能源监管平台在企业的实践应用

齐双英

(重庆钢铁集团矿业有限公司，重庆 400050)

能源监管平台在企业的实践应用

齐双英

(重庆钢铁集团矿业有限公司，重庆400050)

随着科学技术的发展与社会生产力的日益提高，能源、资源匮乏的形势也日趋严峻。企业能源系统化管理的重要性和迫切性越来越受到重视。由于企业的生产特性，其能源消耗一直存在高电耗、高水耗等问题，进而也会产生高污染等问题。究其源头，是在于能源的使用过程中，不仅资源、能源不能被有效利用，而且会造成大量可用资源流失。采用LonWorks网络技术，构建了能源监管平台。该平台以计算机、通信设备、测控单元为基本工具，采用分布式监控和集中管理的网络结构。其通过对企业各类能耗参数的收集、分析，运用科学算法发出合理的操作指令，实现了企业生产过程的科学用能、安全用能，达到了能源高效合理利用、降低消耗、提升效益的最终目的。

能源； 监管平台； 智能控制； 现场总线； 控制网络； 节能增效； LonWorks

0 引言

能源监管平台采用先进的LonWorks分布式现场控制网络系统技术，通过对企业各类能耗参数的收集、分析，运用科学算法发出合理的操作指令，实现企业生产过程的科学用能、安全用能，最终达到能源高效、合理利用以及节能增效的目的。

能源监管平台涉及现场采集、现场总线、网络传输等技术[1]。结合公司现状，充分利用已有的主干通信网络，对局部进行网络扩展以实时上传通信数据，可实现系统中心控制命令的准确下达。此外，通过主干网与LonWorks分布式高速实时控制网络的无缝连接，可构建自动化的能源监管现场控制网络[2-6]。

由于新厂区目前还在建设中，本文重点对老厂区的能源管理系统建设进行详细分析，后期新、老厂区可以共用一个管理平台与监管中心。

1 能源监管平台结构

能源监管平台采用先进的、安全可靠的分布式高速实时控制网络技术和关键产品构建[2-8]。能源监管平台由监管中心、主干通信网络、现场监控网络、各种智能计量装置、智能网关(用于连接第三方装置)等部分组成。平台分为3个层次，自上而下分别为系统应用层、通信网络层和现场设备层(感知层)。监管平台结构如图1所示 。

图1 监管平台结构图

1.1主干通信网络

能源监管平台充分利用公司已有的主干通信网络，进行局部网络扩展，以实现通信数据的实时上传，并确保系统中心控制命令的准确下达。此外，通过主干网与LonWorks分布式高速实时控制网络的无缝连接，构建自动化的能源监管制现场控制网络[9]。

1.2现场网络

能源监管平台的现场网络采用LonWorks双绞线控制网络，具有拓扑结构灵活、传输介质和方式多样、传输速度快、抗干扰能力强等优点。LonWorks现场控制网络采用了P-CSMA/CD技术，可实时通信；网络采用的Lontalk通信协议，符合国际标准，可真正实现产品的互换性；网络极易扩充、修改和维护。此外，LonWorks现场控制网络与因特网无缝连接，可以实现远程监控与远程操作[10]。现场网络由智能网络控制器、各类智能表计、智能网关(用于连接第三方智能表计)等组成。其中，智能网络控制器执行由LonWorks现场控制网络至以太网的路由功能，向上通过系统通信主干网与中心系统服务器进行通信，向下通过双绞线与现场子网各终端设备进行通信，完成终端设备的数据采集和转发，实现遥测、遥信、遥控等功能，并起到协议规约转换作用。同时，智能网络控制器能够自动检测10/100Mb/s以太网，支持各种串口/网络通信规约。

按厂区分布及采集、控制点数量，全厂共设立16个子网。

2 基于LonWorks的现场控制网络技术

现场能源监控网络系统用于实现各类能源计量与监控装置的连接，能源监测数据的采集、上传，以及节能控制命令下传至每个能源监控装置等功能。该系统是整个能源管理系统可靠性及监测数据稳定传输的关键所在。

LonWorks现场控制网络采用ISO/OSI模型的全部7层通信协议，采用面向对象的设计方式，其直线传输距离可达2700m，自由拓扑传输可达500m，电力载波传输可达300m，不带电电力载波传输可达30km无中继，并支持双绞线、电力线载波、光纤、红外、微波等多种介质，双绞线传输速率为78Kb/s，电力载波传输速率为5.4Kb/s。利用LonWorks技术的诸多优点构建的能源管理系统，在稳定性、可靠性、系统可扩展性等方面具有明显优势[11]。

3 能源监测子系统

能源监测子系统可实现对配电系统、水管网、气体管网以及中央空调冷热量的计量与监测。通过平台的统一监测，提高用能的安全性、数据的准确性与及时性，以实现系统能效比的综合评估，为后期进一步节能降耗提供分析、诊断的数据支撑。

3.1配电系统的计量与监测

在配电系统中，将公司的用电计量结构分为三级：一级计量为110kV总进线；二级计量包括公司110kV一次降压10kV(6.3kV)的各直接设备用电和二级降压0.4kV的低压总进线；三级计量为二次降压0.4kV后的各用电回路。终端设备配置如图2所示。

图2 终端设备配置图

通过网关接入电气综合保护读取的方式，将两路110kV的总进线电能数据接入能源监管系统，对公司总用能、变压器状况进行用能的安全监控、诊断，将数据总和作为企业的总用电量。10kV(6.3kV)的直接用电设备也通过读取电气综合保护的方式，接入能源监管系统。在二级降压0.4kV的低压总进线处安装三相多功能电力监控终端，对各计量监测点的电能参数进行计量与监测。在二次降压0.4kV后的各用电回路处安装三相多功能电力监控终端，对各计量监测点的电能参数进行计量与监测，即为三级计量。通过系统采集，对相应的计量回路进行分类、分项、分户统计。

3.2水管网的计量与监测

水管网的计量与监测包括2部分：①自来水管网的计量与监测；②软水管网的计量与监测。自来水管网的计量与监测仪表由自来水公司安装，污水处理表由环保局安装，一级计量表无法更换上传系统。将公司的二级与三级计量接入系统，安装具备自动采集功能且能与M-BUS远程通信的智能远传水表，并将其就近连接到现场网络控制箱的智能网关上，通过智能网关接入LonWorks现场控制网络，对水表的数据进行采集。智能水表安装示意图如图3所示。

图3 智能水表安装示意图

3.3气(汽)管网的计量与监测

气(汽)系统包括蒸汽、天然气、工业气体等，通过可编程网关将具有RS-485接口的37台智能表计接入系统，并按种类进行区分，以实时计量与监测气(汽)管网的运行状况并及时预警。气(汽)管网智能表安装示意图如图4所示。

图4 气(汽)管网智能表安装示意图

3.4空调系统供冷量计量与监测

为实现空调系统的自动化和节能控制，系统采用传感器技术、变频技术及变流量节能控制技术。根据现场已有的控制方式，通过分布式网络控制技术，对冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵等进行自动化管理和控制，在满足基本生产要求的前提下，实现了节能最大化。

在中央空调系统主供、回水管间加装带远传功能的冷热量表，其数据通过智能网关采集并接入最近的子网。通过获取的各冷热量表数据获得各中央空调的制冷量，可以对各中央空调系统的能效比进行分析，为公司的节能工作提供相应的依据。

4 能源监管平台的特点分析

能源监管平台应用先进的LonWorks现场控制网络系统技术，采用LonWorks现场网络控制器。其电力线和双绞线载波通信可根据现场情况灵活选择，通过数字/模拟量输入/输出模块、网关桥接，兼容接入公司各种类型、各种规格的模拟或数字接口的计量设备与装置。其高度开放和兼容的性能，满足公司对能源能耗实时在线监测、远端数据采集、中间数据传输、前台查询统计和管理功能的要求。

该平台采用的LonWorks现场网络控制器具有数据存储功能，能从根本上解决上线(监测中心)因网络中断等通信故障或其他原因造成的中心数据丢失问题。只要上线通信故障消除，即可根据中断数据丢失程度从数据集中器读取全部或部分数据，以确保现场能耗采集数据的连续性。另外，平台通过选用成熟、可靠的软件产品，如数据库、应用软件等，并在软件设计中进行容错设计，提高系统的可靠性及冗余性。

LonWorks现场控制网络以其完整的构架、无限可扩展性及丰富的应用功能，在系统中得到良好应用。其中，可扩展性包括硬件系统的扩展和软件系统的扩展。硬件系统可根据监控点的数量增加相应的通信前置机以及磁盘等设备，软件系统通过分层、分模块设计实现扩展功能。

该平台在有线或无线互联网络环境下，经授权可在任意地点移动进行远程自动化遥测、遥信和遥控；可实现切换远程运行桌面(底层网络控制器网页)，实时浏览能耗数据采集系统的信息。对具有Lon接口的现场计量或监控终端，在满足Lonmark标准、符合Lontalk协议时，即可提供远程源代码级的修改和调试、软件远程下载及远程维护等功能。

5 结束语

能源监管平台的投入运行实现了对公司分厂、车间、重点用能设备的三级计量，以及能源质量的在线监测、能源自动化调节，使公司能够更深入地了解自身用能状况，确保公司用能更加合理，从而优化公司能源利用，达到了节能降耗的目的。据能耗数据统计分析，平台投入后，公司每年减少电耗约为2%；同时，中央空调系统的改造实现了按需节能控制，可提升空调能效20%以上。水、气(汽)能源监测有效地监控了管网的跑冒滴漏，不仅及时遏制了能源的浪费，也节省了人力、物力。

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PracticalApplicationofEnergySupervisionPlatforminEnterprises

QI Shuangying

(Chongqing Iron and Steel Group Mining Co.,Ltd.,Chongqing400050,China)

With the development of science and technology and the increasing of social productivity,the situation of the energy and resource scarcity becomes more and more seriously.The importance and urgency of the energy systematic management of enterprises will be paid more and more attention.Due to the production characteristics of enterprise,the energy consumption has always existing in huge power and water consumptions and other problems,which can also lead to high pollution.Studying its source,in the process of energy use,the resource and energy are not effectively to be utilized,and a large amount of available resources is lost and discharged.By using LonWorks network technology,an energy regulatory platform is established.The platform is composed of computer,communication equipment,and monitoring and control unit as the basic tool,and the distributed monitoring and centralized management network structure is adopted.Through collecting and analyzing various energy consumption data,and calculating by scientific algorithm,suitable instructions and commands are issued,to realize scientific and safety utilization in production process,thus the final goal of high efficient energy utilization,less energy consumption and large benefits is reached.

Energy; Regulatory supervision platform; Intelligent control; Field bus; Control network; Energy-saving and efficiency-enhancing; LonWorks

TH81;TP315

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201710003

修改稿收到日期:2017-03-31

山西省自然科学基金资助项目(2014011020-2)、山西省研究生教育改革研究项目(20142058)

齐双英(1982—)，男，学士，工程师，主要从事电气技术、节能技术与碳排放方向的研究。E-mail303444138@qq.com。