浅谈工业能源管理系统在大型机场中的应用

时间：2023-09-08作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：252

关键词：绿色机场；能耗管理；系统平台；能源管理系统；数据采集；数据分析；节能减排；数字化；智慧工厂

1项目概况
       杭州萧山机场三期（T4）项目位于浙江省杭州市 萧山区机场原址，总建筑面积达 150 万 m2 ，本期建设范围为新建航站楼及陆侧交通工程旅客航站楼及北三指廊。该项目为浙江省大通道建设**标志性项目，也是* 19 届亚洲运动会重要基础配套项目，三期扩建整体项目按满足2030 年机场旅客吞吐量 9000 **次要求设计，主要建设新建航站楼（设计能力 5000 **次）、陆侧交通 53 万 m2 、商业开发（宾馆及办公）17 万 m2 、能源以及相关**配套设施等，同时在新建航站楼地下配套建设机场高铁站。三期扩建项目投运后，萧山机场将成为华东地区仅次于浦东机场的航空枢纽。萧山机场以“平安、绿色、智慧、人文”四型机场建设作为工作清单，在绿色机场建设方面，杭州萧山机场三期（T4）已获得国内建筑设计评价标识。
2系统架构及设计要点
       能耗管理整套系统由安科瑞提供，系统覆盖本期建设全部智能电表与水表（智能电表 3080 块，智能水表 518块），根据项目整体设计原则，能耗管理系统采集信号均采用无卤低烟阻燃耐火 B 级控制线缆敷设；将数据通过控制线缆采集至弱电间内的派诺通信管理机，由通信管理机的网络端口上传至机场三期的机电综合网，网络传输层及层均采用赫斯曼专业级工业交换机。
       该系统平台内所有数据以 Web API、http 等方式将分类分项形式通过机电综合网交换机转发至 IBMS 接口、电力监控系统、热力交换站系统，通过（专线）转发至杭州市能源管理综合平台。

3系统管理平台能
       能耗综合管理服务平台满足《能源管理体系 要求》（GB/T23331—2012），作为整个机场能耗统筹管理及日常使用的板块之一，是机场把控的质量控制对象。该系统采用构件化的软件架构，提供成套工具方便用户实现数据模型建立、组件装配、系统界面组态、系统备份等一系列完备功能，在该平台实际开发以及实际应用上，同时保证如下性能。
（1）可靠性。平台具备自诊断功能，依靠诊断工具对 CPU、内存、硬盘、网络等提供后台实时监测及网络、硬件故障预警功能，**平台可持续不间断工作。平台通过对 IIS 应用程序池设置自动定时回收机制，**资源的有效利用和及时回收，避免平台长时间运行导致的资源不足和瘫痪宕机现象。平台通过数据仓储技术和数据预处理技术对数据进行加工处理，提升访问性能和可靠性，主要包括可通过异常数据判定规则对数据品质进行判断，识别出负数、过大、过小、空数等垃圾数据，结合告警规则判断并产生告警事件；将小时、天、月、年等颗粒度的能耗数据按分类、分区域等多种维度进行汇总。
（2）易用性。易用性是平台能的重要体现之一，由系统平台架构师，依据运营方会议或书面形式提供后续设计需要的资料，明确 UI 风格、操作习惯、功能提示等方面，所有的功能界面与操作流程保持一致，并为其提供丰富的列表指示、帮助文档以及符合要求的操作说明书等，使用户操作易于掌握和使用，减轻操作者的负担，软件使用满意度高。
（3）可维护性。该平台可在不影响其他模块的情况下，现有平台中的问题或缺陷，并拥有完善的异常日志管理模块，当出现异常状况时可提供详细的异常信息。同时，可为运营方单独提供操作性强的维护手册，在发生问题后运营方可根据错误代码在手册中检索问题处理的详细步骤与方法。
（4）集成能力。该项目要求平台具备高度集成能力，利用第三方接口服务，直接跳转访问其他系统应用或从其他系统接入数据，平台和应用系统的集成分专业类别不同，也有不同的集成深度，主要包括信息共享、流程统一、数据互动等。





4系统数据处理流程

      数据采集服务主要实现对计量仪表的原始数据、人工录入数据、第三方系统转发数据的采集、存储和转发。平台支持多种标准协议采集或第三方系统数据转发，同时具备快速规约开发能力，根据设计要求，该平台支持通过 Modbus TCP、Modbus RTU、IEC104 等标准协议采集设备数据，支持通过 Web Service、Web API、OPC、ODBC 等标准协议采集第三方系统数据。通过对异常数据或不完整数据进行自动补采，针对无法补采的数据可提供算法修复或人工补录修复，常用的数据修复算法有平均值算法和历史插值算法等。





5平台组态

       能源管理系统采用构件化的软件技术设计，每个功能模块都是由多个质量可靠的独立组件搭建而成，每个组件实现特定的业务。功能业务及界面模块也可自由组态，只需很小的改动即可快速响应用户需求的变更，大幅度提高了软件效率和用户满意度。该机场通过 Pi-ModelManager 工具对区域、分类分项、配电等数据模型进行自定义，自定义内容包括模型类别、名称、数据结构、数据源等。平台组件的数据源及显示方式可根据需要进行组态配置，即同一个组件针对不同应用场景可配置显示单维度数据图、多维度数据图、多种数据呈现方式组合等不同内容及方式表现。平台也可配置多个组件联动显示，当一个组件显示内容发生变化时，会联动其他组件同步刷新显示，实现多个组件之间的互联互通。运营单位可通过 Pi-ModelManager 关联的 SVG 组态工具进行图形组态，该工具提供图元编辑、事件绑定、数据绑定等功能。





6机场能耗管理平台的系统集成

      平台支持应用集成和数据集成两种方式，可集成第三方系统或设备的数据，实现多个系统之间的信息互通和共享。通过“共享 Cookie”的单点登录方式实现与第三方系统的集成，用户在浏览器端输入具备相关权限的账号密码登录平台后，无须再次认证即可访问其他已集成的第三方系统，在同一个系统上实现多个系统的操作和应用。

7机场能耗管理平台管理层的设计
       该系统采用异地容灾、统一管理的方式，每天执行一次增量备份，每 30d 执行一次完整备份，通过网络将备份数据存放至异地 IDC 机房托管，并制订相应的灾难恢复计划。一旦灾难发生，异地数据备份管理软件通过互联网将备份数据传至主机系统，可在短时间内完成数据切换，**系统稳定运行。当系统发生硬件等故障时，系统采集器可支持数据 30d 的存储时间，待恢复正常后进行数据重传。数据采集设备具备良好的自恢复能力，出现异常时，可以自动重连，恢复通信能力，还可以根据需要进行远程系统修改和升级。在整条采集数据链传输采用加密的私有协议，在没有密钥的情况下，无法解析出原始数据，可有效**数据从计量设备到采集器之间的传输。平台提供完善的权限管理和验证功能，严格定义不同 级别用户的页面权限、数据权限和操作权限，确保不同角色用户登录系统后仅能查看和操作已授权的界面和数据，保证平台数据的性。

8能耗预测分析
       机场的能耗预测分析与天气、旅客量、航班数等因素的关联性较大，且与时间呈周期性相关。因此，能源管理系统可根据历史能耗数据，结合未来一段时间的天气情况、航班数等数据预测未来能耗，帮助机场管理人员进行能源调度，合理规划安排照明、空调等设备的启停使用。另外，能耗预测及趋势分析技术还可帮助机场财务人员完成年度用能费用预算。





9安科瑞企业能源管控系统概述

       安科瑞企业能源管控系统采用自动化、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、工艺、车间、产线、班组、重大能耗设备等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、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。

10应用场所
       钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、造纸、化工、物流、食品、水厂、电厂、供热站、轨道交通、航空工业、木材、工业园区、医院、学校、酒店、写字楼以及汽车制造、机电设备、电器产品、工器具制造等离散制造业。

11系统结构
       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：




12、系统功能
       平台采用自动化、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。实时监测企业各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业加强能源管理，提高能源利用效率和节能潜力，为节能改造提供数据依据。
12.1平台登录
      在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。



12.2大屏展示
       用户登录成功之后进入大屏展示页面，展示企业及各区域的能耗折标、产值、异常、排名、占比、通讯情况，点击区域展示该区域的分类能耗、产值等相关信息。



12.3首页
      首页展示峰谷平用电、变压器情况、年能耗趋势、单耗趋势、分类能耗等企业级统计数据。



12.4数据监控
       对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况，同时能更快的掌握点位的报警，并为企业削峰填谷、调整负载等技改措施提供数据支撑。
       能源实时监控：对于水、电、气等能源消耗进行实时监测，确保用能环节的持续稳定运行，显示配电图、能流图、能源平衡网络图、能源计量网络图等功能。
       能流图：需要在能流图上对水、电、气的消耗情况进行实时展示；当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，同时支持APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗报警提示等；
       配电图：将配电房真实情况画入配电图，实时展示接入的门禁、水浸、电水气等仪表的实时参数、门禁水浸状态及能耗数据。
       实时统计：实时统计工厂、车间、工序、设备的当年、季度、月、周、日、班次等能耗值；
       数据展示：通过实时曲线和历史曲线展示不同区域、不同设备的不同的能耗参数；
       检测：对能源报警信息进行集中显示，可以对报警阈值信息进行相关处理操作，可以对报警参数进行在线设置，当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，具备APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗等报警提示；





12.5视频


12.6变压器监控
       展示各电压器的负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析，找出更好的运行模式。根据运行模式调整负载，从而降低用电单耗，使电能损失降低。




12.7仪表实时监控

      展示各个水电气仪表的实时参数变化，以曲线图的方式展示。



12.8能源中控
       将所有有关能源的能源参数集中在一个看板中，能从多个维度对比分析，实现各个产业线的对比，帮助掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。











12.9用能统计
       从能源使用种类、监测区域、车间、生产工艺、工序、工段时间、设备、班组、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。



12.10成本分析
       统计各个监测节点（工厂、车间）的当年、季度、月、周、日各类能源消耗费用，其中电包括峰电量、峰电费、谷电量、谷电费以及平均电量和平均电费。
12.11产品单耗统计
       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。同时将产品单耗与行业/国家/指标对标，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。


12.12绩效分析
       对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、车间，产线、工段、设备等进行日、周、月、年、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，评定能源消耗是否合理。




12.13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。



12.14自定义能耗报表
       用户可通过自定义报表头与列，灵活生产各种报表，查看企业各个节点的能耗，单耗，成本，综合能耗等信息，并同比、环比报表，支持导出报表。



12.15同比、环比
       提供能耗成本的图形对比分析，包括分时段（日、月、年）的同比、环比分析，分类、分时段、分项（地点、机构、设备）统计图形对比分析（柱状图、饼图、堆积图等）。





12.16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、运维情况等进行仔细的统计分析，让用户更加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。



12.17能耗设备用能
        监控耗能设备运行、停机及异常状态，及时解决设备故障停运导致无法正常生产。





12.18线损分析
       根据节点、能源分类，查询各个节点线路上的能源损耗数据，及时发现能量在使用过程中的跑冒滴漏和异常用能等浪费的问题，提醒用户及时进行干预。



12.19碳排放管理
       按照区域对碳排放总量的变化趋势进行统计，并进行同环比分析。对单位产值碳排放量进行计算，并结合减排指标实现标预警，提升区域减排水平，促进碳达峰目标实现。
12.20电能质量监测
       实时监测谐波含量、三相不平衡度、功率因数等，确保功率因数不供电局考核指标，避免被罚款和设备出现故障。
12.21运维管理
       系统支持设备日常巡检计划、派工、消缺、报修、派工等设备运维管理，方便运行管理人员的制定巡检计划、派工，巡检人员执行巡检、完成工单、巡检发现问题消缺，进行故障报修、跟进维修进度，满足日常巡检、设备维修保养需要。



12.22报警管理
      针对于电气正常开展、限电和能耗双控，实现电参量异常报警、电气火灾隐患报警、能耗标报警、限电报警等，帮助企业提前预警，避免发生火灾事故和被罚款导致用能成本过高。支持分级分类报警，可对报警进行派发与闭环处理。



12.23能耗抄表
        可自定义时间段抄仪表的抄表值以及差值，可自定义抄表的分类分项。



12.24能耗分析自定义时间抄表
        可自定义时间段内各个拓扑节点的能耗值，可自定义抄表能耗值的的分类分项。



12.25容需量报表
       提供容需量报表，实时展示容量需量价格的变化情况，帮助企业实现容改需，降低基本电费。
12.26复费率报表
       对尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析，为企业分时用电，优化成本效益提供数据支持。



12.27文档管理
       对国标、能源管理制度、能源指标体系等文件进行归档，可快速查询相关文档。对仪表台账进行系统管理，支持文件的上传和下载。



12.28 3D可视化大屏
       对场景进行虚拟，展示各区域运行及能源消耗情况，可实现分层预览、转场展示、风格切换、智能巡检等效果，支持模型与监测点位的自定义绑定。




12.29 3D子系统
       对各动力子系统进行虚拟，展示子系统的动力管线、设备的实时状态及能源消耗情况，可实现动态的能源流向效果。






12.30工业组态
       可通过图形化的编辑方式自定义组态图，展示设备运行状态及能源消耗情况，可上传自定义素材及绑定监测数据。

12.31自定义驾驶舱
       可通过图形化的操作方式自定义驾驶舱，以折线图、饼图、表格等图形展示采集数据及各类统计数据，数据源包括API、数据库查询、MQTT、Excel等方式。



12.32基础数据管理
       对系统的项目、探测器、设备型号、电参量、节点、能源、公示、及相关参数进行配置、修改、删除等管理、进行用户添加和授权管理、合同管理。


12.33手机APP
       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、产线比对、效率分析、同环比分析、能耗折标、事件记录、运行监视、异常报警、配电图、工艺流程图、能流图。



13、系统硬件配置



14、结论
       随着能耗监测系统发展的深入，各类品牌百家齐放，但对机场项目而言，在整套专业系统的搭建和应用上更注重具有功能强大、可靠、操作方便等特点。文章研究了杭州萧山机场三期（T4）的能耗系统建设实践，对未来新建的民航机场项目具有一定的参考意义。

参考文献
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[2]仝子聪,徐志新,黄旭腾,等.智慧能源管理系统在工程施工中的应用[J].建筑节能,2018,46(8)：142-145.
[3]安科瑞企业能源管控平台.2020.08版.
[4]安科瑞企业微电网设计与选型手册.2022.05版.


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