淺談工業(yè)能源管理系統(tǒng)在大型機場中的應(yīng)用

張穎姣

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要：近年來，隨著我國機場建設(shè)腳步的加快，機場建設(shè)中對能耗管理的自動化程度和要求越來越高。機場在運營中會消耗大量的水、電、氣等各種資源，如何降低機場運營成本，在保持高質(zhì)量服務(wù)水平的基礎(chǔ)上減少能耗，將“耗能大戶”轉(zhuǎn)化為“節(jié)能大戶”已成為機場運營管理工作之一。文章利用國內(nèi)前沿科技，綜合了其他大型項目多位能耗設(shè)計專家的經(jīng)驗，為蕭山國際機場三期（T4）能耗計量系統(tǒng)打造出了一套適應(yīng)性強的平臺系統(tǒng)，經(jīng)過平臺多階段測試，可保證能耗管理系統(tǒng)正式上線后持續(xù)為機場提供穩(wěn)定的運行服務(wù)，減輕機場能耗管理的負(fù)擔(dān)。

關(guān)鍵詞：綠色機場；能耗管理；系統(tǒng)平臺；能源管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)分析；節(jié)能減排；數(shù)字化；智慧工廠

1、項目概況

杭州蕭山國際機場三期（T4）項目位于浙江省杭州市 蕭山區(qū)機場原址，總建筑面積達(dá) 150 萬 m2 ，本期建設(shè)范圍為新建航站樓及陸側(cè)交通工程旅客航站樓及北三指廊。該項目為浙江省大通道建設(shè)十大標(biāo)志性項目，也是第 19 屆亞洲運動會重要基礎(chǔ)配套項目，三期擴建整體項目按滿足2030 年機場旅客吞吐量 9000 萬人次要求設(shè)計，主要建設(shè)新建航站樓（設(shè)計能力 5000 萬人次）、陸側(cè)交通 53 萬 m2 、商業(yè)開發(fā)（賓館及辦公）17 萬 m2 、能源以及相關(guān)市政配套設(shè)施等，同時在新建航站樓地下配套建設(shè)機場高鐵站。三期擴建項目投運后，蕭山機場將成為華東地區(qū)僅次于浦東機場的航空樞紐。蕭山機場以“平安、綠色、智慧、人文”四型機場建設(shè)作為工作清單，在綠色機場建設(shè)方面，杭州蕭山國際機場三期（T4）已獲得國內(nèi)綠色建筑設(shè)計評價標(biāo)識。

2、系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)計要點

能耗管理整套系統(tǒng)由安科瑞提供，系統(tǒng)覆蓋本期建設(shè)全部智能電表與水表（智能電表 3080 塊，智能水表 518塊），根據(jù)項目整體設(shè)計原則，能耗管理系統(tǒng)前端采集信號均采用無鹵低煙阻燃耐火 B 級控制線纜敷設(shè)；將前端數(shù)據(jù)通過控制線纜采集至弱電間內(nèi)的派諾通信管理機，由通信管理機的網(wǎng)絡(luò)端口上傳至機場三期的機電綜合網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)傳輸層及核心層均采用赫斯曼專業(yè)級工業(yè)交換機。

該系統(tǒng)平臺內(nèi)所有數(shù)據(jù)以 Web API、http 等方式將分類分項形式通過機電綜合網(wǎng)核心交換機轉(zhuǎn)發(fā)至 IBMS 接口、電力監(jiān)控系統(tǒng)、熱力交換站系統(tǒng)，通過外網(wǎng)（專線）轉(zhuǎn)發(fā)至杭州市能源管理綜合平臺。

系統(tǒng)管理平臺性能

能耗綜合管理服務(wù)平臺滿足《能源管理體系 要求》（GB/T23331—2012），作為整個機場能耗統(tǒng)籌管理及日常使用核心的板塊之一，是機場把控的質(zhì)量控制對象。該系統(tǒng)采用構(gòu)件化的軟件架構(gòu)，提供成套工具方便用戶實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型建立、組件裝配、系統(tǒng)界面組態(tài)、系統(tǒng)備份等一系列完備功能，在該平臺實際開發(fā)以及實際應(yīng)用上，同時保證如下性能。

（1）可靠性。平臺具備自診斷功能，依靠診斷工具對 CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)等提供后臺實時監(jiān)測及網(wǎng)絡(luò)、硬件故障預(yù)警功能，保障平臺可持續(xù)不間斷工作。平臺通過對 IIS 應(yīng)用程序池設(shè)置自動定時回收機制，保障資源的有效利用和及時回收，避免平臺長時間運行導(dǎo)致的資源不足和癱瘓宕機現(xiàn)象。平臺通過數(shù)據(jù)倉儲技術(shù)和數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，提升訪問性能和可靠性，主要包括可通過異常數(shù)據(jù)判定規(guī)則對數(shù)據(jù)品質(zhì)進(jìn)行判斷，識別出負(fù)數(shù)、過大、過小、空數(shù)等垃圾數(shù)據(jù)，結(jié)合告警規(guī)則判斷并產(chǎn)生告警事件；將小時、天、月、年等顆粒度的能耗數(shù)據(jù)按分類、分區(qū)域等多種維度進(jìn)行匯總。

（2）易用性。易用性是平臺性能的重要體現(xiàn)之一，由系統(tǒng)平臺架構(gòu)師，依據(jù)運營方會議或書面形式提供后續(xù)設(shè)計需要的資料，明確 UI 風(fēng)格、操作習(xí)慣、功能提示等方面，所有的功能界面與操作流程保持一致，并為其提供豐富的列表指示、幫助文檔以及符合要求的操作說明書等，使用戶操作易于掌握和使用，減輕操作者的負(fù)擔(dān)，軟件使用滿意度高。

（3）可維護(hù)性。該平臺可在不影響其他模塊的情況下，修復(fù)現(xiàn)有平臺中的問題或缺陷，并擁有完善的異常日志管理模塊，當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時可提供詳細(xì)的異常信息。同時，可為運營方單獨提供操作性強的維護(hù)手冊，在發(fā)生問題后運營方可根據(jù)錯誤代碼在手冊中檢索問題處理的詳細(xì)步驟與方法。

（4）集成能力。該項目要求平臺具備高度集成能力，利用第三方接口服務(wù)，直接跳轉(zhuǎn)訪問其他系統(tǒng)應(yīng)用或從其他系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)，平臺和應(yīng)用系統(tǒng)的集成分專業(yè)類別不同，也有不同的集成深度，主要包括信息共享、流程統(tǒng)一、數(shù)據(jù)互動等。

4、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

數(shù)據(jù)采集服務(wù)主要實現(xiàn)對計量儀表的原始數(shù)據(jù)、人工錄入數(shù)據(jù)、第三方系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的采集、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)。

平臺支持多種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議采集或第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，同時具備快速規(guī)約開發(fā)能力，根據(jù)設(shè)計要求，該平臺支持通過 Modbus TCP、Modbus RTU、IEC104 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議采集設(shè)備數(shù)據(jù)，支持通過 Web Service、Web API、OPC、ODBC 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議采集第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)。通過對異常數(shù)據(jù)或不完整數(shù)據(jù)進(jìn)行自動補采，針對無法補采的數(shù)據(jù)可提供算法修復(fù)或人工補錄修復(fù)，常用的數(shù)據(jù)修復(fù)算法有平均值算法和歷史插值算法等。

5、平臺組態(tài)

能源管理系統(tǒng)采用構(gòu)件化的軟件技術(shù)設(shè)計，每個功能模塊都是由多個質(zhì)量可靠的獨立組件搭建而成，每個組件實現(xiàn)特定的業(yè)務(wù)。功能業(yè)務(wù)及界面模塊也可自由組態(tài)，只需很小的改動即可快速響應(yīng)用戶需求的變更，大幅度提高了軟件效率和用戶滿意度。該機場通過 Pi-ModelManager 工具對區(qū)域、分類分項、配電等數(shù)據(jù)模型進(jìn)行自定義，自定義內(nèi)容包括模型類別、名稱、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)源等。平臺組件的數(shù)據(jù)源及顯示方式可根據(jù)需要進(jìn)行組態(tài)配置，即同一個組件針對不同應(yīng)用場景可配置顯示單維度數(shù)據(jù)圖、多維度數(shù)據(jù)圖、多種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式組合等不同內(nèi)容及方式表現(xiàn)。平臺也可配置多個組件聯(lián)動顯示，當(dāng)一個組件顯示內(nèi)容發(fā)生變化時，會聯(lián)動其他組件同步刷新顯示，實現(xiàn)多個組件之間的互聯(lián)互通。運營單位可通過 Pi-ModelManager 關(guān)聯(lián)的 SVG 組態(tài)工具進(jìn)行圖形組態(tài)，該工具提供圖元編輯、事件綁定、數(shù)據(jù)綁定等功能。

機場能耗管理平臺的系統(tǒng)集成

平臺支持應(yīng)用集成和數(shù)據(jù)集成兩種方式，可集成第三方系統(tǒng)或設(shè)備的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多個系統(tǒng)之間的信息互通和共享。通過“共享 Cookie”的單點登錄方式實現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的集成，用戶在瀏覽器端輸入具備相關(guān)權(quán)限的賬號密碼登錄平臺后，無須再次認(rèn)證即可訪問其他已集成的第三方系統(tǒng)，在同一個系統(tǒng)上實現(xiàn)多個系統(tǒng)的操作和應(yīng)用。

機場能耗管理平臺管理層的設(shè)計

該系統(tǒng)采用異地容災(zāi)、統(tǒng)一管理的方式，每天執(zhí)行一次增量備份，每 30d 執(zhí)行一次完整備份，通過網(wǎng)絡(luò)將備份數(shù)據(jù)存放至異地 IDC 機房托管，并制訂相應(yīng)的災(zāi)難恢復(fù)計劃。一旦災(zāi)難發(fā)生，異地數(shù)據(jù)備份管理軟件通過互聯(lián)網(wǎng)將備份數(shù)據(jù)傳至主機系統(tǒng)，可在短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)切換，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生硬件等故障時，系統(tǒng)前端采集器可支持?jǐn)?shù)據(jù) 30d 的存儲時間，待恢復(fù)正常后進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳。數(shù)據(jù)采集設(shè)備具備良好的自恢復(fù)能力，出現(xiàn)異常時，可以自動重連，恢復(fù)通信能力，還可以根據(jù)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程系統(tǒng)修改和升級。在整條采集數(shù)據(jù)鏈傳輸采用加密的私有協(xié)議，在沒有密鑰的情況下，無法解析出原始數(shù)據(jù)，可有效保障數(shù)據(jù)從計量設(shè)備到采集器之間的傳輸。平臺提供完善的權(quán)限管理和驗證功能，嚴(yán)格定義不同 級別用戶的頁面權(quán)限、數(shù)據(jù)權(quán)限和操作權(quán)限，確保不同角色用戶登錄系統(tǒng)后僅能查看和操作已授權(quán)的界面和數(shù)據(jù)，保證平臺數(shù)據(jù)的性。

能耗預(yù)測分析

機場的能耗預(yù)測分析與天氣、旅客量、航班數(shù)等因素的關(guān)聯(lián)性較大，且與時間呈周期性相關(guān)。因此，能源管理系統(tǒng)可根據(jù)歷史能耗數(shù)據(jù)，結(jié)合未來一段時間的天氣情況、航班數(shù)等數(shù)據(jù)預(yù)測未來能耗，幫助機場管理人員進(jìn)行能源調(diào)度，合理規(guī)劃安排照明、空調(diào)等設(shè)備的啟停使用。另外，能耗預(yù)測及趨勢分析技術(shù)還可幫助機場財務(wù)人員完成年度用能費用預(yù)算。

9、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(shù)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?xì)狻⒄羝皦嚎s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(shè)備等的能源利用情況等進(jìn)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(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

10、應(yīng)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(xué)校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等離散制造業(yè)。

11、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(wù)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(quán)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(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)場設(shè)備層：主要是連接于網(wǎng)絡(luò)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(fù)著采集數(shù)據(jù)的重任，這些設(shè)備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡(luò)電力儀表、溫濕度控制器、開關(guān)量監(jiān)測模塊以及合格供應(yīng)商的水表、氣表、冷熱量表等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，一般應(yīng)用服務(wù)器和WEB服務(wù)器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

12、系統(tǒng)功能

平臺采用自動化、信息化技術(shù)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)。

12.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

12.2大屏展示

用戶登錄成功之后進(jìn)入大屏展示頁面，展示企業(yè)及各區(qū)域的能耗折標(biāo)、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(guān)信息。

12.3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)。

12.4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(jìn)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(fù)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(jìn)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(luò)圖、能源計量網(wǎng)絡(luò)圖等功能。

能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進(jìn)行實時展示；當(dāng)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(shè)備的當(dāng)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(shè)備的不同的能耗參數(shù)；

檢測：對能源報警信息進(jìn)行集中顯示，可以對報警閾值信息進(jìn)行相關(guān)處理操作，可以對報警參數(shù)進(jìn)行在線設(shè)置，當(dāng)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；

12.5視頻監(jiān)控

接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內(nèi)實際情況。

12.6變壓器監(jiān)控

展示各電壓器的負(fù)載情況，從而可以為變壓器配備情況進(jìn)行科學(xué)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(fù)載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

12.7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。

12.8能源中控

將所有有關(guān)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(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

12.9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(shè)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(biāo)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。

12.10成本分析

統(tǒng)計各個監(jiān)測節(jié)點（工廠、車間）的當(dāng)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。

12.11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(jìn)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(biāo)對標(biāo)，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。

12.12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(shè)備等進(jìn)行日、周、月、年、指定時段績效統(tǒng)計按照能源計劃或定額制定的績效指標(biāo)進(jìn)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。

12.13運行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測設(shè)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。可直接從動態(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(guān)能源用量。

審核編輯 黃宇