【前言】：為了全面落實黨中央、國務(wù)院加強生態(tài)文明建設(shè)的決定，深入推進資源節(jié)約集約利用，按照“十三五”規(guī)劃綱要的要求，國家發(fā)展改革委在重點用能單位能耗在線監(jiān)測的工作思路即在試點工作的基礎(chǔ)上，以重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依托，以物聯(lián)網(wǎng)、云計算等先進技術(shù)為支撐，到“十三五”末期，基本建成覆蓋國家、?。▍^(qū)、市）、全部重點用能單位的能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對全國重點用能單位能源消費情況的實時監(jiān)測，提高能源數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時性，實現(xiàn)部門信息共享，為政府部門強化能源管理，企業(yè)節(jié)能降本增效，社會公眾加強節(jié)能意識提供基礎(chǔ)支撐。

【摘要】：重慶市重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（一期工程）完成了此系統(tǒng)云平臺的初步建設(shè)，并通過試點接入5家重點用能企業(yè)，二期工程共計要接入74家企業(yè)，系統(tǒng)使用華電眾信SEK-6460作為企業(yè)的能耗平臺端設(shè)備。SEK-6460是獨立三主機“3+1”（外部處理單元、內(nèi)部處理單元、隔離安全數(shù)據(jù)交換單元、防火墻單元）架構(gòu)，適用于重點耗能單位、大型工業(yè)企業(yè)、安全生產(chǎn)監(jiān)管單位等領(lǐng)域的能管中心采集器、儀表、OPC Server系統(tǒng)等其他系統(tǒng)接入。

1.?? 系統(tǒng)架構(gòu)

圖1?能耗監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)圖

能耗監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)總體上可以分為計量層、采集器層、傳輸層、平臺層四個層次，描述了從計量器具、采集器、能耗在線監(jiān)測端設(shè)備、省平臺、國家平臺及用戶認(rèn)證USB Key的整個系統(tǒng)的框架。

計量層由各種能耗計量的計量器具組成，主要有：計量煤、電、水、天然氣等能源消費數(shù)值的儀表。采集器層是采集器與計量器具之間物理連接方式。通過無線或有線的方式主動傳輸給數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序，每家用能企業(yè)需要多個采集器用來采集不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)、不同能源計量器具的讀數(shù)。采集器和計量器具的連接方式主要有以下幾種：

RS485/232：RS485總線是工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最為廣泛的通信介質(zhì)，單根總線可掛載32個從設(shè)備計量器具，通信距離理論上可以達到1200m,考慮到現(xiàn)場電磁環(huán)境干擾，建議超過200m的總線上增加中繼器或者鋪設(shè)光纖使用光電轉(zhuǎn)換器。RS232是只能進行一對一的通信，抗擾能力較差，建議在計量器具端加裝RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器。

紅外：適用近距離無障礙通信，對于無法鋪設(shè)通信線路，或者沒有485接口的情況，紅外模塊和具紅外接口的計量器具可以實現(xiàn)一對多通信。

攝像直讀：對于現(xiàn)場一些指針或者碼盤式儀表不具備通信功能的計量器具，如水表、壓力表等。攝像直讀模塊使用圖像識別的方式后，再和采集器以約定的協(xié)議如Modbus、CJ188等進行通信。

以太網(wǎng)：現(xiàn)場已經(jīng)有第三方采集器(如電力系統(tǒng)通信網(wǎng)關(guān)機、PLC)，采集器不能直接和計量器具通信。采集器和第三方采集器在局域網(wǎng)內(nèi)多以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議Modbus TCP通信讀取數(shù)據(jù)。

OPC/ERP系統(tǒng)：企業(yè)現(xiàn)場已有DCS自控系統(tǒng)時，多提供OPC數(shù)據(jù)接口。采集器多是嵌入式Linux設(shè)備無法直接和OPC對接，這種情況下使用端設(shè)備直接和DCS系統(tǒng)的OPC接口對接。對于企業(yè)ERP里的產(chǎn)量信息等能耗數(shù)據(jù)也要直接和端設(shè)備直接對接。

端設(shè)備接入因特網(wǎng)通過VPN的方式連接省平臺和國家平臺服務(wù)器，訪問政府端平臺必須要有USB key的登錄認(rèn)證，保證了政府側(cè)平臺的安全性。

2.??SEG-500輕量型智慧能源網(wǎng)關(guān)

SEG-500，是一款輕量型智慧能源數(shù)據(jù)采集通信網(wǎng)關(guān)，滿足國家辦公機關(guān)、大型公共建筑、工業(yè)企業(yè)等能源管理系統(tǒng)中對于水、電、氣、油、冷量、熱量等各種形式的能耗計量及分項數(shù)據(jù)采集需求，搭配簡單易用的數(shù)據(jù)配置軟件工具，可以快速配置所需采集數(shù)據(jù)及上傳數(shù)據(jù)中心等各項參數(shù)信息。

圖2 SEG-500?產(chǎn)品圖

硬件：

1）100-240?交直流自適應(yīng)電源

2）2*RS485 2KV隔離串口：滿足各種計量儀表（電表、水表等）的數(shù)據(jù)接入

3）2*RJ45以太網(wǎng)接口：可分別用作調(diào)試和數(shù)據(jù)傳輸

4）支持GPRS/3G/4G無線模塊

軟件：

1）支持多種儀表協(xié)議：支持DL/T645、?GB/T 19582-200（Modbus）、CJ/T188-2004??等

2）Modbus TCP?實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

3）分項計量Xml數(shù)據(jù)報文定時上傳，其他自定義協(xié)議

4）與百度天工、阿里云的MQTT發(fā)布、訂閱

5）www.segyun.com云端遠程管理設(shè)備

3. SEK-6460能耗監(jiān)測端設(shè)備

SEK-6460是一款獨立三主機“3+1”（內(nèi)網(wǎng)主機、外網(wǎng)主機、防火墻主機、隔離安全數(shù)據(jù)交換單元）架構(gòu)，適用于重點耗能單位、大型工業(yè)企業(yè)、安全生產(chǎn)監(jiān)管單位等領(lǐng)域。內(nèi)部處理單元與采集器和OPC Server系統(tǒng)接入；外網(wǎng)單元通過防火墻和政府側(cè)平臺對接。

內(nèi)網(wǎng)主機負(fù)責(zé)和采集器或者OPC等系統(tǒng)對接，外網(wǎng)運行的平臺的企業(yè)端應(yīng)用，內(nèi)外網(wǎng)直接采用私有協(xié)議，使用FPGA物理隔離通道，只允許內(nèi)網(wǎng)到外網(wǎng)單向流通數(shù)據(jù)，確保內(nèi)網(wǎng)的安全性。外網(wǎng)主機再通過防火墻保護接入政府側(cè)平臺。

圖3 SEK-6460端設(shè)備前視圖

圖4 SEK-6460端設(shè)備后視圖

硬件：

1）雙冗余電源供電

2）工業(yè)級獨立多主板架構(gòu)

3）FPGA隔離加密高速總線背板

4）低功耗無風(fēng)扇設(shè)計，智能狀態(tài)監(jiān)測

5）2kV隔離通信設(shè)計，整機通過EMC4級檢驗認(rèn)證

軟件：

1）配置/維護接口：具有本地接口和遠程維護功能

2）多數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)發(fā)：最多同時支持5個數(shù)據(jù)中心上傳數(shù)據(jù)

3）內(nèi)網(wǎng)支持OPCClient功能對接OPCServer系統(tǒng)

4）外網(wǎng)能耗監(jiān)測軟件可直接與國家能耗監(jiān)測平臺對接

5）防火墻主機直接支持IPSecVPN?、SSLVPN、VLAN

4.??組網(wǎng)模式

a)?????組網(wǎng)模式1

圖5?組網(wǎng)模式1

上圖為最常見模式，采集器直接通過RS485和儀表計量器具通信。采集器和端設(shè)備前置服務(wù)器在同一個局域網(wǎng)內(nèi)。端設(shè)備通過前置機和省平臺國家平臺建立有的VPN隧道實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)安全上送。

典型應(yīng)用案例：重慶三峽紡織技術(shù)有限公司

主要設(shè)備：

?

b)????組網(wǎng)模式2

圖6?組網(wǎng)模式2

上圖組網(wǎng)結(jié)構(gòu)在采集器和儀表方便使用485總線直接通信，無法布線的地方就使用紅外轉(zhuǎn)換模塊，在采集器和企業(yè)局域網(wǎng)之間由于布線困難，使用無線射頻設(shè)備接入，使采集器加入企業(yè)局域網(wǎng)。端設(shè)備通過前置機和省平臺國家平臺建立有的VPN隧道實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)安全上送。

典型應(yīng)用案例：重慶市渝琥玻璃有限公司

主要設(shè)備：

?

c)?????組網(wǎng)模式3

圖7?組網(wǎng)模式3

上圖組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中采集器和下端計量設(shè)備間采用485總線連接；現(xiàn)場的水表是老式撥碼轉(zhuǎn)盤式水表，不具備通信功能，為了實現(xiàn)自動化采集數(shù)據(jù)使用圖像識別模塊讀數(shù)儀表讀數(shù)，使用CJ188協(xié)議和采集器通信；另外一些水表、氣表使用Mbus通信接口，采集器使用的是RS485接口，所以需要在采集器端加一個Mbus和RS485的電平轉(zhuǎn)換模塊。

采集器安裝位置由于現(xiàn)場條件限制(距離遠，建筑物遮擋)，采集器只能通過運營商的2G/3G/4G信號撥號上網(wǎng)連入Internet。采集器和端設(shè)備建立的通信鏈路里，前者作為客戶端，后者作為服務(wù)器端；前置機在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，但是可以利用企業(yè)端固定IP地址的防火墻設(shè)備做地址端口映射，使采集器和前置機之間直接建立通信鏈路。

其他MES系統(tǒng)，OPC服務(wù)器系統(tǒng)加入到前置機局域網(wǎng)進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)交互。OPC系統(tǒng)通過OPC Client和OPC Server的方式進行數(shù)據(jù)交互。其他系統(tǒng)通過定制的程序接口或者通過企業(yè)側(cè)平臺的手工錄入功能填報數(shù)據(jù)。

典型應(yīng)用案例：重慶建峰工業(yè)集團有限公司

主要設(shè)備：

?

5. 小結(jié)

SEK-6460能耗監(jiān)測端設(shè)備三合一主機，作為企業(yè)能源管理中心的核心設(shè)備，提供了多種現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集接收的解決方案，作為企業(yè)端平臺軟件的運行載體以及和政府側(cè)平臺對接接口。可以為能耗費結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)，進行整理、匯總與分析，生成動態(tài)的數(shù)據(jù)曲線和報表，初建立有效的預(yù)測分析機制，實現(xiàn)了能源在線監(jiān)測管理、節(jié)能目標(biāo)管理等功能。