崔庭宇
江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214405
摘要: 企业能源管理监控系统由管理软件、终端智能传感设备、数据采集设备、传输网络、数据存储处理设备、监控设备等部分组成。系统采用物联网及云计算技术，通过相关各种数据的有机联动，确保整个系统从实时监测、数据采集存储、综合信息管理的资源共享与信息互通，通过相关逻辑关系处理实现了各种数据分析、预警告警、系统互控等，实现较好的管理效益。
关键词:能源管理；云监控；智能网关
0 引 言
随着云计算技术及物联网应用的不断发展和普及，很多领域在云监控平台的基础上，开始探索云平台的扩展和应用。企业能源监控系统在原装备云监控平台的基础上，开发了建筑节能系统平台，并进行了适合建筑物联网可扩展平台的扩充，完善了建筑云监控平台的智能化。
在云监控平台的基础上，该企业能源管理监控系统将实现以下目标：
(1)建立一个综合的监控平台，实现建筑可控设备或能耗使用的职能化管理，实现一点接入，多方位管理的效果。该平台涵盖公司现有及未来业务的监控和管理需要，为各类用户提供一个统一的门户，各用户根据相应的权限使用相应的功能；
(2)建立一个多屏的监控平台，该平台可通过PC、、PAD等多种方式进行操作和使用。
1 系统总体设计
系统将主要依据信息系统的建设原则，在实用的基本网络平台基础上，使用多层次的结构来构造远程监控系统。数据服务采集端采用云监控数据服务平台，管理端采用云监控管理软件，终端采用智能网关，从而快速构建企业能耗管理监控平台。同时，该系统具有高可靠性，并对使用信息进行严格的权限管理。在技术上，采用严格的安全与保密措施，确保系统的可靠性、保密性和数据的一致性。
1.1 系统技术设计框架
采用以下新的技术进行系统设计：
(1)采用当代新的云技术，建立一种新概念的、开放的现代管理和办公环境，它以云存储、云计算技术为核心，建立一个安全可靠的广域网络应用平台。
(2)利用Internet/Intranet、数据库及分布式处理技术，构造信息存储与事务处理平台。采用当代新技术，建立一种新概念的、开放的现代管理和办公环境，它以无线网络、广域网互连、路由、防火墙和网络管理技术为核心，建立一个安全可靠的网络应用平台。
(3)采用目前广泛的开放的webservice、TCP/IP等技术，建立一个开放的控制管理平台。利用数据库及分布式处理技术、模块化功能设计，构造信息存储与事务处理平台。
1.2 系统设计架构
系统是云监控管理软件和数据采集发送模块共同构成的综合体，其基本架构如图1。
系统的核心是云监控平台，负责设备用户的认证、数据业务存储、分发，故障告警的通知处理等。在云平台的基础上系统衍生出“被监控端”：即设备端，由用户的设备搭配云网关构成。由云网关采集设备的关键数据，并通过GPRS、3G、ADSL等链路将数据发送给云监控平台。云监控平台接收数据并存储在云端 数据库。同时“管理端”，即用户终端软件，通过ADSL或光纤连接云端平台，通过管理端软件，对设备进行管理和监控 。
1.3 系统技术架构
系统为开放、分层体系架构，公共服务总线对服务平台提供开放能力，业务功能平台采用松耦合、可分可合的系统设计，按逻辑功能独li设计各部件，如数据采集、信息管理、报表分析等，各功能部件物理部署上可以单独部署或合设。业务平台的松耦合、可分可合设计大大提升系统的灵活性，功能部件间的升级、变动不影响其他组件，降低了系统投入及维护成本，在设计上充分考虑到今后系统业务的扩展。系统技术架构如图2。
1.4 系统网络结构
整个平台网络按云计算架构规划，支持分布叠加式部署，平台建设可以从基本的服务器部署开始，以后随着公司业务的发展，逐渐扩大服务器部署，并可以建立不同区域中心机房，各区域中心机房通过数据通信冗余，保证各个区域中心之间的数据同步。
接入云监控平台的可以是一栋建筑的内部网络、分公司的内部网络、单一的监控点，接入方式支持专线、宽带、无线等。接入部分不随平台扩张而改变，平台根据接入流量，自动分布接入服务器进行监控点或监控子网的接入。系统网络结构如图3所示。
每个监控节点可以采用子网形式，接入多个采集点，结构如图4所示。
2 系统功能
整个系统包括信息管理、综合监控、管理、能耗采集等。系统功能如图5所示。
图 6 系统界面
2.1 能耗采集
对监控对象进行实时采集，采集支持定时采集、差异采集，并对采集的设备进行实时认证，采集的数据包括监控对象的运行数据、事件数据、命令数据、状态数据等。对采集的数据进行实时分库存储，存储采用多极存储机制，实时数据用实时数据库保存在内存，以方便于实时调用，对于近期数据或者历史数据，采用大型数据库进行保存，保存时根据每个设备和数据类型的不同，分为多库多文件保存，并采用分布式并行处理机制，对设备历史数据进行海量处理和查询。云端保存的数据全部为远程控制器的原始数据，并能对海量的原始数据进行不定期的转储和备份。
系统主要提供实时的数据发布服务，根据用户权限不同把采集好的数据，经过过滤后，数据方可被用户进行浏览查看。在系统平台的各个单元之间，包括远程控制器、监控平台和管理端之间的通信链路采用加密传输。保证数据传输时被非法截取后，无法获取正确的数据。并通过内置的网络防火墙和身份认证功能对通信的双方进行通信底层的身份确认。通信链路如图7所示。
2.2 综合监控
按能源归属类别进行分类监控，如照明、空调、电梯等进行监控，监控到能耗异常时，发出报警信息，通知相关处理人员。实时获取能耗设备的耗能量，绘制实时动态曲线图，对能耗设备进行发送各类命令，技术人员可以根据设备的运行或销售情况发送相应的控制命令。
对设备的运行参数和运行逻辑进行修改，通过修改远程控制器内部的某些数据，达到修改或获取相应的参数值。系统可以通过、触摸屏、LED显示屏、网站、电子邮件等电子平台，也可通过单位自制其他媒介如文件、公示等平台对各类能源数据进行发布。
2.3 能耗报警
对能耗使用根据策略自定义报警条件，当达到相应条件后，系统自动产生相关报警。该系统报警机制处理灵活。用户可以根据设备需要，随时设定报警点和报警措施，目前报警措施包括在能耗区域的地理位置上显示报警指示灯闪烁，并通过报警短信告知，并对报警信息进行记录存储。通过历史故障查询，按告警进行分类统计，并查看某个告警的明细，通过该功能，还可以随时定位该告警点，当时的历史数据，并对历史数据进行分析，有助于分析告警发生的原因，通过该功能，还可以查看以往告警的处理措施。
2.4 信息管理
对能耗区域信息进行维护，对能耗价格信息、能源类别、类型等信息进行管理。同时可以综合管理网关、端口和电表、水表、空管器、热量仪等设备信息。一个网关下可以有多个端口，一个端口下也可以关联多个设备。
2.5 分析报表
对各类应用数据进行统计分析，并生成相关报表，具体报表包括设备运行报表、故障报表、运行报表等，并对报表进行导出和打印。按能源类别或者区域对一个阶段的能耗进行分析，包括人均能耗，单位面积能耗，增长趋势，内外能耗标准等。系统对通过能源供应系统的节点计量表记数据与节点以下的分计量表计数据之和实时智能统计分析，判断平衡与否，以便及时发现偷漏等非正常能源消耗，从而达到安全用能，减少非正常能耗的目的。同时根据以往历史数据，采用大数据分析挖掘技术，预测能耗使用情况。能耗分析如图8所示。智能统计如图9所示。能耗决策如图10所示。
2.6 系统管理
对系统的菜单和功能进行统一管理，方便权限的控制和系统的扩展维护。使用角色进行管理，每个角色有一定的权限关联，具有某个角色的人员，便相应的具有该角色的功能使用。系统根据用户帐号和密码进行系统登录，为了防止恶意登录，登录时需要填写一个随机码，若用户3次登录失败，则禁止用户在一定的时间内登录系统 。
权限管理是一个系统的关键核心功能，只有权限管理严密，才有可能保证系统的正常安全使用，该系统的权限分为多极权限保护，包括认证权限、功能权限、设备权限和人员权限。可以将每个用户设置到不同的权限组中以保证不同用户具有其身份相对应的权限。可以自由设置每个权限组的权限，本系统的权限设置不仅能够设置用户的菜单项，包括每个画面每个功能都是可以设置的。不具备权限的功能用户是不能
看到、不能使用的。
2.7 接口服务
采用标准的协议，提供WebService接口，方便于同其他系统接口，如ERP、MES、OA等系统。
3 系统安全
中央控制系统是信息的集中管理平台，其整体安全性对于单位来说至关重要，如果没有良好的安全性，将为公司隐藏巨大的危机。该系统的安全性由一个安全体系组成，包括：软件的本身的安全性处理、网络的安全防护保障和系统安全。
3.1 应用安全
3.1.1 登陆认证安全
系统从以下几个方面考虑用户的密码规则：
(1)弱密码检测
对于过于简单的密码，如1234等密码，管理员可以进行程序的扫描和检测，得到相应的检测报告，管理员可以视情况决定是否封锁弱密码的帐号。该封锁过程可以是程序自动进行的，封锁后，会给系统管理员一个内部消息。
(2)三次密码失败自动封锁帐号
为了防止恶意人员猜测用户帐号，如果连续三次输入密码错误，系统将自动封锁该帐号，或者3h内不允许再次登陆。封锁后，系统会自动给管理员消息提醒 。
(3)密码加密
在数据传输过程中，密码必须是加密的，根据网络传输协议，大多数传输的协议是明文协议，也就是说黑客等可以通过协议的侦听，获得传输内容，然后汇编出数据、。
3.1.2 权限管理安全
建立角色权限设置和组织目录权限设置。保证不同的角色和不同部门的使用人员具有不同的操作和数据权限。
3.2 网络安全
采用网络防毒系统，能够有效拦截和清除目前泛滥的各种网络病毒，快速修补系统漏洞并提供强大的管理功能。设备控制终端采用加密数据密文发送到云监控平台，云监控平台同管理端采用安全的SSL协议进行通信，通讯双方通信之前，需进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥。
3.3 数据安全
云端数据冗余保存，并由专业人员定期备份维护；管理端硬件、软件、密码多重认证，防止非法入侵，保证数据安全；数据库加密保存，防止数据泄密；采用云端、本地两级数据存储功能，云端数据必须经过用户本地解析后才能还原成为有用的数据；本地数据丢失后，可以借用云端原始数据恢复；用户数据冗余加密，防止非法入侵。设备终端采用动态密码加密认证技术，隔离非法命令；管理端采用二次认证(密码认证、认证等)防止无权限者的误操作或者恶意操作；管理端采用命令追溯机制，保存历史命令待查。
4 安科瑞企业能源管理监控系统介绍
安科瑞企业能源管理监控系统采用自动化、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、重大能耗设备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、用能预测、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。
4.1 系统结构
4.2 应用场所
钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、物流、铁路、航空工业、木材、化学原料以及机电设备、电器产品、工器具制造等。
4.3 系统功能
4.3.1 可视化展示
展示企业各类能耗总量、折标值、能源成本、能源消耗趋势、分项能耗占比、区域能源消耗对比,以及当前天气情况、污染情况，并三维展示企业重要工艺或工段的能源消耗动态。
4.3.2 用能统计
从能源使用种类、监测区域、生产工艺/工段时间、分项等维度，采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析，折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。
4.3.3 产品/产值单耗
与企业MES系统对接，通过产品产量以及系统采集的能耗数据，在产品单耗中生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。
4.3.4 绩效分析
对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、产线、工段等进行日、周、月、年、指定时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助企业了解内部能效水平和节能潜力。
4.3.5 能耗预测
通过对企业生产工艺、生产设备等的能耗使用情况进行分析，建立能耗计算模型，根据人工智能算法对数据和模型进行修正，对未来企业能耗趋势进行预测分析，为节能提供有效的决策依据。
4.3.6 运行监测
系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集，监测重点设备及工艺运行状态，如温度、湿度、流量、压力、速度等，并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据，支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。
4.3.7 分析报告
以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行多方面的统计分析，让用户多方面了解系统的运行情况，并为用户提供数据基础，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。
4.3.8 事件报警
持续监测设备和系统运行，对通讯失败、数据异常、定额超限、工艺参数异常越限、设备异常或故障进行报警，提醒企业注意和查找问题，并形成报警日志。
4.3.9 移动端支持
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、效率分析、同环比分析、能耗折标、用能预测、运行监视、异常报警等。
4.4 现场设备选型
5 结语
能源管理监控系统平台采用云计算技术进行搭建，做到无缝的分布式集成和规模扩充；整个系统采用纯B/S模式，终端使用不需要安装任何插件或客户端软件，同时支持使用；监控对象不需要复杂的设置，只需要网络和简单的参数设置，便可接入系统，实现设备的现场监控；平台采用多极安全措施，数据传输采用加密协议，数据采用压缩传输，并支持重传机制，保证数据的连续性，同时采集器采用的是嵌入式操作系统，从硬件上就防止了病毒、网络等方面的攻击，从而保证被采集对象及网络的安全性；人员操作使用严密的权限认证手段，同时对于敏感的操作，如命令控制采用多人同时认证方式进行；数据存储采用多种冗余方式进行备份，并对原始二进制数据和应用数据进行分隔存储。企业能源管理监控系统具有操作方便、接入简单和采集使用安全性高的优点。
参考文献
[1]傅咏红，周鲜成.现代企业的能源计量监控与管理系统的设计[J]．计量技术，2004，(7)：34-39．
[2]梁瑞雪，欧阳喜.企业能源管理监控系统[J].
[3]安科瑞企业微电网设计与选型手册.2019.11版.
作者简介：崔庭宇，男，本科，江苏安科瑞电器制造有限公司，主要研究方向为工业能耗在线监测系统。
