张继冬
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要： 本文深入探讨了能耗监测系统在煤矿行业的应用。阐述了能耗监测系统的组成与工作原理，分析了其在煤矿行业应用的重要性和必要性。详细介绍了该系统在煤矿生产各个环节中的具体应用，包括提升系统、通风系统、排水系统等，并通过实际案例展示了其显著的节能效果。同时，也指出了目前应用中存在的问题，并对未来的发展趋势进行了展望。
一、引言
煤炭作为我国的主要能源之一，在国民经济中占据着重要地位。然而，煤矿行业一直以来都是高能耗行业，能源消耗量大且效率不高。随着能源短缺问题的日益严峻和环保要求的不断提高，如何降低煤矿行业的能耗，提高能源利用效率，成为了亟待解决的问题。能耗监测系统作为一种有效的节能管理工具，在煤矿行业中的应用越来越受到关注。
二、能耗监测系统的组成与工作原理
（一）组成
能耗监测系统主要由传感器、数据采集器、通信网络和监控软件等部分组成。传感器用于采集各种能耗数据，如电量、水量、气量等；数据采集器将传感器采集到的数据进行处理和存储，并通过通信网络将数据传输到监控中心；监控软件对接收的数据进行分析、处理和展示，为用户提供能耗监测和管理的平台。
（二）工作原理
传感器实时监测煤矿生产过程中的各种能耗参数，并将数据传输给数据采集器。数据采集器对数据进行处理和存储后，通过通信网络将数据发送到监控中心的服务器。监控软件对服务器中的数据进行分析和处理，生成各种报表和图表，用户可以通过客户端软件随时查看能耗情况，及时发现能源浪费问题，并采取相应的节能措施。
三、能耗监测系统在煤矿行业应用的重要性和必要性
（一）重要性
（二）必要性
四、系统设计原则
系统采用分散采集、综合监控、集中管理的模式。系统设计遵循可靠性、先进性、兼容性、规范性、经济性、可扩展性等原则。能耗数据采集原则为：各类能源总关口，即一级用能单位必须配置。-在能耗统计分析中具有重要意义的用能单位或设备。在数据接口开放的情况下，计量数据尽量从现有系统中采集，降低投资成本[4]。
（一）系统网络架构
能耗在线监测管理系统监测点分布在矿区范围内不同地点，分布范围广且分散。基于以上特点系统网络结构采用分布式结构，以光纤环网为骨干网（部分使用现有4G网络）、星型电气连接各个子系统，系统通过现场总线或I/O方式连接检测设备。系统采用B/S（浏览器/服务器）模式。管理层应用服务器通过以太网交换机与数据库服务器连接，通过与信息管理系统网络的联网，支持和股份公司能耗平台、省市监管平台，矿区综合管控平台无缝对接，支持远程客户浏览访问。系统管理层根据矿测能耗监测和管理需要，分别实现能源数据采集、存储、分析、计算，提供能耗统计、能耗预警、同比/环比分析、能流图、能源看板、能源报表等业务功能模块，另外，还有系统管理、信息设置、能源系统建模等系统功能模块的开发，同时实现同股份公司平台以及省平台的无缝对接。3（二）系统软件架构及功能
能耗在线监测管理子系统从全矿组织架构、各生产环节、重点能耗设备角度、分别进行能源数据采集、存储、分析、计算，为管理人员提供能耗统计、能耗预警、同比/环比分析、能耗分析、对标分析、能流图、能源看板、能源报表等业务功能模块，另外，还有系统管理、信息设置、能源系统建模等系统功能模块。边缘数据采集层：主要完成各类能耗数据和有效产出数据采集。边缘采集器向下需要支持常见的工业通信接口和协议，向上需要支持云平台数据通信协议[5]。数据平台层：主要负责数据存储、分类、计算等。业务应用层：主要完成各种能源信息的统计、分析，包括能耗统计、能耗分析、能耗预警、对标分析、综合报表管理、数据查询等。
五、系统主要功能
（一）信息管理层主要功能如下
计划调度。实现生产计划、设备及备件计划管理。提供与陕煤股份层系统的接口，实现系统对接。能效管理。满足企业需求，实现能效管理。设备管理。满足企业需求，实现设备管理。主要包括生产设备及计量设备基础信息、运行信息、操作记录、预警、故障等管理。
动力指标管理。主要包括动力控制指标的管理。综合报表管理。可以根据企业需求，自动生成所需的报表，也可根据自身需求定制页面和编辑报表。报表主要包括能源动力相关的各类制式报表，包括各类生产及消耗报表等。综合管理。主要包括平面管理、流程管理、制度管理、资料管理、用户管理、权限管理、交接班管理、生产管理、帮助管理等。
WEB发布。实现能源管理的信息共享。
（二）集中监控层主要功能如下：
动态图形监控：设置动态工艺流程画面及单台主机流程画面，图形动画显示，实时显示各工位号参数及设备运行状态，对于涉及面比较广的子系统，可以设置多个画面。实时数据监控：在工艺流程画面显示数据的基础上，实现栅格形式汇总实时显示各工艺参数，设备状态，栅格底色应根据所显示数据的归属分类不同而加以区别，做到一目了然，以便于操作人员集中监视系统状态。远程操作：对所有设备进行远程遥控操作，通过鼠标实现对现场设备（启/停）、电动阀（开/闭）进行操作，根据权限设密码保护。预警及报警功能：有关参数超限报警及设备故障报警，发出声光提示，可实时指令打印，有中文提示并自动记录。报警根据紧要程度、事故等级区别对待，通过不同的报警提示音和颜色加以区别。并设立维修模式，保障在维修、检测状态下，可以关闭自动报警功能。实时趋势图：实时显示各工艺参数的变化趋势，如流量、温度、压力、电流、频率等，有助运行操作人员和管理人员实时掌握生产工艺参数变化情况；报表：设班报、日报、月报、年报，分别按分类报表及汇总报表并实时打印，报表设置可根据需求进行调整功能，可根据实际需要和临时变动，随时对报表数据的筛选和计算公式、函数参量进行调整。数据采集、储存、记录和发布：系统具有各种工艺参数、设备状态、计量数据的采集、储存、记录功能。各种信息按照不同功能要求分别写入实时历史数据库或管理数据库，供能源管理系统软件使用。系统监控画面和相关信息可以通过WEB方式发布，以便于管理人员通过网络访问和远程浏览。系统管理：统一管理操作人员、维护工程师、能源管理人员等相关人员的安全操作权限，以保证本系统的安全保密性，防止非法用户对生产控制和重要数据的侵害；能源管理系统通过开放的以太网OPC标准接口实现与其它管理系统的集成。
六、平台介绍
（一）安科瑞企业能源管控系统概述
安科瑞企业能源管控系统采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、工艺、车间、产线、班组、重大能耗设备等的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、碳排分析，为企业加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。
（二）应用场所
钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、造纸、化工、物流、食品、水厂、电厂、供热站、轨道交通、航空工业、木材、工业园区、医院、学校、酒店、写字楼以及汽车制造、机电设备、电器产品、工器具制造等离散制造业。
（三）系统结构
现场通过厂区局域网和平台通讯，平台搭建在客户自己配置的服务器上。搭建完成之后，客户可以在任意能与局域网联通的地方，通过有权限的账号登陆网页以及手机APP查看各处的运行情况。
系统可分为三层：即现场设备层、网络通讯层和平台管理层。
现场设备层：主要是连接于网络中用于水、电、气等参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电、耗水、耗气系统必要的基本组成元素。肩负着采集数据的重任，这些设备可为本公司各系列带通讯网络电力仪表、温湿度控制器、开关量监测模块以及合格供应商的水表、气表、冷热量表等。
网络通讯层：包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器，智能网关可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。
平台管理层：包含应用服务器、WEB服务器和数据服务器，一般应用服务器和WEB服务器可以合一配置。
平台采用分层分布式结构进行设计，详细拓扑结构如下：
（四）工业企业能耗监测系统功能
平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理。实时监测企业各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业加强能源管理，提高能源利用效率和节能潜力，为节能改造提供数据依据。
（1）平台登录
在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。
（2）大屏展示
用户登录成功之后进入大屏展示页面，展示企业及各区域的能耗折标、产值、异常、排名、占比、通讯情况，点击区域展示该区域的分类能耗、产值等相关信息。
（3）首页
首页展示峰谷平用电、变压器情况、年能耗趋势、单耗趋势、分类能耗等企业级统计数据。
（4）数据监控
对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况，同时能更快的掌握点位的报警，并为企业削峰填谷、调整负载等技改措施提供数据支撑。
能源实时监控：对于水、电、气等能源消耗进行实时监测，确保用能环节的持续稳定运行，显示配电图、能流图、能源平衡网络图、能源计量网络图等功能。
能流图：需要在能流图上对水、电、气的消耗情况进行实时展示；当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，同时支持APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗报警提示等；
配电图：将配电房真实情况画入配电图，实时展示接入的门禁、水浸、电水气等仪表的实时参数、门禁水浸状态及能耗数据。
实时统计：实时统计工厂、车间、工序、设备的当年、季度、月、周、日、班次等能耗值；
数据展示：通过实时曲线和历史曲线展示不同区域、不同设备的不同的能耗参数；
检测：对能源报警信息进行集中显示，可以对报警阈值信息进行相关处理操作，可以对报警参数进行在线设置，当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，具备APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗等报警提示；
（5）视频监控
接入摄像头，实时掌控企业内实际情况。
（6）变压器监控
展示各电压器的负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析，找出更好的运行模式。根据运行模式调整负载，从而降低用电单耗，使电能损失降低。
（7）仪表实时监控
展示各个水电气仪表的实时参数变化，以曲线图的方式展示。
（8）基础数据管理
对系统的项目、探测器、设备型号、电参量、节点、能源、公示、及相关参数进行配置、修改、删除等管理、进行用户添加和授权管理、合同管理。
（9）手机APP
APP支持Android、iOS操作系统，方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、产线比对、效率分析、同环比分析、能耗折标、事件记录、运行监视、异常报警、配电图、工艺流程图、能流图。
（10）知识产权证书
（五）系统硬件配置
七、结论
能耗监测系统在煤矿行业的应用具有重要的现实意义。通过对煤矿生产过程中的能耗进行实时监测和分析，可以及时发现能源浪费问题，采取相应的节能措施，提高能源利用效率，降低生产成本，保障安全生产，满足环保要求。虽然目前能耗监测系统在应用中还存在一些问题，但随着技术的不断进步和管理水平的不断提高，这些问题将逐步得到解决。未来，能耗监测系统将向智能化、集成化、网络化和标准化方向发展，为煤矿行业的可持续发展提供更加有力的支持。
参考文献
[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会.煤矿主要工序能耗等级和限值
[2]江苏省市场监督管理局.工业企业能耗大数据采集质量评价规程
[3]弗雷德里克·马古尔斯.建筑能耗分析中的数据挖掘与机器学习
[4]朱守先.内蒙古能源双控与双炭目标协同效应研究.
[5]唐世伟,田枫,盖璇,李学贵.大数据采集与预处理技术
[6]廖大强.数据采集技术
[7］安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版。
[8］陕西煤业股份有限公司陈永光、邢涵、王鹏
作者介绍：
张继冬，男，本科，手机18717707094;