CN107479479A - 一种基于能量守恒的能源平衡网络监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于能量守恒的能源平衡网络监测系统，包括分别与能源数据计算模块连接的数据采集、能源网络设置及能源监测输出模块，数据采集模块用于采集各用能节点的能源数据并将采集的数据转换为统一的协议标准；能源网络设置模块用于根据实际用能工艺调整系统中基于行业标准的能源网络图及能源计算公式；能源数据计算模块用于根据能源网络设置模块所设置的能源网络图及基于能量守恒的能源计算公式来计算数据采集模块采集的数据形成能源监测数据并依附于能源网络图；能源监测输出模块用于在能源网络设置模块的能源网络图中显示或输出监测分析模块所计算形成的能源监测数据。本发明具有智能化、自适应、易扩展、能量守恒、监测效果好的特点。
Description
技术领域
本发明属于能源管理技术领域，具体涉及一种智能化、自适应、易扩展、能量守恒、监测效果好的基于能量守恒的能源平衡网络监测系统。
背景技术
工业企业是我国最主要的耗能行业，能源管理是一个系统性、综合性很强的工作，而企业作为生产的直接承担者和主要的能源消费者，具有巨大的节能潜力。虽然我国已初步建立了能源管理体系标准，但在实际执行过程中，由于人员专业化水平、投入成本等限制使得目前能源管理中存在分析功能杂乱、梳理缺乏、各功能单元间彼此独立、联系疏松，整体监测分析和管理决策之间缺乏闭环反馈，分析数据和管理效率低下等不足。如只有总体的能耗数据，对各类设备能耗数据部了解，缺乏有效的能源管理机制；或虽然有各设备环节的数据，但缺乏数据管理和能效分析，大部分仍然进行人工抄表，并对数据进行汇总、制表，有简单的抄表和能耗监测系统，但是缺乏海量数据进行统计、整理和分析，对节能降耗的管理决策意义不大。能源系统是信息技术与自动化复杂集成。对于企业能源系统的流向、回收、加工转换、外供、存储、使用等环节完全受企业工艺生产布局、工艺流程影响。
目前，现有工业企业的能源管理系统建设都是根据企业实际生产状态进行仪表改造、网络建设、能源管理系统软件开发等一体化定制建设开发，带来的主要问题有：
1、系统建设成本高、周期长。因为这类项目涉及到仪表加装、改造、网络建设等内容，各仪器与设备与整体系统通过定制化、专有化的方式连接，各企业能源系统都需要重新开发，而这些建设、开发、连接都受企业生产、检修等管理影响，因此周期特别长，耗费的人力、设备、系统开发等费用也相当高。
2、系统扩展困难。一般企业在系统建设好后发生工艺改造、新增计量装置等，对于能源管理系统需要进行大量开发，因为这类系统都是根据企业实际状况把能源监测、能源统计等计算方法写在数据库或者程序中，并根据各计量仪器进行特殊节口开发并单独与管理系统连接，无法随着企业工艺变化、生产调整、客户对象变化而发生变化，需要对系统进行大量修改、甚至重新开发。
3、能源管理系统自适应性差。企业在使用这些系统过程中，如果管理调整，能源折算、统计报表等发生变化与调整时，须由项目建设方来进行调整及软件的迭代，完全受制于项目建设方的维护与升级，不仅时间长，而且成本高。
4、能耗损失难以科学监测。企业能源监测过程中，由于计量误差和管损等原因导致的各能源介质产出与消耗之间的不平衡，一般系统仅作系数修正，在使用过程中难以有效自动适应发展调整带来的变化，对于能源的跑冒滴漏难以及时有效的做出报警，监测数据会造成失实。
开发一种可自适应、智能化的通用能源监测系统，以标准化节口为基础，针对不同的企业，只需要按照企业的特殊能流工艺等基本信息初步配置后，就可以满足企业建立高效的能源监测管理系统需求，以对企业各类耗能设备能耗数据进行实时监测，对采集数据进行统计和分析，从而发现能源使用规律和能源浪费情况以便及时做出科学决策，确定合理的能耗经济指标及绩效考核指标，对于提高企业节能降耗是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能化、自适应、易扩展、能量守恒、监测效果好的基于能量守恒的能源平衡网络监测系统。
本发明的目的是这样实现的：包括数据采集模块、能源网络设置模块、能源数据计算模块、能源监测输出模块，所述数据采集模块、能源网络设置模块及能源监测输出模块分别与能源数据计算模块连接，
所述数据采集模块用于通过统一的数据接口根据预设的程序对企业能源数据进行自动采集并将采集的数据转换为统一的协议标准；
所述能源网络设置模块用于根据实际用能工艺调整系统中基于行业标准的能源网络图及基于能量守恒的能源计算公式；
能源数据计算模块用于根据能源网络设置模块所设置的能源网络图及基于能量守恒的能源计算公式来计算数据采集模块采集的数据形成能源消耗量及损失量数据并依附于能源网络图；
所述能源监测输出模块用于在能源网络设置模块中设置的能源网络图中显示或输出监测分析模块所计算形成的能源监测数据。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明通过数据采集模块采用标准接口根据预设的程序对企业能源数据进行自动采集并转换为统一的协议标准，因此本发明可快速与现场数据采集装置或第三方自动化系统连接，后期也可以根据需要自由扩展符合标准接口的不同或相同的数据采集装置，使得整体建设成本低、周期短、扩展性好；
2、本发明通过内置不同的基于行业标准用能工艺的能源网络监测图及基于能量守恒的能源计算公式，不同行业企业在部署时或已部署企业在扩展时仅需对系统中的能流关系进行修改配置，而不用修改系统代码，即满足项目个性化要求与企业未来发展的需要，自适应能力较强；
3、本发明通过数据计算模块按能源网络监测图统筹多维分析数据采集模块采集并转换为同一标准的各项数据，从而及时对能耗形成科学的分析结果，通过能源监测输出模块按能源网络监测图的形式实时提供给管理人员作为决策依据，达到提高企业节能降耗的目的。
4、本发明对于计量误差和管损等原因导致的各能源介质产出与消耗之间的不平衡，采用能源网络平衡分摊算法来分摊产耗间的差异，从而能够自动适应不同类型企业及部署后发展调整带来的变化，对于能源的跑冒滴漏能够及时有效的做出报警，监测数据准确可靠。
因此，本发明具有智能化、自适应、易扩展、能量守恒、监测效果好的特点。
附图说明
图1为本发明之原理框图；
图2为本发明之能源网络设置模块原理示意图；
图3为本发明之能源网络设置模块用能节点设置流程；
图4为本发明之用能单元能流模型；
图5为本发明之水泥生产用能节点之能源网络监测图示例；
图中：1-数据采集模块，2-能源网络设置模块，21-用能节点单元，22-配置能源种类单元，23-配置能流采集点单元，24-配置用能指标单元，3-能源数据计算模块，4-能源监测输出模块，5-数据存储模块，6-监测装置，7-服务器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
如图1至4所示，本发明包括数据采集模块1、能源网络设置模块2、能源数据计算模块3、能源监测输出模块4，所述数据采集模块1、能源网络设置模块2及能源监测输出模块4分别与能源数据计算模块3连接，
所述数据采集模块1用于通过统一的数据接口根据预设的程序对企业能源数据进行自动采集并将采集的数据转换为统一的协议标准；
所述能源网络设置模块2用于根据实际用能工艺调整系统中基于行业标准的能源网络图及基于能量守恒的能源计算公式；
能源数据计算模块3用于根据能源网络设置模块2所设置的能源网络图及基于能量守恒的能源计算公式来计算数据采集模块1采集的数据形成能源消耗量及能源损失量数据并依附于能源网络图；
所述能源监测输出模块4用于在能源网络设置模块2中设置的能源网络图中显示或输出监测分析模块3所计算形成的能源监测数据。
本发明还包括分别与数据采集模块1、能源网络设置模块2、能源数据计算模块3、能源监测输出模块4连接的数据存储模块5，所述数据存储模块5用于存储数据采集模块1采集到的数据、能源网络设置模块2设置的能源网络图及能源计算公式、能源数据计算模块3计算形成的能源监测数据，以及用于能源监测输出模块4读取能源网络图及其能源监测数据。
所述数据存储模块5中存储不同工业行业基于行业标准的能源网络图及能源计算公式，所述能源网络设置模块2用于根据输入的行业类型自动匹配并读取数据存储模块5中基于行业标准的能源网络图及能源计算公式以供调整并将调整后的结果存入数据存储模块5中。
所述能源数据计算模块3中能源消耗量为用能节点所对应的所有相同能源种类的输入量之和，所述能源损失量为用能节点所对应的相同能源种类的输出量与前述消耗量的差值。
所述能源网络设置模块2包括依次连接的确定用能节点单元21、配置能源种类单元22、配置能流采集点单元23、配置用能指标单元24，
所述确定用能节点单元21用于按实际用能工艺添加标准用能节点单元并指定所添加的用能单元基本信息；
所述配置能源种类单元22用于添加指定用能节点单元分别涉及到的能源种类及能源种类的方向；
所述配置能流采集点单元23用于添加与指定每个方向的能源种类与数据采集模块1所连接的能源计量点对应关系及基于能量守恒的计算公式；
所述配置用能指标单元24用于添加用能节点单元所对应的能源指标的计算方法。
所述配置能流采集点单元23中基于能量守恒的计算公式是对于计量误差和/或管损导致的各能源介质产出与消耗之间的不平衡，采用按系数、按权重、平均分摊、不分摊或手工分摊自动平衡的能源网络平衡分摊算法来分摊产耗间的差异以保证能量守恒。
所述数据存储模块5中存储有能源网络图各节点的标准阀值，所述能源数据计算模块3读取数据存储模块5中的标准阀值对数据采集模块1所采集的数据进行异常监测并对能流异常的数据通过能源监测输出模块4进行报警；
所述能源监测输出模块4包括工作站、无线便携设备，所述工作站和/或无线便携设备用于查询和/或显示能源网络图以及能流异常报警。
所述数据采集模块1与监测装置网络连接，所述数据采集模块1用于根据能源网络设置模块2设置的能源网络图打开相应监测装置的通讯接口并开启相应的线程，每个线程根据通讯接口配置的监测装置类型依次对其进行轮询，所述监测装置接收到轮询信号后发送数据采集报文给数据采集模块1。
所述数据采集模块1设置有线数据标准接口、无线数据标准接口和/或数据输入设备，所述有线数据标准接口包括RS485接口、以太网通讯接口、I2C通讯接口，所述无线数据标准接口包括Zigbee接口、GPRS接口，所述数据输入设备包括键盘、读卡器、手写板。
所述监测装置包括电表、水表、油表、燃气表、煤炭计量称中的一种或多种。
所述监测装置包括自动采集仪表、DCS和/或手工录入。
所述能源网络设置模块2、能源数据计算模块3及数据存储模块5设置于控制中心的服务器7并通过网络与控制中心和/或远程用户端的能源监测输出模块4连接，所述数据采集模块1通过有线或无线网络与服务器7连接。
本发明工作原理：本发明通过数据采集模块采用标准接口与现场数据采集装置或第三方自动化系统连接，然后根据预设的程序对企业能源数据进行自动采集或少部分手工采集并转换为统一的协议标准发送给能源数据计算模块，由于采用标准接口使得前期连接快捷，后期也可以根据发展需要自由扩展不同或相同的数据采集装置，整体建设成本低、周期短、扩展性好；本发明通过内置不同的基于行业标准用能工艺的能源网络监测图及基于能量守恒的能源计算公式，不同行业企业在部署时或已部署企业在扩展时仅需对系统中的能流关系自行修改配置，而不用修改系统代码，即可满足项目个性化要求与企业未来发展的需要，自适应能力较强；本发明通过能源数据计算模块按能源网络监测图统筹多维分析数据采集模块采集的各项数据，从而及时对能耗形成科学的分析结果，通过能源监测输出模块按能源网络监测图的形式实时提供给管理人员作为决策依据，达到提高企业节能降耗的目的；本发明对于计量误差和管损等原因导致的各能源介质产出与消耗之间的不平衡，采用能源网络平衡分摊算法来分摊产耗间的差异，从而能够自适应不同类型企业及部署后发展调整带来的变化，对于能源的跑冒滴漏能够及时有效的做出报警，监测数据准确可靠。进一步，数据存储模块中存储不同工业行业基于行业标准用能工艺的能源网络监测图及基于能量守恒的能源计算公式，能源网络设置模块用于根据输入的行业类型自动读取数据存储模块中基于行业标准用能工艺的能源网络监测图及能源计算公式以供调整，并将调整后的结果存入数据存储模块中；通过数据存储模块存储调整后的能源网络监测图及能源计算公式，既能够满足自适应和快速部署的目的，而且也便于后期跟进需要进行灵活调整。更进一步，工艺设置模块包括依次连接的确定用能节点单元、配置能源种类单元、配置能流采集点单元、配置用能指标单元；通过不同单元对用能单元的能流进行配置，使之符合现场实际用能工艺，配置过程灵活便捷，从而能对用能单元形成综合性的能流监测，提高了整个系统能流监测与实际能流消耗的符合性。再进一步，所述配置能流采集点单元中基于能量守恒的计算公式是对于计量误差和/或管损导致的各能源介质产出与消耗之间的不平衡，采用按系数、按权重、平均分摊、不分摊或手工分摊自动平衡的能源网络平衡分摊算法来分摊产耗间的差异以保证能量守恒；根据实际用能工艺的特点，采用不同的能源网络平衡分摊算法在符合能量守恒的同时，也能保证与实际用能一致性，又能实现不同类型企业用能的自适应。综上所述，本发明具有智能化、自适应、易扩展、能量守恒、监测效果好的特点。
Claims (10)
1.一种基于能量守恒的能源平衡网络监测系统，其特征在于包括数据采集模块（1）、能源网络设置模块（2）、能源数据计算模块（3）、能源监测输出模块（4），所述数据采集模块（1）、能源网络设置模块（2）及能源监测输出模块（4）分别与能源数据计算模块（3）连接，
所述数据采集模块（1）用于通过统一的数据接口根据预设的程序对企业能源数据进行自动采集并将采集的数据转换为统一的协议标准；
所述能源网络设置模块（2）用于根据实际用能工艺调整系统中基于行业标准的能源网络图及基于能量守恒的能源计算公式；
能源数据计算模块（3）用于根据能源网络设置模块（2）所设置的能源网络图及基于能量守恒的能源计算公式来计算数据采集模块（1）采集的数据形成能源消耗量及损失量数据并依附于能源网络图；
所述能源监测输出模块（4）用于在能源网络设置模块（2）中设置的能源网络图中显示或输出监测分析模块（3）所计算形成的能源监测数据。
2.根据权利要求1所述基于能量守恒的能源平衡网络监测系统，其特征在于还包括分别与数据采集模块（1）、能源网络设置模块（2）、能源数据计算模块（3）、能源监测输出模块（4）连接的数据存储模块（5），所述数据存储模块（5）用于存储数据采集模块（1）采集到的数据、能源网络设置模块（2）设置的能源网络图及能源计算公式、能源数据计算模块（3）计算形成的能源监测数据，以及用于能源监测输出模块（4）读取能源网络图及其能源监测数据。
3.根据权利要求2所述基于能量守恒的能源平衡网络监测系统，其特征在于所述数据存储模块（5）中存储不同工业行业基于行业标准的能源网络图及能源计算公式，所述能源网络设置模块（2）用于根据输入的行业类型自动匹配并读取数据存储模块（5）中基于行业标准的能源网络图及能源计算公式以供调整并将调整后的结果存入数据存储模块（5）中。
4.根据权利要求3所述基于能量守恒的能源平衡网络监测系统，其特征在于所述能源网络设置模块（2）包括依次连接的确定用能节点单元（21）、配置能源种类单元（22）、配置能流采集点单元（23）、配置用能指标单元（24），
所述确定用能节点单元（21）用于按实际用能工艺添加标准用能节点单元并指定所添加的用能单元基本信息；
所述配置能源种类单元（22）用于添加指定用能节点单元分别涉及到的能源种类及能源种类的方向；
所述配置能流采集点单元（23）用于添加与指定每个方向的能源种类与数据采集模块（1）所连接的能源计量点对应关系及基于能量守恒的计算公式；
所述配置用能指标单元（24）用于添加用能节点单元所对应的能源指标的计算方法。
5.根据权利要求4所述基于能量守恒的能源平衡网络监测系统，其特征在于所述配置能流采集点单元（23）中基于能量守恒的计算公式是对于计量误差和/或管损导致的各能源介质产出与消耗之间的不平衡，采用按系数、按权重、平均分摊、不分摊或手工分摊自动平衡的能源网络平衡分摊算法来分摊产耗间的差异以保证能量守恒。
6.根据权利要求5所述基于能量守恒的能源平衡网络监测系统，其特征在于所述数据存储模块（5）中存储有能源网络图各节点的标准阀值，所述能源数据计算模块（3）读取数据存储模块（5）中的标准阀值对数据采集模块（1）所采集的数据进行异常监测并对能流异常的数据通过能源监测输出模块（4）进行报警。
7.根据权利要求6所述基于能量守恒的能源平衡网络监测系统，其特征在于所述能源监测输出模块（4）包括工作站、无线便携设备，所述工作站和/或无线便携设备用于查询和/或显示能源网络图以及能流异常报警。
8.根据权利要求7所述基于能量守恒的能源平衡网络监测系统，其特征在于所述数据采集模块（1）与监测装置网络连接，所述数据采集模块（1）用于根据能源网络设置模块（2）设置的能源网络图打开相应监测装置的通讯接口并开启相应的线程，每个线程根据通讯接口配置的监测装置类型依次对其进行轮询，所述监测装置接收到轮询信号后发送数据采集报文给数据采集模块（1）。
9.根据权利要求7所述能量守恒的能源平衡网络监测系统，其特征在于所述监测装置包括电表、水表、油表、燃气表、煤炭计量称中的一种或多种。
10.根据权利要求7或9所述能量守恒的能源平衡网络监测系统，其特征在于所述监测装置包括自动采集仪表、DCS和/或手工录入。
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