摘要：煤礦企業(yè)在為國民經(jīng)濟發(fā)展提供核心動力的同時也消耗著大量能源。“雙碳"目標這一國家戰(zhàn)略給煤礦企業(yè)生產(chǎn)提出了挑戰(zhàn)，也為其技術升級、節(jié)能增效提供了機遇和驅(qū)動力。能耗“雙控"是實現(xiàn)“雙碳"目標的必由之路，而對煤礦企業(yè)能耗及碳排放情況進行在線監(jiān)測、精細管理、科學決策是實現(xiàn)能耗“雙控"、節(jié)能增效的基礎。

關鍵詞：高能耗；能耗雙控；大數(shù)據(jù)采集；能耗核算；數(shù)字化轉(zhuǎn)型

0、引言

根據(jù)《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和 2035 年遠景目標綱要》規(guī)劃部署的碳達峰、碳中和路線，各行業(yè)相繼提出碳達峰和碳中和的目標和實施方案，“30、 60"也成為了煤炭等能源生產(chǎn)企業(yè)的指導目標。

《自然資源部煤炭行業(yè)綠色礦山建設規(guī)范》要求各礦企應建立礦山生產(chǎn)全過程能耗核算體系，通過采取節(jié)能減排措施，控制并減少單位產(chǎn)品能耗、物耗、水耗，減少“三 廢"排放。陜西省發(fā)改委和生態(tài)環(huán)境廳也要求各礦企按照《陜西省綠色礦山管理辦法》《關于推進用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設的通知》提升能源統(tǒng)計監(jiān)測能力，健全能耗統(tǒng)計監(jiān)測和計量體系，加強用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設。

1、概況

陜西煤業(yè)《“雙碳"工作行動方案(暫行)》等文件中要求：各單位要提高節(jié)能管理信息化水平，要開展能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設，應用信息化手段推動環(huán)保和能源 管理與節(jié)能降耗工作，深挖生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能減排空間，確保階段性節(jié)能目標實現(xiàn)。

結(jié)合陜西煤業(yè)要求，以行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀為背景，以各礦需求為切入點，以切實解決問題為目標，同時響應國家相關政策，開發(fā)節(jié)能環(huán)保能耗在線監(jiān)測管理平臺，幫助企業(yè)對能耗情況進行在線監(jiān)測、精細管理，對污染排放情況，及時進行污染預防，避免超標排放，滿足各類環(huán)保要求，提高運維工作效率，逐步實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

煤礦企業(yè)生產(chǎn)本身是一個復雜系統(tǒng)，生產(chǎn)鏈條長，耗能設備多，耗能種類多，產(chǎn)生的工業(yè)“三廢"多。當前煤礦企業(yè)側(cè)重于對生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行智能化改造，對能耗監(jiān)管投入略顯不足。

本文就是基于礦區(qū)實際情況，構(gòu)建一套能耗監(jiān)管系統(tǒng)，通過本系統(tǒng)的實施，對全礦區(qū)的所有能源數(shù)據(jù)進 行監(jiān)測、計量、管理、分析、預測，構(gòu)建全礦各部門、各能耗設備的水、電、熱量、柴油等能源記錄數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)庫，并把相關數(shù)據(jù)上傳至股份公司以及省市平臺。

2 系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)

圖 1 系統(tǒng)網(wǎng)絡整體架構(gòu)圖

能耗在線監(jiān)測管理系統(tǒng)監(jiān)測點分布在礦區(qū)范圍內(nèi)不同地點，分布范圍廣且分散?；谝陨咸攸c系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用分布式結(jié)構(gòu)，以光纖環(huán)網(wǎng)為骨干網(wǎng)(部分使用現(xiàn)有4G網(wǎng)絡) 星型電氣連接各個子系統(tǒng)，系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線或I/0方式連接檢測設備。

系統(tǒng)采用B/S(瀏覽器/服務器)模式。管理層應用服務器通過以太網(wǎng)交換機與數(shù)據(jù)庫服務器連接，通過與信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡的聯(lián)網(wǎng)，支持和股份公司能耗平臺、省市監(jiān)管平臺，礦區(qū)綜合管控平臺無縫對接，支持遠程客戶瀏覽訪問。

系統(tǒng)管理層根據(jù)礦測能耗監(jiān)測和管理需要，分別實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)采集、存諸、分析、計算，提供能耗統(tǒng)計、能耗預警、同比/環(huán)比分析、能流圖、能源看板、能源報表等業(yè)務功能模塊，另外，還有系統(tǒng)管理、信息設置、能源系統(tǒng)建模等系統(tǒng)功能模塊的開發(fā)，同時實現(xiàn)同股份公司平臺以及省平臺的無縫對接。

3.系體軟件加構(gòu)及功能

圖 2 系統(tǒng)軟件體系架構(gòu)圖

能耗在線監(jiān)測管理子系統(tǒng)從全礦組織架構(gòu)、各生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能耗設備角度、分別進行能源數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、計算，為管理人員提供能耗統(tǒng)計、能耗預警、同比/環(huán)比分析、能耗分析、對標分析、能流圖、能源看板、能源報表等業(yè)務功能模塊，另外，還有系統(tǒng)管理、信息設置、能源系統(tǒng)建模等系統(tǒng)功能模塊。

邊緣數(shù)據(jù)采集層:主要完成各類能耗數(shù)據(jù)和有效產(chǎn)出數(shù)據(jù)采集。邊緣采集器向下需要支持常見的工業(yè)通信接口和協(xié)議，向上需要支持云平臺數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

數(shù)據(jù)平臺層:主要負責數(shù)據(jù)存儲、分類、計算等。業(yè)務應用層:主要完成各種能源信息的統(tǒng)計、分析，包括能耗統(tǒng)計、能耗分析、能耗預警、對標分析、綜合報表管理、數(shù)據(jù)查詢等。

4、系統(tǒng)主要功能

4.1 信息管理層主要功能如下

計劃調(diào)度。實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、設備及備件計劃管理。提供與陜煤股份層系統(tǒng)的接口，實現(xiàn)系統(tǒng)對接。

能效管理。滿足企業(yè)需求，實現(xiàn)能效管理。

設備管理。滿足企業(yè)需求，實現(xiàn)設備管理。主要包括生產(chǎn)設備及計量設備基礎信息、運行信息、操作記錄、預警、故障等管理。

動力指標管理。主要包括動力控制指標的管理。

綜合報表管理?？梢愿鶕?jù)企業(yè)需求，自動生成所需的報表，也可根據(jù)自身需求定制頁面和編輯報表。報表主要包括能源動力相關的各類制式報表，包括各類生產(chǎn)及消耗報表等。

綜合管理。主要包括平面管理、流程管理、制度管理、資料管理、用戶管理、權限管理、交接班管理、生產(chǎn)管理、幫助管理等。

WEB 發(fā)布。實現(xiàn)能源管理的信息共享。

4.2 集中監(jiān)控層主要功能如下：

動態(tài)圖形監(jiān)控:設置動態(tài)工藝流程畫面及單臺主機流程畫面， 圖形動畫顯示，實時顯示各工位號參數(shù)及設備運行狀態(tài)，對于涉及面比較廣的子系統(tǒng)，可以設置多個畫面。

實時數(shù)據(jù)監(jiān)控:在工藝流程畫面顯示數(shù)據(jù)的基礎上，實現(xiàn)柵格形式匯總實時顯示各工藝參數(shù)，設備狀態(tài)，柵格底色應根據(jù)所顯示數(shù)據(jù)的歸屬分類不同而加以區(qū)別，做到一目了然，以便于操作人員集中監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)。

遠程操作:對所有設備進行遠程遙控操作，通過鼠標實現(xiàn)對現(xiàn)場設備(啟/停)、電動閥(開/閉)進行操作，根據(jù)權限設密碼保護。

預警及報警功能:有關參數(shù)超限報警及設備故障報警，發(fā)出聲光提示，可實時指令打印，有中文提示并自動記錄。報警根據(jù)緊要程度、事故等級區(qū)別對待，通過不同的報警提示音和顏色加以區(qū)別。并設立維修模式，保障在維修、檢測狀態(tài)下，可以關閉自動報警功能。

實時趨勢圖:實時顯示各工藝參數(shù)的變化趨勢，如流量、溫度、壓力、電流、頻率等，有助運行操作人員和管理人員實時掌握生產(chǎn)工藝參數(shù)變化情況;

報表: 設班報、日報、月報、年報，分別按分類報表及匯總報表并實時打印，報表設置可根據(jù)需求進行調(diào)整功能，可根據(jù)實際需要和臨時變動，隨時對報表數(shù)據(jù)的篩選和計算公式、函數(shù)參量進行調(diào)整。

數(shù)據(jù)采集 諸存 記錄和發(fā)布：系統(tǒng)具有各種工藝參數(shù)、設備狀態(tài)、計量數(shù)據(jù)的采集、諸存、記錄功能。各種信息按照不同功能要求分別寫入實時歷史數(shù)據(jù)庫或管理數(shù)據(jù)庫，供能源管理系統(tǒng)軟件使用。系統(tǒng)監(jiān)控畫面和相關信息可以通過WEB方式發(fā)布，以便于管理人員通過網(wǎng)絡訪問和遠程瀏覽。

系統(tǒng)管理:統(tǒng)一管理操作人員、維護工程師、能源管理人員等相關人員的安全操作權限，以保證本系統(tǒng)的安全保密性，防止非法用戶對生產(chǎn)控制和重要數(shù)據(jù)的侵害；

能源管理系統(tǒng)通過開放的以太網(wǎng)OPC標準接口實現(xiàn)與其它管理系統(tǒng)的集成。

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(chǎn)、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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產(chǎn)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(shù)據(jù)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(chǎn)品、工器具制造等離散制造業(yè)。

7、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場通過廠區(qū)局域網(wǎng)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(wǎng)聯(lián)通的地方，通過有權限的賬號登陸網(wǎng)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(xiàn)場設備層、網(wǎng)絡通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)場設備層：主要是連接于網(wǎng)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(gòu)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(shù)據(jù)的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)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(wǎng)絡通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關、網(wǎng)絡交換機等設備。智能網(wǎng)關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器，智能網(wǎng)關可在網(wǎng)絡故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)進行設計，詳細拓撲結(jié)構(gòu)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(chǎn)、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(shù)據(jù)化管理。實時監(jiān)測企業(yè)各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)依據(jù)。

8.1平臺登錄

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(chǎn)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(chǎn)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(shù)據(jù)。

8.4數(shù)據(jù)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?qū)崟r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(diào)整負載等技改措施提供數(shù)據(jù)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(wǎng)絡圖、能源計量網(wǎng)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(shù)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(shù)、門禁水浸狀態(tài)及能耗數(shù)據(jù)。

• 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(shù)據(jù)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(shù)；

• 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(shù)進行在線設置，當能源參數(shù)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(nèi)實際情況。

8.6變壓器監(jiān)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(guī)劃。通過各種運行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據(jù)運行模式調(diào)整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

8.8儀表實時監(jiān)控

展示各個水電氣儀表的實時參數(shù)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(shù)集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個產(chǎn)業(yè)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用能統(tǒng)計

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、車間、生產(chǎn)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(shù)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

8.1能源消耗分析

統(tǒng)計各個監(jiān)測節(jié)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(chǎn)品單耗統(tǒng)計

與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。同時將產(chǎn)品單耗與行業(yè)/國家/國際指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

8.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、車間，產(chǎn)線、工段、設備等進行日、周、月、年統(tǒng)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(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力，評定能源消耗是否合理。

8.13運行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設備能源消耗進行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測設備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視?？芍苯訌膭討B(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，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(chǎn)各種報表，查看企業(yè)各個節(jié)點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環(huán)比報表，支持導出報表。

8.15同比、環(huán)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(huán)比分析，分類、分時段、分項（地點、機構(gòu)、設備）統(tǒng)計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環(huán)比

8.16分析報告

以年、月、日對企業(yè)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(tǒng)計分析，讓用戶更加了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎，方便用戶發(fā)現(xiàn)設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

8.18能耗設備用能

監(jiān)控耗能設備運行、停機及異常狀態(tài)，及時解決設備故障停運導致無法正常生產(chǎn)。

8.18線損分析

根據(jù)節(jié)點、能源分類，查詢各個節(jié)點線路上的能源損耗數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)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(qū)域?qū)μ寂欧趴偭康淖兓厔葸M行統(tǒng)計，并進行同環(huán)比分析。對單位產(chǎn)值碳排放量進行計算，并結(jié)合減排指標實現(xiàn)超標預警，提升區(qū)域減排水平，促進碳達峰目標實現(xiàn)。

8.20電能質(zhì)量監(jiān)測

實時監(jiān)測諧波含量、三相不平衡度、功率因數(shù)等，確保功率因數(shù)不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現(xiàn)故障。

8.21運維管理

系統(tǒng)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(zhí)行巡檢、完成工單、巡檢發(fā)現(xiàn)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(yǎng)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(xiàn)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(yè)提前預警，避免發(fā)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(fā)與閉環(huán)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(nèi)各個拓撲節(jié)點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

8.25容需量報表

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(yè)實現(xiàn)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(tǒng)計分析，為企業(yè)分時用電，優(yōu)化成本效益提供數(shù)據(jù)支持。

8.28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(tǒng)管理，支持文件的上傳和下載。

8.28 3D可視化大屏

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

8.29 3D子系統(tǒng)

對各動力子系統(tǒng)進行虛擬仿真，展示子系統(tǒng)的動力管線、設備的實時狀態(tài)及能源消耗情況，可實現(xiàn)動態(tài)的能源流向效果。

8.30工業(yè)組態(tài)

可通過圖形化的編輯方式自定義組態(tài)圖，展示設備運行狀態(tài)及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監(jiān)測數(shù)據(jù)。

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(shù)據(jù)及各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源包括API、數(shù)據(jù)庫查詢、MQTT、Excel等方式。

8.32基礎數(shù)據(jù)管理

對系統(tǒng)的項目、探測器、設備型號、電參量、節(jié)點、能源、公示、及相關參數(shù)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(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、產(chǎn)線比對、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、事件記錄、運行監(jiān)視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

8.34知識產(chǎn)權證書