石油化工企業能源管理平臺的建設及功能介紹

摘要：

介紹如何利用新信息技術和平臺架構實現構建企業能源管理平臺，并且分析了該平臺的實現將在企業發揮的作用和產生的價值。

關鍵詞：能源管理；平臺架構；精細化

1 概述

目前石油化工企業普遍性的能源管理主要靠電子文件報表流轉，層級傳遞能耗數據，這種能耗管理已經和現代企業生產實際需求相脫離，容易導致決策偏差、發出指令滯后等問題，嚴重影響企業的競爭力。

中海石油化學股份有限公司基于對企業能耗情況和現有能源管理模式的充分分析在企業兩化融合體系基礎上進行能源管理業務和數據的集成，在確保生產工藝流程平穩運行的前提下，實現企業能源系統的在線監控、集中管理與優化調度，從而有效地提高企業能源管理水平和能源利用效率，為單體設備、各生產裝置和整個企業的多方面節能提供充分支撐。

構建企業能源管理平臺，主要通過對能源數據的采集及能耗數據的計算、分攤、平衡等處理，實現班組、裝置及企業層次的能耗計算，通過對重要耗能設備的監控分析，班組能耗考核的管理實現節能降耗的目的。本文從幾個方面概述研究內容與應用的關鍵技術問題。

2 技術路線與平臺簡介

能源管理平臺的未來發展將向能源預測、能源計劃、能源優化調度和節能控制進一步發展和加強，通過質量、環保、公用工程及設備工藝優化等各方面因素的支撐實現節能減排的效率，主要從幾個方面概述研究內容與要解決的關鍵技術問題。

2.1 技術路線

該平臺采用架構分別為后臺設施層、數據中心層、應用平臺層、應用系統層和用戶層。

后臺設施層：為系統的框架提供運行、算法、技術等支撐。

數據中心層：將系統獲得的數據進行清洗、去重、歸檔、存儲等處理和加工，形成分門別類的數據單元和數據庫，并且與兩化平臺數據庫進行數據互通，從而為平臺層、應用層和接口提供支持。

應用平臺層：是平臺內部各個業務單元的處理節點，通過業務邏輯層可將應用層和接口層發來的指令進行處理，并將結果給到應用層和接口。接口的主要功能是根據外部業務系統的服務請求來進行接口調度和管理，如對接外部的大數據平臺、認證平臺等。

應用系統層：是基于數據面向客戶的應用展示，通過應用層用戶可對有關內容進行查看、導出，為部門決策提供素材。

用戶層：是基于權限管理展示應用設計，通過權限設置調用應用層應用。

平臺提供統一權限管理，統一消息管理，統一工作流平臺，統一日志管理，實時服務，統一通信管理，統一定時管理。

該平臺設計時采用當前信息系統建設平臺化建設思維，主要核心是：前臺輕量化，后臺引擎化，可靈活地適用組織需求化，其主要包括以下幾部分：

(1)基礎數據支撐環境共享化，不同基礎數據來之不同的系統，實現與兩化平臺、各裝置報表系統、生產調度日報、大數據平臺等多系統平臺形成數據共享，支撐起系統的基礎數據環境。

(2)業務應用系統平臺化，集成采用統一入口，單點登錄等相關技術建設以兩化平臺及生產管理系統為核心，與其他已有系統基于數據、入口、流程、業務級的連接，實現對本地數據、生產實時采集數據的各項業務數據集成。

(3)監測管護系統平臺化，采用模塊化、插件管理及引擎技術等一系列擴展技術。

2.2平臺簡介

(1)能源數據采集

主要是對企業能源消耗點進行數采，把以前由人工抄表，再輸入系統的工作，轉化為系統自動獲取水、電及氣等數據采集。同時能源采集還包括對采集數據通過分析計算得出各種重要耗能設備需要監測的數據，例如能效。

(2)能源監控

能源監控主要是把能源計量數據、能耗數據及生產過程各種數據通過實時、匯總、統計和對比等各種操作，并以簡單易懂的圖像形式在大屏之中展示，可供生產管理部調度人員及時了解了整個生產過程的情況，為調度提供強有力的決策支撐。

(3)能源管理

主要對生產能源數據的管理、平衡生產數據、數據展示和統計。根據實際業務需要劃分的模塊有：班組能耗、碳排放管理、開停車能耗管理、對標管理、耗能設備管理、能源數據管理、外購能源管理、文檔管理、合理化建議、報表管理、企業數據上報、基礎數據管理和系統設置管理等，共有12個大模塊。

(4)能源模型

能源管理模型是指通過分析監測能源流數據，建立能源評估、預測與優化模型，對主要能源介質的生產和消耗進行預測，實現能源介質產、存、耗動態平衡，提高介質利用效率實現節能減排目標。比如建立效益預測模型，通過經濟效益分析得出裝置較優負荷建議值，以便為企業獲得比較大的經濟效益。還有對蒸汽管網進行建模評估，結合蒸汽產耗歷史數據進行模型計算，建立蒸汽管網的平衡圖。

2.3開發技術

采用B/S架構，傳統的B/S程序是由后端渲染好頁面，交給前端來顯示，為了使數據展現過程更加直接，提供更好的用戶體驗，經評估平臺采用新的前后端分離架構進行搭建，實現前后端解耦，前端框架將采用成熟的Js框架和Bootstrap，后端采用傳統分層架構、采用多層(N-Layer)邏輯架構，層與層之間是低耦合的，增加各層的獨立性，從而也提高了可測試性，降低系統的復雜度，大大提高系統的魯棒性。

通過前后端分離，可以適應現代流行的多終端的界面體系，表現層既可以在PC端訪問界面，也可以通過BI軟件在大屏幕進行展示，未來還可以通過移動端APP，甚至微信小程序等新的技術進行系統展現，而無需改動后端系統及邏輯。

基于漸進式框架構建用戶界面，Ajax完成請求數據傳輸。前端架構具有輕量級、高性能、高穩定性、可組件化的特點，相比舊的前端框架更具優勢。

前后端之間采用輕量級的WEB服務RESTful Web Services來實現資源訪問。為了實現REST訪問協議，系統采用了成熟的NET技術來實現后臺功能。后臺采用傳統Entity Framework和MVC架構進行搭建，此架構使用非常成熟，具有高度穩定性和擴展性。

3 企業實施能源管理平臺的價值

4 安科瑞工業能源管理系統介紹

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。

5 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。

6 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：

7 系統功能

7.2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。

7.3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。

7.4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；

7.5視頻監控

接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

7.6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。

7.7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。

7.8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。

7.9用能統計

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。

7.1，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。

7.11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。

7.12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、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。