? ? ? 國家發(fā)改委、國家質檢總局共同印發(fā)《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)推廣建設工作方案》（發(fā)改環(huán)資〔2017〕1711號）、《關于加快推進重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設的通知》（發(fā)改辦環(huán)資〔2019〕424號），要求各地方加快建設重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，嚴格按照相關技術標準規(guī)范和進度要求推進接入端系統(tǒng)建設，確保2020年底前，完成各地區(qū)全部重點用能單位的接入端系統(tǒng)建設，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)每日上傳。
? ? ? 2017年9月由國家節(jié)能中心在贛州組織召開了全國省市地區(qū)的重點用能單位監(jiān)測貫徹指導會議圍繞十三五規(guī)劃綱要，要求加快落實重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，健全能源計量體系。
? ? ? 2018年5月在杭州和重慶召開了《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)標準規(guī)范》宣貫會，由專家組成員從系統(tǒng)建設方案介紹、關鍵技術講解和系統(tǒng)驗收等方面對參會各地職能部門和能源服務建設商做了全面培訓。
圖1：《重點單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)標準規(guī)范系列》
規(guī)范明確指出年綜合能耗超過5000噸標準煤以上的企業(yè)必須參與重點用能在線監(jiān)測，規(guī)范里也分別就鋼鐵、電力、水泥、石化、醫(yī)藥等行業(yè)的數(shù)據(jù)接入分別做了詳細介紹，作為各行業(yè)的接入?yún)⒖贾改稀?/span>
1. 系統(tǒng)描述
? ? ? 水泥的生產工藝主要是兩磨一燒，即經(jīng)過原料的采掘、破碎、磨細和混均制成生料后經(jīng)過1450℃的高溫燒成熟料。熟料經(jīng)過破碎，與石膏或者其他混合材料一起磨細成為水泥。由于生料制備有干濕之別，所以將生產方法分為濕法、半干法或半濕法、干法3種；主要采用回轉窯爐系統(tǒng)。
圖2：水泥生產流程圖
1.1.??系統(tǒng)架構
? ? ? 水泥生產作為流程工業(yè)，DCS服務器通過PLC控制各個環(huán)節(jié)的關鍵設備，進行自動化控制喂料出料來提高生產效率。大型用能設備的能耗數(shù)據(jù)已經(jīng)接入DCS系統(tǒng)，而能耗監(jiān)測系統(tǒng)需要取得其中能耗數(shù)據(jù)并通過因特網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到上級平臺。在數(shù)據(jù)接入和上傳的過程中，DCS作為本地實時控制系統(tǒng)需要保證和外部公網(wǎng)的絕對安全隔離，傳統(tǒng)的PC機難以保證在一側接入公網(wǎng)而另一側不受到公網(wǎng)病毒的攻擊。為了保證生產控制網(wǎng)絡的安全性，能耗監(jiān)測端設備需要實現(xiàn)生產網(wǎng)數(shù)據(jù)到公網(wǎng)數(shù)據(jù)的單向隔離傳輸，確保任何情況下公網(wǎng)側的數(shù)據(jù)都不能流向生產網(wǎng)。SEK-6460端設備采用“2+1”的物理結構來確保能夠滿足上述安全需求。
圖3：系統(tǒng)網(wǎng)絡架構圖
? ? ? 本水泥廠有2套DCS系統(tǒng)分別控制生料和熟料系統(tǒng)的投喂和出料，另外還12個分散的配電間。結合實地考察和物理位置，在全廠鋪設了光纖環(huán)網(wǎng)，中控室作為主節(jié)點，使用環(huán)網(wǎng)確保網(wǎng)絡單點故障所有節(jié)點到主節(jié)點仍然能夠正常通訊。端設備部署在中控室，分散節(jié)點數(shù)據(jù)通過環(huán)網(wǎng)匯聚到主節(jié)點的端設備內網(wǎng)主機，能耗數(shù)據(jù)由內網(wǎng)主機單向隔離擺渡至外網(wǎng)主機，通過能耗在線監(jiān)測管理軟件經(jīng)外網(wǎng)上報到上級平臺。
圖4：水泥廠網(wǎng)絡圖譜圖
1.2內網(wǎng)實時數(shù)據(jù)采集
SEK-6460內網(wǎng)主板操作系統(tǒng)可搭載OPC客戶端軟件和內網(wǎng)版數(shù)據(jù)采集軟件，可以實現(xiàn)局域網(wǎng)內所有DCS和串行儀表的數(shù)據(jù)采集。
(1)?? DCS服務器數(shù)據(jù)：局域網(wǎng)DCS服務器已經(jīng)對現(xiàn)場的各種設備進行數(shù)據(jù)集成，DCS服務器只要有OPC接口或者Modbus TCP通訊接口就可以實現(xiàn)到端設備的數(shù)據(jù)采集。
(2)?? 電量數(shù)據(jù)：工業(yè)現(xiàn)場普遍采用RS485通道以Modbus、DLT645等協(xié)議對現(xiàn)場各種單相/三相多功能電表數(shù)據(jù)采集?？梢愿鶕?jù)需求讀取電流、電壓、功率，以及諧波等數(shù)據(jù)。
(3)?? 水表信息：現(xiàn)場通過RS485，Mbus等通道以CJ188等協(xié)議采集現(xiàn)場流速及累計用水量等信息。
(4)?? 氣表信息：現(xiàn)場通過RS485，Mbus等通道以CJ188等協(xié)議采集現(xiàn)場各種氣表壓力、流速及其他累計量等信息。
1.3硬件隔離環(huán)節(jié)
端設備采用專用的ASIC芯片和DTP隔離硬件，同時有專門的獨立控制電路和讀寫保護電路，切斷網(wǎng)絡之間的通用協(xié)議連接；將數(shù)據(jù)包進行分解或重組為靜態(tài)數(shù)據(jù)；對靜態(tài)數(shù)據(jù)進行安全審查，包括網(wǎng)絡協(xié)議檢查和代碼掃描等；確認后的安全數(shù)據(jù)流入內部單元；內部用戶通過嚴格的身份認證機制獲取所需數(shù)據(jù)。
當用戶的網(wǎng)絡需要保證高強度的安全，同時又與其它不信任網(wǎng)絡進行信息交換的情況下，如果采用物理隔離卡，信息交換的需求將無法滿足；如果采用防火墻，則無法防止內部信息泄漏和外部病毒、黑客程序的滲入，安全性無法保證。在這種情況下，SEK-6460端設備能夠同時滿足這兩個要求，又避免了物理隔離卡和防火墻的不足之處，是絕佳的選擇。
圖5：SEK-6460硬件隔離原理
1.4外網(wǎng)能耗數(shù)據(jù)上傳環(huán)節(jié)
? ? ?外網(wǎng)主機收到內網(wǎng)主機的數(shù)據(jù)后，通過能耗在線監(jiān)測管理軟件按照系統(tǒng)規(guī)范接口協(xié)議和上級平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)對接，同時在本地實現(xiàn)輕量化的能源管理功能。
1.? SEK-6460能耗在線監(jiān)測端設備介紹
? ? ? SEK-6460是根據(jù)國家節(jié)能中心發(fā)布的《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范》中的端設備技術規(guī)范要求設計的一款專用物理隔離網(wǎng)閘產品，該產品采用獨立雙主機“2+1”架構設計，內、外部主機和安全隔離數(shù)據(jù)交互單元構成。安全隔離數(shù)據(jù)交互單元是兩個網(wǎng)絡之間唯一的可信物理信道。SEK-6460具備能源相關數(shù)據(jù)在線采集、處理、驗證、存儲、上傳、網(wǎng)絡隔離和遠程維護等功能。
圖6：SEK-6460產品圖
2.1穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)設計
SEK-6460產品在硬件結構上采用了智能化變電站領域通訊管理機的專用平臺，硬件配置方面通過冗余電源輸入、低功耗無風扇處理器、模塊化設計等技術，進一步強化整機系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行能力。
冗余電源輸入
配備冗余可在線插拔的電源供電模塊，支持交直流110/220V輸入，寬電壓范圍達85~370V，完全可以過濾來自電網(wǎng)的電壓波動對主機系統(tǒng)的運行干擾。在單電源掉電情況系統(tǒng)自動告警并保持繼續(xù)穩(wěn)定運行。更換故障電源模塊時無需系統(tǒng)停機斷電，有效保障設備的穩(wěn)定可靠運行。
低功耗無風扇
中央運算處理器采用超低功耗、無風扇被動散熱模式的處理器，搭配無旋轉組件的固態(tài)硬盤，最大程度避免因風扇、硬盤馬達等旋轉部件因機械故障及灰塵積累等原因導致系統(tǒng)宕機事件發(fā)生。
高電磁兼容標準
系統(tǒng)主機的外漏千兆以太網(wǎng)口、通訊串口、電源輸入模塊等都采用了電源和信號隔離措施，確保設備供電來源及通訊總線不被通訊諧波、浪涌、靜電、電快速瞬變脈沖群干擾破壞。
3.2豐富的軟件功能
? ? ? SEK-6460能耗在線監(jiān)測端設備除提供接入多種通信協(xié)議和上級能耗監(jiān)測平臺對接外，還具有斷點續(xù)傳、實時對時、多數(shù)據(jù)平臺發(fā)送、域名解析、數(shù)據(jù)解析和處理、中轉服務接入功能，同時還具備對智慧能源網(wǎng)關遠程管理、數(shù)據(jù)維護、參數(shù)配置、在線數(shù)據(jù)監(jiān)視、被監(jiān)測設備在線狀態(tài)等功能。通過可視化的配置管理工具實現(xiàn)輕松配置。
圖7 ： iSEKTool配置管理軟件
4.小結
通過本水泥廠的能耗監(jiān)測實施項目我們總結以下建設經(jīng)驗供參考：
綜合布線形式：有線優(yōu)先、就近入網(wǎng)、節(jié)點匯聚。針對設備接入分散，可以考慮使用無線方式將數(shù)據(jù)匯聚到中控室，但是工廠各種高大復雜的金屬設備造成嚴重干擾使得無線傳輸變得極為不可靠。能耗監(jiān)測作為一項長期運行的項目，數(shù)據(jù)的長期穩(wěn)定才是最終實現(xiàn)節(jié)能減排的基本保障。所以必須堅持有線優(yōu)先的原則。
信息安全防護：生產網(wǎng)絡與辦公網(wǎng)絡/Internet一定要做安全隔離防護。生產網(wǎng)絡作為實時控制網(wǎng)絡，只有通過單向隔離設備才能實現(xiàn)與公網(wǎng)的安全隔離，有效杜絕類似各種震網(wǎng)病毒的情況。
數(shù)據(jù)信息共享：有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如DCS、SCADA、配電系統(tǒng)等優(yōu)先利用。在系統(tǒng)設計過程中優(yōu)先使用廠區(qū)現(xiàn)有生產、電力數(shù)據(jù)系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，減少重復建設。
智能化替代：原有舊式計量器具（不具備通訊接口）一定要一次性更換/改造。數(shù)據(jù)的準確性依賴于計量器具/傳感器提供的，要從源頭保證數(shù)據(jù)的精確，實現(xiàn)自動化采集，盡可能減少人工干預操作。