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企业能源计量数据采集管理系统

为进一步推进和规范福建省重点用能企业的节能管理工作，获得企业能耗的真实数据，有效评估和提升企业节能减排水-甲，福建省质量技术监督局2009年开始建立《福建省城市能源计量管理动态监测平台》对福建省重点用能单位的能源计量器具配备、总能耗数据、产品单耗、重点工序能耗以及管理节能开展情况进行动态监管。福建省机械科学研究院设计的“企业能源计量数据采集管理系统”是对企业内部的水、电、汽、煤、油等能耗产品的使用量数据进行计量、采集、汇总、上报和分析管理的企业内部计算机智能化管理系统。其作用是帮助企业提高能耗管理的自动化信息化能力，实现降低能耗成本，并将企业的各项能耗数据上传到福建省技术监督局《福建省城市能源计量管理动态监测平台》。本文介绍该系统的构建方法及主要功能和设计技术。

1 系统的构成

“企业能源计量数据采集管理系统”是一个由现场计量仪表、数据传输络及采集计量数据的计算机管理系统这三部分构成的计量数据采集的物联系统。系统结构如图1所示。

1．1 现场计量仪表

计量仪表实现对能耗产品的使用量进行计量，为实现信息自动采集还要求计量仪表具有数字化的数据通信功能。现场计量仪表是物联的传感部分。针对电、油、煤、汽等不同的能耗产品，应设计和选用不同的计量仪表。

1．1．1 电能计量

电能计量仪表使用福建省奥克机电技术有限公司研制生产的三相电子式多功能电能表(如图2所示)。该电能表使用DL／T645规约，通过RS一485通讯接口传输数据。

主要功能：

1、)分时计量正我国的新材料产业技术相对落后向、反向有功和正向、反向无功以及四象限无功电量；以上电量存储12个月的数据。

2)计量正向、反向有功总和各费率的最大需量及发生时间。

3)具有4个时区，4套日时段表，l 0个日时段，4种费率，周休日和l 3灭的节假日。反向电量的计量可设置运行一套时段。

4)具有相互独立的2个RS一485接口和1个红外通讯口。使用DL／T645—1997通讯规约。

5)中文液晶显示屏。显示项可设置。电表面板上有向前和向后读数键进行逐项显示。

6)实时测量A、B、C相和合相的有功、无功瞬时功率；A、B、C相和合相的功率因数；A、B、C相的电流、电压值。具有日负荷曲线记录功能。

主要规格指标：

DTSD705型三相四线电子式多功能电能表，3*220／380V,3*1．5(6)A，有功0．5S级，无功2级。

DSSD705型三相三线电子式多功能电能表，3*100V，3*1．5(6)A，有功0．5S级，无功2级。

1．1．2水、蒸汽、天然气、油的计量

对于液体、气体的流量测量可使用流量计来测量，如水选用电磁流量计来测量，天然气可选用涡街流量计来测量，油可使用质量流量计来进行测量，即根据不同的介质，以及该介质的温度、导电性、酸碱性、流速、管道的尺寸等因素来选择不同类型和型号的流量计，然后将流量信号通过4—20 mA信号传输给流量计算控制仪进行流量累积，并给其适当的温度和压力补偿，以保证精度，通过RS一485总线即可将流量、累积量等数据通过轮询方式采集到“企业能源计量数据采集管押系统”。

本螺丝刀系统中采用E+H公司生产的72W型涡街流量计来测量天然气的流量。该流量计可内置温度测量和外部压力值读取模块(可选)用于测量蒸汽、水(符合IAPWS—IF 97 AS ME标准)、天然气(符合AGANX一1 9／AG A8一DC9 2／AG A8 Gross Methodl／SG ERG一88标准、)、 压缩空气、 其他气体的质量流量。

本系统选用福建上润精密仪器有限公司生产的智能流量计算控制仪。该控制仪采用先进的微处理器进行智能控制，适用于各种液体、一般气体、蒸汽、天然气等的流量检测与积算控制。采用查表法进行密度补偿，能自动对过热蒸汽、饱和蒸汽进行高精度的积算控制。内置多种流量积算公式，可适应各种流量测量场合。

1．1.3 煤炭等其他需过磅的能源介质的计量：

煤炭等其他需过磅的能源介质的计量主要有轨道称、吊钩称和数字式电子汽车衡来称重。主要是根据用户的现场安装条件决定。针对企业的用煤管理，我公司自主研发衡器领域各类计算机称重管理系统。

1．1．4( 3 ) 在下钳口上方盖1块橡胶片 其他表计

如果企业在安装木系统之前已经安装了计量仪表，也可以根据现场的实际情况，实现数据采集。

1、)其他带数字接口的表计，如水表、燃气表、流量表、油表的数据都可通过其支持的协议进行数据的采集(如MODBUS协议)，通过RS一485总线，将各个分散的仪表串联在一条总线上，工作站则可通过轮询的方式，一个个采集二次仪表的数据，采集后的数据可以直接保存到企业能源管理数据库中。

2、)而对于不带数字接口但支持4,--．，20 mA信号输出的表计(流量计)可以使用PLC来采集信号，然后由数据采集终端读取PLC的数据，并将对应的数据上传到“企业能源计量数据采集管理系统”中。

3、)对于不带数字接口但支持4—20 mA信号输出的表计，在数量不太多的情况下，使用ADAM I／O模块来采集4——20mA信号更加节省成本。使用RS一485总线和MODBUS通讯协议数据采集终端可非常方便地读取ADAM I／O模块上数据。

1．2数据传输络(系统组方式、通讯方式和数据传输模块)

1．2．1 系统组方式

络是物联叫J数据传输的通道。“企业能源计量数据采集管理系统”分为主干和局域，根据企业的实际情况，为节省成本设计了几种不同的组方式：第一类是只要求总能耗数据采集的企业，只要建主干。第二类是要求对分厂、车间、设备都进行数据采集的企业，采用主干加多个局域的方案。

1.2.1．1 主干

主干可选择使用无线通讯(GPRS)或公共交换N(PSTN、)。设计的要求是稳定可靠，通讯速度快，系统造价低。

1、)PSTN公共交换络。是一种全球语音通信电路交换络。它是以电路交换为信息交换方式，以业务为主要业务的电信。同时也提供传真等数据传输业务。PSTN提供的是一个模拟的专有通道，通道之间经由若干个交换机连接而成。当两个设备需要通过PSTN进行数字传输时，在两端的络接入侧(即用户回路侧)必须使用调制解调器(Modem)实现信号的模／数、数／模转换。

PSTN的传输系统将企业内部各地的采集计量仪表、数据采集终端连接起来，构成络。这种方案的优点是成本适中，通讯距离远，快速可靠，缺点是要枷线，通讯费用低，需要维护。在已有PSTN机线的企业使用具有系统造价低的优点。

2)GPRS无线通讯络。即“通用分组无线业务”，是在现有GSM络上开通的一种新型的分组数据传输技术。提供端到端的、广域的无线IP连接，是以分组交换的方式进行数据传输，因此在络资源的利用率上较电路交换有了很大的提高，并且计费可以完全按照产生的流量来统计。GPRS优点有：实时；按量计费；快捷登录；高速传输；自如切换(数据传输与话音传输可同时进行或切而手术时间短换进行、)。

GPRS的传输系统将企业内部各地的采集计量仪表、数据采集终端连接起来，构成络。这种方案的优点是不要枷线，通讯距离远，快速可靠，基本不需维护。缺点是成本高，有通讯费用。在没有PSTN线路的企业使用具有安装方便的优点。

1.2.1.2 局域

局域是由数据采集终端先通过局域对计量仪表的数据进行采集和存储，再将数据通过主干上传到企业系统。数据采集终端与计量仪表之间可选择使用近距离无线通讯(wi—fi)、zigbee、RS一485总线、集水槽modbus总线或电力线载波通讯方案。由于要实现单位产品能耗计算的企业，要求采集的节点多，要求总表、分表(或分厂)、重点设备都要采集，数据量大，所以本系统选择局域的设计可有效降低通讯成本。设计的要求是稳定可靠，通讯速度快，系统造价低。局域的核心是信息采集终端的设计。

数据采集假发终端是主干与局域连接的节点设备，负责组成局域，按照仪表各自的通讯协议和连接方式采集现和存储场计量仪表的数据，并将数据上传到主干。数据采集终端具有以下功能：

1)组功能，使用近距离无线通讯(wi—fi)、zigbee、RS一485总线、modbus总线或电力线载波通讯方案将现场计量仪表组成局域；

2、)数据存储功能，存储每台仪表的计量数据；

3)数据上传功能，使用GPRS或PSTN通讯方式上传数据； 数据传输协议满足DB／35／987—20 10《能源计量数据采集系统数据传输协议》；

4)通讯协议转换功能。

1．2.2 系统中应用到的其他通讯方式

1、)RS一485总线、modbus总线。带RS一48包括：人造革及膜片5数字接口的表计均可使用这种通讯方式。优点是成本低，可靠，无通讯费用。缺点是通讯距离短(1km以内)，要机线，维护费用人。

2)近距离无线通讯(wi—fi)、zigbee。优点是成本适中，无通讯费用，快速，可靠性适中不要机线，不需要维护。缺点是通讯距离近。

3)电力线载波通讯。具有电力线载波通讯功能的电能表使用这种通讯方式。优点是成本适中，无通讯费用，快速，不要枷线，不需要维护。缺点是通讯距离近，通讯速度慢，通讯成功率低，易受电源干扰。

1．2.3数据通讯模块

由于计量仪表的通讯接口主要是RS一485、modbus及mA接口，而主干是使用PSTN或GPRS通讯方式，所以计量仪表需要加装数据通讯模块将数据上传到主干。

1．2．4 内部通信协议

计量仪表数据采集接】l采用的通信协议如下：

1、)DL／T645—1997。采集电能表数据采用电力行业标准DL／645—1997多功能电能表通信规约。

2、)Modbus协议。采集水表、燃气表、流量表、油表等仪表的数据则采用工业控制器最常用的MODBUS协议。

3)OPC协议。与各类厂家的DCS系统进行通信则使用OPC协议。

1.3 计算机管理监控系统

计算机管理监控系统是整个采集系统的核心，保存、分析、计量仪表采集上来的数据，并向福建省计量院的《福建省城市能源计量管理动态监测平台》上传数据，同时企业局域的其它管理人员经授权可直接访问这些数据。由于各个企业的能源数据数量差异大，可根据实际情况来决定企业的计算机管理监控系统的硬件的设置。

1、)对于能源数据量小的企业，可将数据采集工作站、管理工作站、能源计量管理软件、企业能源数据库等全部功能集成在一台PC机上，它同时兼具了采集、传输、存储、管理、分析等各方面的应用需求。该PC机可通过以太或者是GRPS／CDMA无线络通道直接采集水、电、气及冷热量表、流量计等计量仪表的计量数据，将能耗数据上传给《福建省城市能源计量管理动态监测平台》，同时单位内部工作人员可以直接通过企业内的局域进智能模块行访问，了解实时能耗情况，开展能耗分析对比，既满足了能源计量管理与检测分析的功能需求，又达到了高可靠性与低维护性的管理需求。

2、)而对于人企业，能源数据量人，企业内部访问能源数据的访问量也人，则可设置单独的数据库服务器，作为企业能源数据库服务器，下设各个分站(为数据采集工作站)，分机在不同的车间或区域，分别采集电能、水、煤炭等能源数据，企业单位内部工作人员通过企业内的局域访问企业能源数据库，了解实时能耗情况，开展能耗分析对比，并进行数据统计、查询、报表等操作。而企业能源数据库服务器则同时承担上传能耗数据到《福建省城市能源计量管理动态监测-甲台》的任务。

企业能源计量管理软件系统包含的功能模块有：数据上传功能模块；数据采集功能模块；通讯规约模块(带OPC客户端功能)；企业能耗数据管理模块；企业能耗数据分析模块。

2 系统的技术特点

本信息采集系统具有以下技术特点：

1、)技术方案正确，零活应用多种通讯方式组，方便现场实施，降低系统造价和运行的通讯费用。

2、)建立统一的通讯规约，提高仪表的兼容性。

3)不仅是数据采集，还能帮助企业进行能耗分析，提高信息化管理水平，有效降低能耗成本。

3 系统的应用效果

1)能发现企业生产流程中能源利用率低的环节，明确节能技改的方向，量化考核技改后的效果。以此调动企业节能降耗的积极性。

2)增强企业精细化管理能力，通过加强管理实现节能降耗，通过合理调整开工时间和均衡用电负荷量来降低用电成本，提高企业效益和市场竞争力。企业通过应用该系统，实现对木企业能源计量数据实时有效的动态采集、分析、处理、控制，提高了能源管控水平。

例一：锅炉的燃烧热效率取决于燃煤的厚度，而燃煤的厚度取决于工人的心。某企业应用本系统后，企业实现对各班组用煤数据情况的采集和考核，奖优罚差，使燃煤的用量降低1 0％。

例二：因为有峰谷电价，使用本系统后，某企业对开工的时间进行了调整，使电费下降1 3％。

例三：因为有需量电价，使用本系统后，某企业对开工的负荷监控和调整，使企业均衡用电，避免了超负荷罚款，电费下降11％。

3)实现政府对企业真实能耗数据的采集和监管，有利政府鼓励先进，淘汰落后。本系统可响应福建省质量技术监督局的要求，按照《省企业能源计量管理动态监测平台》所要求的数据格式，直接将能耗数据传输给省能源平台中心数据库，为政府制定节能和经济政策提供准确真实的数据依据。并引导企业重视节能降耗工作，促进了企业自觉开展节能降耗活动，推动了全省计量和节能工作的顺利开展，对于减少能源消耗、保护环境、降低成本、增加企业效益、创建资源节约型社会，实现经济可持续发展具有重要的意义

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