CN102736590B - 一种远程能效诊断系统 - Google Patents
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Abstract
一种远程能效诊断的方法和诊断系统，其包括一能源监测终端、一能源数据采集模块、一能源统计分析模块、一能源损耗诊断模块、一能源决策支持模块。该能源监测终端用于对企业现场的各类能源数据进行采集和监测；该能源数据采集模块用于将能源数据传输到主站系统；该能源统计分析模块用于对各类能源基础数据进行统计和分析；该能源损耗诊断模块用于对能源损耗进行分析和诊断；该能源决策支持模块用于生成能源改造和节能策略的辅助决策。本发明还提供一种上述对能源进行安全、可靠的远程诊断的方法。
Description
技术领域
本发明涉及企业能源及企业能源监测，尤其是远程能效诊断系统。
背景技术
最近几年，我国的经济快速增长的同时，也伴随着产生了能源紧张和环境恶化的问题。同时，几乎所有的工业企业都面临巨大的能源开支，各类能源的价格也居高不下，节约能源、减少排放已称为包括各类企业在内的全社会的共识。
根据统计，工业企业每年有15％以上的能源损耗是由于没有进行科学的能耗监控而形成的。建立科学、高效的能源监控和远程诊断系统，是减低能源损耗，提高能源利用效率，减少二氧化碳排放的有效途径。
远程能效诊断系统，通过远程传输手段，对重点耗能客户主要用能设备的能耗数据进行采集和实时检测，并将采集的数据与设定的阀值或是同类客户数据进行比对，分析客户能耗情况，通过能效智能诊断，自动编制能效诊断报告，为客户节能改造提供参考和建议，为能效项目实施效果提供验证。实现能效市场潜力分析、客户能效项目在线预评估及能效信息发布和交流等。
概括来讲，远程能效诊断系统的作用，就是试图帮工业企业解决以下几个问题：企业巨大的能源消耗，具体消耗在什么环节？企业的节能潜力有多大？节能的关键点在哪里？企业适合采用哪些节能设备和节能措施？企业如何制定和实时节能计划？企业采取节能措施的投资回报率有多少？如何决定是否该采用某种节能措施？
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种远程能效诊断系统，解决需要对企业能效进行远程监测和诊断，同时解决企业的能耗设备种类繁多，分布复杂，各类能效管理系统效率较低、分析不全面等问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种远程能效诊断系统，包括：
能源监测终端，用于对企业现场的各类能源数据进行采集和监测；
能源数据采集模块，用于将能源数据传输到主站系统；
能源统计分析模块，用于对各类能源基础数据进行统计和分析；
能源损耗诊断模块，用于对能源损耗进行分析和诊断；
能源决策支持模块，用于生成能源改造和节能策略的辅助决策；
在企业能源消耗的现场安装能源计量设备，对各类能源进行实时计量；
在计量设备较集中的地方安装能源监测终端，收集能源计量设备的数据；
在企业生产线集中的区域，对多个能源监测终端进行级联和汇总，将能源消耗数据进行局部汇总；
在企业范围内，通过光纤、网络方式，将所有能源监测终端的数据采集到企业内部的小型主站；
在整个区域范围内，通过无线网络把所有企业的数据采集到系统主站，进行统一的分析和诊断；
远程能效诊断系统在通讯通道上，跨越三大网络，即无线网络、有线网和电力网，将三者紧密联系，同时又各有分工；在数据传输指令从主站系统传出时，信号为局域网的方式；在进入能源监控终端后，信号在RS485、M_BUS、ZigBee通道上传输；系统在信号传输的可靠性、安全性上做了特别的处理，包括自动选择最优的通道、对信号报文进行加密、对使用者身份进行严格认证、对通讯报文进行CRC校验；
能源监测终端采用arm和linux嵌入式系统，就地通过RS485/M_BUS/小无线对电表、气表、水表、流量计定时或实时招测电、气、水、油、煤能源数据；
能源数据采集模块采用数据指令，以密文的方式，安全可靠的传输给能源监测终端，通过专用通道上报给能源统计分析模块，能源统计分析模块把所有能源按照设备进行分类，每隔一定的间隔统计设备的能源消耗；在统计能源消耗的同时，能源统计分析模块对能源的质量进行实时考核，及时发现能源质量不合格的情况；
能源统计分析模块将所有设备的能源数据传递给能源损耗诊断模块，能源损耗诊断模块计算能源在采购、存储、转化、加工、使用、消耗、回收过程中的情况，计算每个环节的损耗量，并按照设备、生产线、车间、企业方式进行分类统计和排序，进行历史同比分析；能源决策支持模块结合整个系统的能源数据，结合企业的生产特点、历史同期的能源使用情况、同行业的能源消耗平均值、能源使用的理论计算值，得到综合的能源决策报告，对企业的能源政策提供辅助决策；
采用企业级的基于J2EE构架基础的数据采集和数据服务发布构架，该系统能支持高强度的数据并发传输和数据服务，支持海量数据查询，具有极高的实用性。
作为改进，所述能源监测终端包括：电力能源监测模块，用于对电力能源进行采集和监测；流体能源监测模块，用于对液体和气体能源进行采集和监测；固体能源监测模块，用于对固体能源进行采集和监测。
作为改进，所述能源数据采集模块适应各种不同的物理通道，包括载波通道、光纤、有线局域网、无线网络、手机3G网络、互联网。
作为改进，所述能源监测终端适应多种物理通道，包括RS485线、室内小无线、ZigBee。
作为改进，主站系统显示整个区域能源消耗的分布图、拓扑图及各生产现场的接线图、设备状态、曲线、报表；主站系统实时产生能源计量设备的运行状态，包括回路的实时电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、电度测量遥测数据。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
本发明远程能源诊断系统提供了一种高效、易用、可靠的远程能源诊断手段，提高能源利用效率，精确掌握每个设备的能耗情况，对企业能源使用进行精细化管理；本系统可使企业的能源管理更加精细，同时又可提高高耗能企业的经济效益，减少能源损耗；本系统和方法又有利于社会的节能减排。
附图说明
图1是本发明远程能源诊断系统的功能模块图；
图2是本发明远程能源诊断方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
在本发明实施例中，远程能效诊断系统通过远程传输手段，对重点耗能客户主要用能设备的能耗数据进行采集和实时检测，并将采集的数据与设定的阀值或是同类客户数据进行比对，分析客户能耗情况，通过能效智能诊断，自动编制能效诊断报告，为客户节能改造提供参考和建议，为能效项目实施效果提供验证。实现能效市场潜力分析、客户能效项目在线预评估及能效信息发布和交流等。
如图1所示，该远程能源诊断系统包括一能源监测终端10、一能源数据采集模块11、一能源统计分析模块12、一能源损耗诊断模块13、一能源决策支持模块14。
在企业能源消耗的现场安装能源计量设备，对各类能源进行实时计量。
在计量设备较集中的地方安装能源监测终端10，收集能源计量设备的数据。
在企业生产线集中的区域，对多个能源监测终端进行级联和汇总，将能源消耗数据进行局部汇总；
在企业范围内，通过光纤、网络方式，将所有能源监测终端10的数据采集到企业内部的小型主站；
在整个区域范围内，通过无线网络把所有企业的数据采集到系统主站，进行统一的分析和诊断。
主站系统显示整个区域能源消耗的分布图、拓扑图及各生产现场的接线图、设备状态、曲线、报表；主站系统实时产生能源计量设备的运行状态，包括回路的实时电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、电度测量遥测数据。
所述能源监测终端10包括：电力能源监测模块101，用于对电力能源进行采集和监测；流体能源监测模块102，用于对液体和气体能源进行采集和监测；固体能源监测模块103，用于对固体能源进行采集和监测。
能源监测终端10适应多种物理通道，包括RS485线、室内小无线、ZigBee。能源监测终端10采用arm和linux嵌入式系统，可以就地通过RS485/M_BUS/小无线对电表、气表、水表、流量计等定时或实时招测电、气、水、油、煤等能源数据。通过数据传输通道，与主站系统进行通讯，将数据上传到主站系统。除了接受主站的即时数据召测或历史数据召测，还可以接受并处理参数设置等命令。终端有计时单元可被主站校时，计时单元的日计时误差≤±1s/d,每天只允许被主站校时1次。
能源数据采集模块11适应各种不同的物理通道，包括载波通道、光纤、有线局域网、无线网络、手机3G网络、互联网。能源数据采集模块11采用数据指令指令，以密文的方式，安全可靠的传输给能源监测终端10，通过专用通道上报给能源统计分析模块12。能源统计分析模块把所有能源按照设备进行分类，每隔一定的间隔统计设备的能源消耗。在统计能源消耗的同时，该模块对能源的质量进行实时考核，及时发现能源质量不合格的情况。所监测的能源质量包括电能质量、功率因数、谐波含量、煤炭纯度、燃气压力、燃油密度等等。
能源统计分析模块12将所有设备的能源数据传递给能源损耗诊断模块13。该能源损耗诊断模块计算能源在采购、存储、转化、加工、使用、消耗、回收等过程中的情况，计算每个环节的损耗量。该能源决策支持模块14结合整个系统的能源数据，结合企业的生产特点、历史同期的能源使用情况、同行业的能源消耗平均值、能源使用的理论计算值等，得到综合的能源决策报告，对企业的能源政策提供辅助决策。
如图1、2所示，远程能效诊断系统的控制方法包括如下步骤：
步骤S101，采集能源基础数据；
在此步骤中，根据预先设置的规则，系统向能源计量设备发送采集指令，计量设备将当前的能源数据返回给系统。系统对能源基础数据进行存储，以供统计分析使用。
系统支持多种方式进行数据采集，包括各种有线或无线网络，连接到能源监控终端，将控制指令以密文的方式进行发送。发送指令时，可以采用各类通道，包括光纤、拨号、载波、2G无线网络、3G无线网络等。在这些网络的上层，集中控制模块建立socket连接，采用http协议进行传输，保证传输方式的可靠性和易维护性。
远程能源诊断系统在通讯通道上，跨越三大网络，即无线网络、有线网和电力网，将三者紧密联系，同时又各有分工。在数据传输指令从主站系统传出时，信号为局域网的方式；在进入能源监控终端后，信号在RS485、M_BUS、ZigBee等通道上传输。正因为如此，系统在信号传输的可靠性、安全性上做了特别的处理，包括自动选择最优的通道、对信号报文进行加密、对使用者身份进行严格认证、对通讯报文进行CRC校验等，从而保证控制信号能准确、安全的传输，避免信号丢失、误传，避免非法用户的使用。
步骤S102，分类统计设备能耗；
在此步骤中，该主站系统对企业内的用能设备，根据自动采集的设备读数计算出不同时间段的能源用量，绘制出用能曲线。对不同的用能时期，进行用能量和用能曲线的对比。例如，系统可绘制出一条生产线的本月用能曲线、上月用能曲线、去年同期用能曲线等，运营人员可直观的比较该生产线在不同时期的用能情况。
对企业内的多个同类用能设备，系统根据自动采集的计量读数计算出设备的用能量，绘制出用能曲线。对多个设备的用能曲线，进行同期对比，以便对设备的能耗情况进行直观的比较。例如，系统对企业内部的两条同类生产线绘出同期的用能曲线，运营人员可直观的比较生产线的能耗情况，以便及时评估节能效果，制定节能措施。
步骤S103，综合分析企业能耗；
在此步骤中，系统根据采集到的能耗数据，结合企业同期的产品产量，可计算出单位产量的能耗情况。例如每吨钢铁的用能量、每吨水泥的用能量等等。在企业用能环境不变的情况下，企业生产的产品数量和为生产产品而消耗的能源数量成正比。因此，分析企业的单位产量能耗，能直观的反映出企业的能源利用效率、能源节约成效等。对单位产量的能耗，可以进行历史同期比较，以直观的反映企业节能减排成效；也可以同类生产线、同类生产设备比较，以直观的反映企业各种成产设备的能源利用效率。
各类企业的产品种类不同、性质不同，单位数量的产品对应的GDP大小也不同。因此，分析单位GDP的能耗情况，可反映企业在生产过程中，将能源转化为社会财富的效率。系统根据单位产量能耗和产品的类别，对企业或生产线的单位GDP能耗进行统计和分析，为制定节能措施和制定产品调整政策提供依据。
步骤S104，统计能源损耗；
在此步骤中，系统对能源在采购、存储、转化、加工、使用、消耗、回收等过程中的损失量进行自动计算，并按照设备、生产线、车间、企业等方式进行分类统计和排序，进行历史同比分析。同时，电力在传输、变压等过程中，都会产生一定的损耗，监控和分析电力损耗，可以分析损耗的形成比例，有助于及时发现损耗异常、找到降低损耗的突破口。系统根据采集到的原始数据，定期分析能源损耗情况，形成能源损耗统计报表。
步骤S105，诊断节能潜力；
系统根据自动采集的数据，以及人工录入和其他方式收集的企业能耗数据，结合企业的产品类型、单位GDP能耗等，将能耗数据和历史同期比较，和行业权威数据比较，进行综合的能效分析，生成能效诊断报告，为客户提高能源利用效率、制定节能减排措施提供科学决策的依据。
步骤S106，形成节能决策；
在此步骤中，系统综合各类原始数据和统计结果，自动统计出多种节能措施的经济效益。同时，系统将可根据各类基础数据，生成能源统计分析报表，供有关人员分析和决策。根据国家统计局的能源统计标准，系统提供以下几类能源统计报表：能源生产、销售、库存统计表；能源消费、库存统计表；能源加工转换统计表；能源平衡统计表；能源经济效益统计表等。
本发明在系统构架(采用J2EE数据服务技术)与网络组织方式上具有一定的前瞻性，通信手段上无线通信网络和有线通信网络的结合，以保证系统的先进性和投资的有效性。
数据的并发传输是一般的网络应用系统的一大瓶颈，由于在实际应用中一个大的系统有数目巨大的能源计量设备，保证高传输成功率的前提是解决并发传输的通信阻塞。本发明采用企业级的基于J2EE构架基础的数据采集和数据服务发布软件构架，该系统能支持高强度的数据并发传输和数据服务，支持海量数据查询，具有极高的实用性。
本发明远程能源诊断系统利用先进的通信技术、计算机及网络技术，为各类工业企业、高耗能企业提供了一个切实可行的远程能源诊断解决方案。它可以充分利用各类通讯介质，使管理者可以随时随地的掌握每个耗能设备的用能情况和每个耗能设备的节能潜力等信息。
由上述可知，本发明基于网络、光纤、小无线、ZigBee等通信方式来传递数据；并基于J2EE构架的数据服务，解决并发传输瓶颈问题，提供强大的基于J2EE的WebDataService的数据服务和数据验证。采用本发明，可使远程能源诊断系统的运营成本极大的降低，可靠性和安全性得到极大的提高，使系统真正具有实用性，提高企业能源管理的自动化水平，促进企业节能和全社会节能减排的良性发展。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种远程能效诊断系统，其特征在于，包括：
能源监测终端，用于对企业现场的各类能源数据进行采集和监测；
能源数据采集模块，用于将能源数据传输到主站系统；
能源统计分析模块，用于对各类能源基础数据进行统计和分析；
能源损耗诊断模块，用于对能源损耗进行分析和诊断；
能源决策支持模块，用于生成能源改造和节能策略的辅助决策；
在企业能源消耗的现场安装能源计量设备，对各类能源进行实时计量；
在计量设备较集中的地方安装能源监测终端，收集能源计量设备的数据；
在企业生产线集中的区域，对多个能源监测终端进行级联和汇总，将能源消耗数据进行局部汇总；
在企业范围内，通过光纤、网络方式，将所有能源监测终端的数据采集到企业内部的小型主站；
在整个区域范围内，通过无线网络把所有企业的数据采集到系统主站，进行统一的分析和诊断；
远程能效诊断系统在通讯通道上，跨越三大网络，即无线网络、有线网和电力网，将三者紧密联系，同时又各有分工；在数据传输指令从主站系统传出时，信号为局域网的方式；在进入能源监控终端后，信号在RS485、M_BUS、Zi gBee通道上传输；系统在信号传输的可靠性、安全性上做了特别的处理，包括自动选择最优的通道、对信号报文进行加密、对使用者身份进行严格认证、对通讯报文进行CRC校验；
能源监测终端采用arm和l i nux嵌入式系统，就地通过RS485/M_BUS/小无线对电表、气表、水表、流量计定时或实时招测电、气、水、油、煤能源数据；
能源数据采集模块采用数据指令，以密文的方式，安全可靠的传输给能源监测终端，通过专用通道上报给能源统计分析模块，能源统计分析模块把所有能源按照设备进行分类，每隔一定的间隔统计设备的能源消耗；在统计能源消耗的同时，能源统计分析模块对能源的质量进行实时考核，及时发现能源质量不合格的情况；
能源统计分析模块将所有设备的能源数据传递给能源损耗诊断模块，能源损耗诊断模块计算能源在采购、存储、转化、加工、使用、消耗、回收过程中的情况，计算每个环节的损耗量，并按照设备、生产线、车间、企业方式进行分类统计和排序，进行历史同比分析；能源决策支持模块结合整个系统的能源数据，结合企业的生产特点、历史同期的能源使用情况、同行业的能源消耗平均值、能源使用的理论计算值，得到综合的能源决策报告，对企业的能源政策提供辅助决策；
采用企业级的基于J2EE构架基础的数据采集和数据服务发布构架，该系统能支持高强度的数据并发传输和数据服务，支持海量数据查询，具有极高的实用性。
2.根据权利要求1所述的一种远程能效诊断系统，其特征在于：所述能源监测终端包括：电力能源监测模块，用于对电力能源进行采集和监测；流体能源监测模块，用于对液体和气体能源进行采集和监测；固体能源监测模块，用于对固体能源进行采集和监测。
3.根据权利要求1所述的一种远程能效诊断系统，其特征在于：所述能源数据采集模块适应各种不同的物理通道，包括载波通道、光纤、有线局域网、无线网络、手机3G网络、互联网。
4.根据权利要求1所述的一种远程能效诊断系统，其特征在于：所述能源监测终端适应多种物理通道，包括RS485线、室内小无线、Zi gBee。
5.根据权利要求1所述的一种远程能效诊断系统，其特征在于：主站系统显示整个区域能源消耗的分布图、拓扑图及各生产现场的接线图、设备状态、曲线、报表；主站系统实时产生能源计量设备的运行状态，包括回路的实时电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、电度测量遥测数据。
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