台指令设置储能系统的充放电策略，控制储能系统充放电，实现削峰填谷，降低企业用电成本。  

图8储能管理

充电桩运营管理 

监测企业充电桩的运行状态，提供充电桩收费管理和状态监测功能，并根据企业负荷率变化和虚拟电厂的调度指令调节充电桩的充电功率，使企业微电网稳定安全运行。

图9充电桩管理

自定义驾驶舱

可根据用户的关注点自行绘制所需的驾驶舱页面，包括能源预收费、充电桩运营、电梯、空调、照明等各种设备的能耗统计、收益统计、运维情况等。

图10能源物联网驾驶舱定义

数据采集和数据监测

 实时监测各配电柜的电压、电流等电力参数，实现遥测、遥信、遥控。实时监测各配电室温湿度、烟感、水浸等环境参数。监视变压器的运行状态及用能参数，测算损耗，找出经济运行区间，降低能源损耗。

图11数据采集和监测

能耗统计分析

主要是对能耗的数据、能耗分项以及区域能耗和能耗指标等进行统计。其中还包含总能耗定比,也就是指实际消耗的能量所占据总能量的百分比,并利用各种图形的方式进行表示，用于综合能耗分析。

图12能耗统计分析

电气和消防安全管理

接入电气火灾探测器、无线测温传感器、智能断路器等设备，对配电回路的剩余电流、线缆温度等火灾危险参数进行实时监控和管理。在消防水池、消防水箱等地方安装消防水位表，检测消防水位的变化；消防水管、喷淋等地方安装消防水压表，检测消防管道的压力。在家庭、宾馆、公寓等存在烟雾、可燃气体的室内场所，安装独立式烟感或可燃气体探测器，检测这些场所是否存在烟雾和可燃气体。

图13电气消防安全管理

能源收费管理

适用于物业租赁方对出租物业的能源收费管理，支持水电一体化收费管理，具备租户开户、销户、退差操作，支持分时电价和阶梯电价设置和功率过载阈值设置，可对接支付应用程序实现自助支付。

图14能耗收费管理

充电桩运营管理

当用户要管理多个充电站的充电桩时可把充电桩自助接入平台，实现对充电桩状态的监测和扫码、刷卡充电收费管理。在用电高峰期如充电负荷过高超出供电变压器承受范围还可以自动设置充电功率限制或新增充电限制，或投入新能源，确保能源供应安全。

图15充电桩运营管理

照明控制管理

可远程控制照明设备的开关，并可以根据光照度、经纬度日出日落时间和时间设置策略来自动控制灯光，节约照明能源。

图16照明控制管理

碳排放分析

统计用户的碳排放量并追踪碳排放足迹，提供碳排放清单，进行配额核算和配额考核。

图17碳排放分析

5、4硬件设备组成

　不同工业及能源企业的智能化能源管理系统，通常为环形网络连接、星形网络连接的结构，形成层级式连接的工业环网，其中管控中心主站点负责下属多个子站的控制，具体能源管理系统的子站环网结构如下图2所示。

6、结语

　　在“双碳”目标与智慧城市建设的双重驱动下，工业园区作为城市能耗与碳排放的主要载体，面临能效提升、成本优化与环保合规的多重压力。传统能源管理存在数据孤岛、响应滞后、多能协同不足等问题，难以满足精细化、智能化的管理需求。本文重点论述了工业企业能耗监测系统的功能， 所以在当前能源愈发紧张的形势下，需要增强节能意识，也要加大各行业对节能技术的使用力度，尤其是工业企业。

参考文献

[1]张鹏（1982-），男，籍贯：内蒙古自治

区巴彦淖尔，学历：本科，职称：工程师，研究方向：

工业节能监测。

[2] 曾章数字化转型背景下产业园区发展研究[]上海信息化，

2022 (8) : 38-40.

[3]张 高锋“双碳”目标下零碳园区综合能源利用潜力的研究

与应用[].空运商务，2023（3)：153-155.