浅谈用能单位端系统的建设模式

时间：2021-03-30作者：安科瑞电子商务（上海）有限公司浏览：62

朱鹍

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定  201801
摘要：用能单位端系统，是对企业能源转换、输配、利用和回收实施动态监测和管理的信息系统，一般由能耗在线监测端设备、计量器具、工业控制系统、生产监控管理系统、管理信息系统、通信网络及相应的管理软件等组成。针对其建设模式，从招标工作、建设管理和运行三方面进行分析，对比各种建设模式的优缺点，并提出解决建议。
关键词：能耗在线监测系统；用能单位端系统；能耗在线监测端设备；建设模式
 
0 引言
        2017年9月25日，发展改革委、质检总局联合印发了《用能单位能耗在线监测系统推广建设工作方案》（发改环资〔2017〕1711号），方案中明确提出，“基本建成连接各省（区、市）、相关部门和行业数据共享的监测系”，“加快推进用能单位完善能源计量体系、提高能源管理精细化水平，促进互联网与节能工作深度融合，提高节能宏观调控能力，推动完成能源消费总量和强度‘双控’目标任务”。该方案的发布，标志着全国推广建设序幕正式拉开。
2018年5月，**发布了《用能单位能耗在线监测系统技术规范（试行）》，对系统总体架构、省级平台功能、端设备功能、行业采集指标等进行了规范和指引。各省参照相关技术要求，逐步开展了省级平台建设和用能单位接入等工作。
       用能单位是整个系统的核心数据来源，但由于其涵盖的行业广泛、自身情况复杂且信息化水平参差不齐，因此用能单位端系统（以下简称“端系统”）的建设是能耗在线监测系统的和难点。本研究主要从招标工作、建设管理和运行三方面对端系统的建设模式进行分析，对比各种建设模式的优缺点，并提出解决建议，希望能起到抛砖引玉的作用，为相关部门推进端系统的建设提供思路。
 
1 用能单位能耗在线监测系统介绍
       用能单位能耗在线监测系统采用“平台+省级平台+用能单位端系统”的架构，为各部委、各级节能主管部门和质监部门、用能单位等用户提供不同层次的服务。
能耗数据的采集、预处理及上传是通过在用能单位侧部署的端系统实现的，按照《用能单位能耗在线监测系统技术规范（试行）》，每个用能单位的数据每天上传一次。总体架构如图1所示。
图1 系统总体架构
       系统主要有三种业务流向：用能单位数据上传区政务外网前置机，政务外网前置机双发平台和省级平台，用户侧数据展现。
 
2 端系统介绍
       根据《用能单位能耗在线监测系统技术规范（试行）》，端系统是对企业能源转换、输配、利用和回收实施动态监测和管理的信息系统，一般由能耗在线监测端设备（以下简称“端设备”）、计量器具、工业控制系统、生产监控管理系统、管理信息系统、通信网络及相应的管理软件等组成。
而在实际建设中，端系统的建设则主要包括端设备及管理软件、计量器具、采集器及通信网络。其中，端设备及管理软件部署在用能单位，实现数据采集、分析、汇总、上传省级平台等功能；计量器具指提供标准采集接口的智能仪表；采集器和通信网络实现将智能仪表的数据上传至端设备。如图2所示。
图2 端系统架构图
3 端系统建设模式分析
       根据图3可知，端系统实际上包含两个层面。同时，结合省级平台，能耗监测系统整体可以抽象为核心层、汇聚层、接入层三个层面，即省级应用平台为系统的核心层，能耗监测端设备及软件为系统的汇聚层，企业侧的计量器具、采集器及通信网络等为系统的接入层，具体如图4所示。
图3 能耗在线监测系统分层示意图
图4 端系统建设模式一
       省级平台一般都是由负责建设，而端系统的建设目前主要有三种模式。
 
3.1模式一：主导端系统建设工作
       模式一，即端系统所涉及的端设备及管理软件、计量器具、采集器及通信网络全部由投资建设。
 
3.1.1优点
       建设阶段：主导，在把控项目的整体完成方面有较强的主动权。将数据从采集、汇聚、上传的全套工作交由有经验的承建单位完成，能有效地规避用能单位在数据采集接入方面的能力弱、拖沓的问题，项目进度的统一安排和整体推进，有利于贯彻统一的建设标准及施工质量管控。
运维阶段：运维主体单一。单个用能单位的数据采集、汇聚、上传的全套建设一般是交由一个承建单位完成，因此，每个用能单位的运维工作都由对应的承建单位负责，当出现任何故障时，业主只需委托承建单位处理即可，运维责任清晰，不会出现推诿扯皮的问题。
 
3.1.2缺点
       招标阶段：延缓招标进度。用能单位在计量器具、采集器及通信网络的配备均是个性化方案，因此一般需要在用能单位的初步设计方案完成后进行招标。
建设阶段：初步设计方案与施工情况可能存在差异，增加变工作量。由于计量器具、采集器及通信网络的配备都与用能单位的内部情况息息相关，因此，用能单位内部的生产调整（比如增加或者减少生产线）都有可能导致施工阶段所需的上述设备与原设计内容有所变化。
       建成运行阶段：存在维护工作量大且分散和国有资产流失的问题。部门需要长期投入精力和资金对系统进行维护；同时，企业关停可能导致端系统相关设备的遗失，造成国有资产流失。
 
3.1.3解决措施建议
       分阶段招标：对于已经确认了方案的用能单位端系统先招标，并在实施阶段同步完成其他批次的方案。
综合单价采购：通过招标仅确定设备及实施的综合单价而不直接采购设备，并要求承建单位提供详细的施工图设计后，再据实采购设备。同时，要求用能单位签章确定施工图方案。
建成运行阶段：首先，尽量选取有较强实力的总集成单位，并在招标阶段提前确定后期运维费率，运维工作的稳定性。其次，通过政策引导用能单位主动上报，例如，逐步推进在线节能考核，以能耗在线监测获取的数据为主要参考，以此强化在线监测的作用，提高用能单位的重视程度。三，与节能监察工作相结合。
 
3.2模式二：用能单位主导端系统建设工作
       模式二，即端系统所涉及的端设备及管理软件、计量器具、采集器及通信网络全部由投资建设。如图5所示。
       图5 端系统建设模式二
 
3.2.1优点
       招标阶段：招标周期不会延缓。部门的建设工作仅涉及省级平台，在完成项目的初步设计批复后即可进行招标。
建设阶段：部门的建设管理内容相对简单，工作清晰，初步设计方案与实施情况一般较统一，变工作量较少。
建成运行阶段：只涉及省级平台而不涉及用能单位侧的设备，因此系统运维内容单一且集中，也能有效地避免国有资产流失的问题。
 
3.2.2缺点
       数据对接工作推进阶段：工作的及难点主要在端系统与省级平台的对接。数据的接入进度及质量方面较难把控，部门需要对接多个用能单位，推进协调工作量及难度增加。首先，由于用能单位自身的信息化能力及配合程度参差不齐，能力差、不配合的用能单位其数据接入存在较大困难，可能成为工作推进的瓶颈，进而影响整体数据接入进度。其次，用能单位选取的承建单位的能力水平难以，可能存在对相关技术规范理解不到位的情况，进而导致端系统上传数据工作的反复和数据质量不高。同时，部门除了协调用能单位配合，还需要管控用能单位自主实施的建设内容和质量，间接管理督促用能单位选定的承建单位。
建成运行阶段：若出现多个端系统故障的情况，部门需要首先督促多个用能单位，再由其联系承建单位进行故障处理，流程繁琐，时效性较差。
 
3.2.3解决措施建议
       需强有力政策配套等相关**措施，例如，对端系统的建设给予一定的财政支持。这些**措施，既要能充分调动用能单位的积极性，同时也要有较强力度的强制性。
在数据对接工作推进阶段，提供端系统建设标准的指南，下发并多次开展相关建设标准的宣贯、培训，加强用能单位及其承建单位对建设标准的重视、理解以及贯彻；定期进行建设质量抽检。
将与用能单位的运维界面及责任通过相关制度文件进行明确，配套相应的政策措施进行**，并加强日常的节能监察工作予以常态化管理。
 
3.3模式三：配发端设备，用能单位主导采集建设工作
       模式三，即端系统所涉及的端设备及管理软件由投资建设，计量器具、采集器及通信网络则交由用能单位负责建设。如图6所示。
图6 端系统建设模式三
3.3.1优点
       招标阶段：招标周期不会延缓。主导的建设内容涉及省级平台和端设备及管理软件，属于相对单一且标准的建设内容，采购内容比较固定，一般不需要分批次招标，因而招标周期较短。
建设阶段：首先，初步设计方案与实施情况一般较统一，变工作量较少。在用能单位侧的建设内容仅涉及端设备，且大多数用能单位一般配备1台端设备，因此通过调研基本能方案与实施一致。其次，部门能好地掌控省级平台与端设备的建设标准及一致性，建设同步与联调配合的顺利。
 
3.3.2缺点
       数据对接工作推进阶段：工作的及难点主要在端设备与计量器具的数据对接。仍然存在用能单位因自身的信息化能力及配合程度参差不齐，影响整体数据接入进度的情况。
建成运行阶段：存在维护工作量且分散、协调工作量大及国有资产流失的问题。首先，部门需要长期投入精力和资金对部署在用能单位的端设备进行维护。其次，由于用能单位内部的建设一般会存在两家承建单位（即端设备及管理软件部分的承建单位，计量器具、采集器及通信网络部分的承建单位），当出现故障时，需要两家用能单位配合处理，*出现推诿扯皮的问题。三，也可能会出现因企业关停而导致端设备遗失的风险。
 
3.3.3解决措施建议
       数据对接推进阶段：需强有力的政策配套等相关**措施，例如，对用能单位建设内容给予一定的财政支持，同时也要有较强力度的强制性，加强日常的节能监察工作予以常态化管理，提高用能单位的配合度。
建成运行阶段：首先，尽量选取有较强实力的总集成单位，并在招标阶段提前确定后期运维费率，运维工作的稳定性。其次，通过政策引导用能单位主动上报，例如，逐步推进在线节能考核，以能耗在线监测获取的数据为主要参考，以此强化在线监测的作用，提高用能单位的重视程度。三，与节能监察工作相结合。
 
3.4建设模式对比表

表1 建设模式对比表

 
4 安科瑞用能单位能耗在线监测系统
       根据《用能单位能耗在线监测系统推广建设工作方案》的要求，用能单位接入端系统部署在用能单位内部，由用能单位负责建设。
主要功能:通过计量仪表、工控系统等采集、汇总本单位能耗数据，将数据上传至省级平台，或直接上传至平台；用能单位接入端系统要通过网闸、防火墙、隔离等安全措施，确保内部系统安全和数据安全；要具备远程升级维保、一端多传、接收和省级平台推送信息和用能单位自身能源管理所需的功能。
安科瑞可为企业接入端系统提供完整解决方案：
4.1端设备
       企业接入端系统需要从生产过程控制系统中采集能耗相关数据，考虑到企业生产网络与办公网络(互联网) 之间并不互通的实际情况，企业接入端系统将通过具备2+1架构的物理隔离装置--能耗在线监测端设备，实现生产网络和办公网络之间的物理连接，在数据传递过程中确保从生产网络（内网）获取的能耗数据以单向传递、隔离加密、文件摆渡的形式安全传递到办公网络(外网)，再通过外网主机侧的CA数字认证证书进行身份认证识别后上传至省(市）级平台。结构如图所示：
 
4.1.1端设备硬件参数
(1)单主板采用低功耗处理器；
(2)单主板内存大小4G；
(3)硬盘：64G 固态硬盘；
(4)立双主机“2+1”架构非IP物理隔离；
(5)带VGA接口，可外接显示器，便于现场维护操作；
(6)双冗余开关电源，互为备用、支持热插拔，**端设备的可靠性，具有电源故障声光报警功能；
(7)8路RS485串口；
(8)4路千兆以太网；
(9)4个USB接口，可用于CA证书接口；
 
4.1.2端设备软件功能
(1)支持从现场的仪表通过Modbus（GB/T19582）、DL/T645、CJ/T188等协议采集需要的能耗实时数据，并进行汇总生成上报的能耗数据；
(2)支持从能源网关、DTU、SCADA通过Modbus TCP（GB/T19582）、能耗协议等上传的能耗实时数据，并进行汇总生成上报的能耗数据；
(3)支持从自动化信息系统通过OPC协议采集需要的能耗实时数据，并进行汇总生成上报的能耗数据；
(4)支持手工填报数据：对于不具备在线采集条件的数据，提供手工填报数据上传；
(5)具有基础数据处理、本地存储功能，本地历史数据可存储6个月以上；
(6)可根据项目情况录入企业基本信息、企业生产层级结构、计量器具档案信息、端设备信息、数据采集项信息等各类基本信息；
(7)按照《NHJC-04-2018 用能单位能耗在线监测系统技术规范-端设备接口协议规范》的要求往或省级平台上传数据；
(8)支持断线缓存，数据的连续性；
(9)端设备平台方便用户使用、配置；
(10)支持人工补录、远程升级；
(11)用能数据集抄；
(12)数据上传日志。
 
4.2 ANet系列能源网关
       ANet系列能源网关，可将企业内分散的能源计量器具集中采集后上传至端设备，满足办公机关、大型公共建筑、工业企业等能源管理系统中对于水、电、气、油、冷量、热量等各种形式的能耗计量及分项数据采集需求，搭配简单易用的数据配置软件工具，可以配置所需采集数据及上传数据中心等各项参数信息。 
4.2.1能源网关硬件参数
 
4.2.2软件功能
(1)支持多种仪表协议：支持 DL/T645 、GB/T 19582-200（Modbus）、 CJ/T 188-2004 等；
(2)Modbus TCP 实时数据转发；
(3)分项计量 Xml 数据报文定时上传；
(4)数据AES加密；
(5)断点续传；
(6)数据存储；
(7)远程配置及维护；
 
4.2.3相关报告及证书
(1)GB/T 17626.2-2018《电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验》4级。
(2)GB/T 17626.6-2017《电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度实验》3级。
(3)GB/T 17626.4-2018《电磁兼容试验和测量技术电瞬变脉冲群抗扰度试验》4级。
(4)GB/T 17626.5-2019《电磁兼容 试验和测量技术 浪涌（冲击）抗扰度试验》4级。
(5)GB 9254-2016《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》合格。
 
 
4.3设备选型
 
5 结束语
端系统的上述常见三种建设模式各有优缺点。具体选择哪种建设模式，还需要部门充分结合地区自身的经济情况、用能单位配合度等因素综合考虑。
端系统的建成只是用能单位能耗在线监测工作推进的一个基础，后期还需要相关政策的跟进及宣传，才能好地形成鼓励、用能单位认可并积极配合的良性大环境，从而推动能耗在线监测工作的持续发展。
 
【参考文献】
[1]卢苗.用能单位端系统建设模式探讨[J].江苏通信,2020,36(06):76-81.
[2]安科瑞用能单位能耗在线监测系统.2020.10版 
 
 
作者简介：朱鹍，女，就职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为企业能源管控

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