智慧城市网

张继冬

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：随着科技的不断进步，智慧能源管理系统在钢铁行业中的应用日益广泛。本文探讨了智慧能源管理系统的概念、特点及其在钢铁行业中的重要性，详细阐述了该系统在钢铁生产过程中的能源监测与分析、能源优化调度、节能减排等方面的具体应用，并对其未来发展趋势进行了展望。

2.2，特点

2.2.1 实时性：能够实时采集和处理能源数据，及时反馈能源系统的运行状态。

2.2.2 准确性：采用高精度的传感器和先进的数据分析算法，确保能源数据的准确性。

2.2.3 智能化：具备自动分析和决策功能，能够根据能源系统的实际情况进行智能调度和优化控制。

2.2.4 可视化：通过直观的图形界面展示能源数据和系统运行状态，便于用户理解和管理。

2.3.1 提高能源利用效率：通过对能源系统的实时监测和优化调度，减少能源浪费，提高能源利用效率。

2.3.2 降低能源成本：合理控制能源消耗，降低能源采购成本，提高企业的经济效益。

2.3.3 促进节能减排：实现能源的精细化管理，减少污染物排放，符合国家的环保政策要求。

2.3.4 提升企业竞争力：提高企业的能源管理水平，增强企业的可持续发展能力，提升企业的市场竞争力。

四、智能化能源管理控制系统的网络组织架构、功能、软硬件组成

4.1能源管理控制系统的网络框架结构

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：

首先第一层为企业能源数据采集层，是利用生产现场计量仪表、AI异构通讯模块、数据板卡ME等，搜集产品生产的工艺信息、设备运行信息、能源使用信息，完成工业生产

控制系统内的正向数据采集。

而后在工业级交换机、单模光缆等网络设备支持下，采取环形、星形相结合的网络结构，建立起不同自动化监控系统之间的网络连接，进行主站点、子站点等生产单元的数据信息传输控制。由EMS能源管理控制系统，向企业内的产品生产、工业制造车间发送指令信号，实时传输某一周、某一月的生产能源消耗信息，包括能源设备运行状态、能源介质总用量等信息，各车间的现场控制中心，负责指令信号响应、

能源消耗数据采集处理、并逆向传送相关的响应数据。

第二层为数据运算、处理与调度层级。通过通讯管理机进行数据信息处理、运算后，存储至数据库服务器之中。

最外层为能源数据决策应用层。这一层级包含中央交换机、客户端、工程师站等组成结构，其中由中央交换机作为数据流转换、能源管理功能的控制核心，建立起数据集中处理与分析的数学模型，通过各主站点、子站点生产单元的传输数据计算，得出生产设备控制数据、成本优化数据、能源预测与平衡数据、能源负载与综合利用数据的结果。

这里智能化能源管控子站的数据采集系统，包含CPU控制终端处理器、异构通讯采集设备、生产现场仪表、TCP/IP通讯协议、AI异构通讯模块、EN2T以太网通讯模块等的硬件设施，用于主站管理控制系统、各子站系统的网络连通，以及PLC控制器、网络交换机之间的设备对接。

　根据以上图2的EMS智能化管控系统的网络硬件结构可以得出：智能化能源管控子站的services服务系统，是在能源管控中心的主结构下，设置基础能源管理服务器、GIS地理服务器、Web发布服务器、ICV网络管理服务器、I/0服务器、备份服务器、目录服务器、PI实时数据库等的任务处理模块。

在此基础上，将不同能源子站接入网络防火墙、220V双路供电电网，通过以太网通讯模块、AI异构通讯传送，形成能源子站UPS运行信号、ICV服务器管理系统的连接，并完成二者之间企业生产运行数据、能源消耗数据的传输发送。当UPS运行信号发生故障的情况下，基础能源管理服务器、ICV网络管理服务器等模块，将向智能化能源管理控制总系统，发出过限报警、故障报警信号，以便于专业技术人员及时处理解决问题。

5平台设计与功能

5．1 系统平台设计

智慧能源管理平台采用去中心化的分布式网 络构架设计如图 2 所示，采用 B / S 模式，实现云端建模、设计及部署，简化了客户端的维护工作，为 以业务模式为基础的功能模块扩展提供软件支撑 基础。满足集团海量实时数据地存储和处理的要 求，存储在系统中的历史数据可删除，系统不 会因为数据量的攀升影响到存储和访问速度。遵 循系统应用插件规范进行二次开发，开发的功能 模块插件可无缝配置到应用界面中使用。

5．2 系统实施

每家工厂实施能碳管理系统建设，首先是制 定出符合管理要求的能碳管理架构，该架构可以 随着管理需求的变化而灵活调整。能碳管理架构 可按照厂区、车间、生产线进行配置，将能耗数据 与管理架构进行对应关联，全面的展示出能源管 理的范围和深度。

功能

AcrelEMS企业微电网能效管理系统提供基于行业特点细分的能效管理解决方案，支持有线/无线方案接入各类智能设备，并提供多种第三方系统接口协议，融合企业微电网电力监控、能耗统计、电能质量分析及治理、智能照明控制、主要用能设备监控、充电桩运营管理、分布式光伏监控、储能管理等功能，通过一个平台即可全局、整体的对企业电网进行进行集中监控、统一调度、统一运维，满足企业用电可靠、安全、节约、有序用电要求。平台支持中英文切换，现已应用于多个行业和地区用户侧能源管理和电力运维平台，单个平台已接入1600多个用户变电所数据，提供能源分析和运维管理功能。

图3AcrelEMS能效管理平台应用

电力监控

对企业高低压变配电系统的变压器、断路器、直流屏、母排、无功补偿柜及电缆等配电相关设备的电气参数、运行状态、接点温度进行实时监测和控制，监测企业微电网主要回路的电能质量并进行治理，对故障及时处理并发出告警信息，提高企业供电可靠性。

图4电力监控功能

能耗分析

采集企业电、水、燃气等能源消耗，进行分类分项能耗统计，计算单位面积或单位产品的能耗数据以及趋势，对标主要用能设备能效进行能效诊断，计算企业碳排放，为企业制定碳达峰、碳中和路线提供数据支持。

图5能耗分析功能

照明控制

智能照明控制功能可以根据企业情况实现定时控制、光照感应控制、场景控制、调光控制等，并结合红外传感器、超声波传感器，实现人来灯亮、人走灯灭，并可以根据系统的控制策略实现集中控制，为企业节约照明用电。

图6照明控制功能

分布式光伏监控

监测企业分布式光伏电站运行情况，包括逆变器运行数据、光伏发电效率分析、发电量及收益统计以及光伏发电功率控制。

图7分布式光伏发电监测

储能管理

监测储能系统、电池管理系统(BMS)和储能变流器(PCS)运行，包括运行模式、功率控制模式，功率、电压、电流、频率等预定值信息、储能电池充放电电压、电流、SOC、温度，根据企业峰谷特点和电价波动以及上级平台指令设置储能系统的充放电策略，控制储能系统充放电，实现削峰填谷，降低企业用电成本。  

图8储能管理

充电桩运营管理

监测企业充电桩的运行状态，提供充电桩收费管理和状态监测功能，并根据企业负荷率变化和虚拟电厂的调度指令调节充电桩的充电功率，使企业微电网稳定安全运行。

图9充电桩管理

自定义驾驶舱

可根据用户的关注点自行绘制所需的驾驶舱页面，包括能源预收费、充电桩运营、电梯、空调、照明等各种设备的能耗统计、收益统计、运维情况等。

图10能源物联网驾驶舱定义

数据采集和数据监测

实时监测各配电柜的电压、电流等电力参数，实现遥测、遥信、遥控。实时监测各配电室温湿度、烟感、水浸等环境参数。监视变压器的运行状态及用能参数，测算损耗，找出经济运行区间，降低能源损耗。

图11数据采集和监测

能耗统计分析

主要是对能耗的数据、能耗分项以及区域能耗和能耗指标等进行统计。其中还包含总能耗定比,也就是指实际消耗的能量所占据总能量的百分比,并利用各种图形的方式进行表示，用于综合能耗分析。

图12能耗统计分析

电气和消防安全管理

接入电气火灾探测器、无线测温传感器、智能断路器等设备，对配电回路的剩余电流、线缆温度等火灾危险参数进行实时监控和管理。在消防水池、消防水箱等地方安装消防水位表，检测消防水位的变化；消防水管、喷淋等地方安装消防水压表，检测消防管道的压力。在家庭、宾馆、公寓等存在烟雾、可燃气体的室内场所，安装独立式烟感或可燃气体探测器，检测这些场所是否存在烟雾和可燃气体。

图13电气消防安全管理

能源收费管理

适用于物业租赁方对出租物业的能源收费管理，支持水电一体化收费管理，具备租户开户、销户、退差操作，支持分时电价和阶梯电价设置和功率过载阈值设置，可对接支付应用程序实现自助支付。

图14能耗收费管理

充电桩运营管理

当用户要管理多个充电站的充电桩时可把充电桩自助接入平台，实现对充电桩状态的监测和扫码、刷卡充电收费管理。在用电高峰期如充电负荷过高超出供电变压器承受范围还可以自动设置充电功率限制或新增充电限制，或投入新能源，确保能源供应安全。

图15充电桩运营管理

照明控制管理

可远程控制照明设备的开关，并可以根据光照度、经纬度日出日落时间和时间设置策略来自动控制灯光，节约照明能源。

图16照明控制管理

碳排放分析

统计用户的碳排放量并追踪碳排放足迹，提供碳排放清单，进行配额核算和配额考核。

图17碳排放分析

4.3硬件设备组成

　不同工业及能源企业的智能化能源管理系统，通常为环形网络连接、星形网络连接的结构，形成层级式连接的工业环网，其中管控中心主站点负责下属多个子站的控制，具体能源管理系统的子站环网结构如下图2所示。

参考文献

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作者介绍：
张继冬，男