淺談重點用能單位端系統的建設模式
更新時間：2021-04-09
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淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：重點用能單位端系統，是對企業能源轉換、輸配、利用和回收實施動態監測和管理的信息系統，一般由能耗在線監測端設備、計量器具、工業控制系統、生產監控管理系統、管理信息系統、通信網絡及相應的管理軟件等組成。針對其建設模式，從招標工作、建設管理和運行三方面進行分析，對比各種建設模式的優缺點，并提出解決建議。
關鍵詞：能耗在線監測系統；重點用能單位端系統；能耗在線監測端設備；建設模式
0 引言
2017年9月25日，發展改革委、質檢總局聯合印發了《重點用能單位能耗在線監測系統推廣建設工作方案》（發改環資〔2017〕1711號），方案中明確提出，“基本建成連接各省（區、市）、相關部門和行業數據共享的監測系”，“加快推進重點用能單位完善能源計量體系、提高能源管理精細化水平，促進互聯網與節能工作深度融合，提高節能宏觀調控能力，推動完成能源消費總量和強度‘雙控’目標任務”。該方案的發布，標志著全國推廣建設序幕正式拉開。
2018年5月，發改委發布了《重點用能單位能耗在線監測系統技術規范（試行）》，對系統總體架構、省級平臺功能、端設備功能、行業采集指標等進行了規范和指引。各省參照相關技術要求，逐步開展了省級平臺建設和重點用能單位接入等工作。
重點用能單位是整個系統的核心數據來源，但由于其涵蓋的行業廣泛、自身情況復雜且信息化水平參差不齊，因此重點用能單位端系統（以下簡稱“端系統”）的建設是能耗在線監測系統的重點和難點。本研究主要從招標工作、建設管理和運行三方面對端系統的建設模式進行分析，對比各種建設模式的優缺點，并提出解決建議，希望能起到拋磚引玉的作用，為相關政府部門推進端系統的建設提供思路。
1 重點用能單位能耗在線監測系統介紹
重點用能單位能耗在線監測系統采用“平臺+省級平臺+重點用能單位端系統”的架構，為各部委、各級節能主管部門和質監部門、重點用能單位等用戶提供不同層次的服務。
能耗數據的采集、預處理及上傳是通過在用能單位側部署的端系統實現的，按照《重點用能單位能耗在線監測系統技術規范（試行）》，每個用能單位的數據每天上傳一次。總體架構如圖1所示。
圖1 系統總體架構
系統主要有三種業務流向：用能單位數據上傳區政務外網前置機，政務外網前置機雙發平臺和省級平臺，用戶側數據展現。
2 端系統介紹
根據《重點用能單位能耗在線監測系統技術規范（試行）》，端系統是對企業能源轉換、輸配、利用和回收實施動態監測和管理的信息系統，一般由能耗在線監測端設備（以下簡稱“端設備”）、計量器具、工業控制系統、生產監控管理系統、管理信息系統、通信網絡及相應的管理軟件等組成。
而在實際建設中，端系統的建設則主要包括端設備及管理軟件、計量器具、采集器及通信網絡。其中，端設備及管理軟件部署在重點用能單位，實現數據采集、分析、匯總、上傳省級平臺等功能；計量器具指提供標準采集接口的智能儀表；采集器和通信網絡實現將智能儀表的數據上傳至端設備。如圖2所示。
圖2 端系統架構圖
3 端系統建設模式分析
根據圖3可知，端系統實際上包含兩個層面。同時，結合省級平臺，能耗監測系統整體可以抽象為核心層、匯聚層、接入層三個層面，即省級應用平臺為系統的核心層，能耗監測端設備及軟件為系統的匯聚層，企業側的計量器具、采集器及通信網絡等為系統的接入層，具體如圖4所示。
圖4 端系統建設模式一
省級平臺一般都是由政府負責建設，而端系統的建設目前主要有三種模式。
3.1模式一：政府主導端系統建設工作
模式一，即端系統所涉及的端設備及管理軟件、計量器具、采集器及通信網絡全部由政府投資建設。
3.1.1優點
建設階段：政府主導，在把控項目的整體完成方面有較強的主動權。將數據從采集、匯聚、上傳的全套工作交由有經驗的承建單位完成，能有效地規避用能單位在數據采集接入方面的能力弱、拖沓的問題，保證項目進度的統一安排和整體推進，有利于貫徹統一的建設標準及施工質量管控。
運維階段：運維主體單一。單個用能單位的數據采集、匯聚、上傳的全套建設一般是交由一個承建單位完成，因此，每個用能單位的運維工作都由對應的承建單位負責，當出現任何故障時，業主只需委托承建單位處理即可，運維責任清晰，不會出現推諉扯皮的問題。
3.1.2缺點
招標階段：延緩招標進度。用能單位在計量器具、采集器及通信網絡的配備均是個性化方案，因此一般需要在用能單位的初步設計方案完成后進行招標。
建設階段：初步設計方案與施工情況可能存在差異，增加變更工作量。由于計量器具、采集器及通信網絡的配備都與用能單位的內部情況息息相關，因此，用能單位內部的生產調整（比如增加或者減少生產線）都有可能導致施工階段所需的上述設備與原設計內容有所變化。
建成運行階段：存在維護工作量大且分散和國有資產流失的問題。政府部門需要長期投入精力和資金對系統進行維護；同時，企業關停可能導致端系統相關設備的遺失，造成國有資產流失。
3.1.3解決措施建議
分階段招標：對于已經確認了方案的用能單位端系統先招標，并在實施階段同步完成其他批次的方案。
綜合單價采購：通過招標僅確定設備及實施的綜合單價而不直接采購設備，并要求承建單位提供詳細的施工圖設計后，再據實采購設備。同時，要求用能單位簽章確定施工圖方案。
建成運行階段：首先，盡量選取有較強實力的總集成單位，并在招標階段提前確定后期運維費率，保證運維工作的穩定性。其次，通過政策引導用能單位主動上報，例如，逐步推進在線節能考核，以能耗在線監測獲取的數據為主要參考，以此強化在線監測的作用，提高用能單位的重視程度。第三，與節能監察工作相結合。
3.2模式二：用能單位主導端系統建設工作
模式二，即端系統所涉及的端設備及管理軟件、計量器具、采集器及通信網絡全部由政府投資建設。如圖5所示。
圖5 端系統建設模式二
3.2.1優點
招標階段：招標周期不會延緩。政府部門的建設工作僅涉及省級平臺，在完成項目的初步設計批復后即可進行招標。
建設階段：政府部門的建設管理內容相對簡單，工作重點清晰，初步設計方案與實施情況一般較統一，變更工作量較少。
建成運行階段：只涉及省級平臺而不涉及用能單位側的設備，因此系統運維內容單一且集中，也能有效地避免國有資產流失的問題。
3.2.2缺點
數據對接工作推進階段：工作的重點及難點主要在端系統與省級平臺的對接。數據的接入進度及質量方面較難把控，政府部門需要對接多個用能單位，推進協調工作量及難度增加。首先，由于用能單位自身的信息化能力及配合程度參差不齊，能力差、不配合的用能單位其數據接入存在較大困難，可能成為工作推進的瓶頸，進而影響整體數據接入進度。其次，用能單位選取的承建單位的能力水平難以保證，可能存在對相關技術規范理解不到位的情況，進而導致端系統上傳數據工作的反復和數據質量不高。同時，政府部門除了協調用能單位配合，還需要管控用能單位自主實施的建設內容和質量，間接管理督促用能單位選定的承建單位。
建成運行階段：若出現多個端系統故障的情況，政府部門需要首先督促多個用能單位，再由其承建單位進行故障處理，流程繁瑣，時效性較差。
3.2.3解決措施建議
需強有力政策配套等相關保障措施，例如，對端系統的建設給予一定的財政支持。這些保障措施，既要能充分調動用能單位的積極性，同時也要有較強力度的強制性。
在數據對接工作推進階段，提供端系統建設標準的指南，下發并多次開展相關建設標準的宣貫、培訓，加強用能單位及其承建單位對建設標準的重視、理解以及貫徹；定期進行建設質量抽檢。
將政府與用能單位的運維界面及責任通過相關制度文件進行明確，配套相應的政策措施進行保障，并加強日常的節能監察工作予以常態化管理。
3.3模式三：政府配發端設備，用能單位主導采集建設工作
模式三，即端系統所涉及的端設備及管理軟件由政府投資建設，計量器具、采集器及通信網絡則交由用能單位負責建設。如圖6所示。
圖6 端系統建設模式三
3.3.1優點
招標階段：招標周期不會延緩。政府主導的建設內容涉及省級平臺和端設備及管理軟件，屬于相對單一且標準的建設內容，采購內容比較固定，一般不需要分批次招標，因而招標周期較短。
建設階段：首先，初步設計方案與實施情況一般較統一，變更工作量較少。在用能單位側的建設內容僅涉及端設備，且大多數用能單位一般配備1臺端設備，因此通過調研基本能保證方案與實施一致。其次，政府部門能更好地掌控省級平臺與端設備的建設標準及一致性，保證建設同步與聯調配合的順利。
3.3.2缺點
數據對接工作推進階段：工作的重點及難點主要在端設備與計量器具的數據對接。仍然存在用能單位因自身的信息化能力及配合程度參差不齊，影響整體數據接入進度的情況。
建成運行階段：存在維護工作量且分散、協調工作量大及國有資產流失的問題。首先，政府部門需要長期投入精力和資金對部署在用能單位的端設備進行維護。其次，由于用能單位內部的建設一般會存在兩家承建單位（即端設備及管理軟件部分的承建單位，計量器具、采集器及通信網絡部分的承建單位），當出現故障時，需要兩家用能單位配合處理，容易出現推諉扯皮的問題。第三，也可能會出現因企業關停而導致端設備遺失的風險。
3.3.3解決措施建議
數據對接推進階段：需強有力的政策配套等相關保障措施，例如，對用能單位建設內容給予一定的財政支持，同時也要有較強力度的強制性，加強日常的節能監察工作予以常態化管理，提高用能單位的配合度。
建成運行階段：首先，盡量選取有較強實力的總集成單位，并在招標階段提前確定后期運維費率，保證運維工作的穩定性。其次，通過政策引導用能單位主動上報，例如，逐步推進在線節能考核，以能耗在線監測獲取的數據為主要參考，以此強化在線監測的作用，提高用能單位的重視程度。第三，與節能監察工作相結合。
3.4建設模式對比表
表1 建設模式對比表
4 安科瑞重點用能單位能耗在線監測系統
根據《重點用能單位能耗在線監測系統推廣建設工作方案》的要求，重點用能單位接入端系統部署在重點用能單位內部，由重點用能單位負責建設。
主要功能:通過計量儀表、工控系統等采集、匯總本單位能耗數據，將數據上傳至省級平臺，或直接上傳至平臺；重點用能單位接入端系統要通過網閘、防火墻、隔離等安全措施，確保內部系統安全和數據安全；要具備遠程升級維保、一端多傳、接收和省級平臺推送信息和用能單位自身能源管理所需的功能。
安科瑞可為企業接入端系統提供完整解決方案：
4.1端設備
企業接入端系統需要從生產過程控制系統中采集能耗相關數據，考慮到企業生產網絡與辦公網絡(互聯網) 之間并不互通的實際情況，企業接入端系統將通過具備2+1架構的物理隔離裝置--能耗在線監測端設備，實現生產網絡和辦公網絡之間的物理連接，在數據傳遞過程中確保從生產網絡（內網）獲取的能耗數據以單向傳遞、隔離加密、文件擺渡的形式安全傳遞到辦公網絡(外網)，再通過外網主機側的CA數字認證證書進行身份認證識別后上傳至省(市）級平臺。結構如圖所示：
4.1.1端設備硬件參數
(1)單主板采用低功耗處理器；
(2)單主板內存大小4G；
(3)硬盤：64G 固態硬盤；
(4)獨立雙主機“2+1”架構非IP物理隔離；
(5)帶VGA接口，可外接顯示器，便于現場維護操作；
(6)雙冗余開關電源，互為備用、支持熱插拔，保障端設備的可靠性，具有電源故障聲光報警功能；
(7)8路RS485串口；
(8)4路千兆以太網；
(9)4個USB接口，可用于CA證書接口；
4.1.2端設備軟件功能
(1)支持從現場的儀表通過Modbus（GB/T19582）、DL/T645、CJ/T188等協議采集需要的能耗實時數據，并進行匯總生成上報的能耗數據；
(2)支持從能源網關、DTU、SCADA通過Modbus TCP（GB/T19582）、能耗協議等上傳的能耗實時數據，并進行匯總生成上報的能耗數據；
(3)支持從自動化信息系統通過OPC協議采集需要的能耗實時數據，并進行匯總生成上報的能耗數據；
(4)支持手工填報數據：對于不具備在線采集條件的數據，提供手工填報數據上傳；
(5)具有基礎數據處理、本地存儲功能，本地歷史數據可存儲6個月以上；
(6)可根據項目情況錄入企業基本信息、企業生產層級結構、計量器具檔案信息、端設備信息、數據采集項信息等各類基本信息；
(7)按照《NHJC-04-2018 重點用能單位能耗在線監測系統技術規范-端設備接口協議規范》的要求往或省級平臺上傳數據；
(8)支持斷線緩存，保證數據的連續性；
(9)端設備平臺方便用戶使用、配置；
(10)支持人工補錄、遠程升級；
(11)用能數據集抄；
(12)數據上傳日志。
4.2 ANet系列能源網關
ANet系列能源網關，可將企業內分散的能源計量器具集中采集后上傳至端設備，滿足辦公、大型公共建筑、工業企業等能源管理系統中對于水、電、氣、油、冷量、熱量等各種形式的能耗計量及分項數據采集需求，搭配簡單易用的數據配置軟件工具，可以快速配置所需采集數據及上傳數據中心等各項參數信息。
4.2.1能源網關硬件參數
4.2.2軟件功能
(1)支持多種儀表協議：支持 DL/T645 、GB/T 19582-200（Modbus）、 CJ/T 188-2004 等；
(2)Modbus TCP 實時數據轉發；
(3)分項計量 Xml 數據報文定時上傳；
(4)數據AES加密；
(5)斷點續傳；
(6)數據存儲；
(7)遠程配置及維護；
4.2.3相關報告及證書
(1)GB/T 17626.2-2018《電磁兼容試驗和測量技術靜電放電抗擾度試驗》4級。
(2)GB/T 17626.6-2017《電磁兼容試驗和測量技術射頻電磁場輻射抗擾度實驗》3級。
(3)GB/T 17626.4-2018《電磁兼容試驗和測量技術電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗》4級。
(4)GB/T 17626.5-2019《電磁兼容 試驗和測量技術 浪涌（沖擊）抗擾度試驗》4級。
(5)GB 9254-2016《信息技術設備的無線電擾限值和測量方法》合格。
4.3設備選型
5 結束語
端系統的上述常見三種建設模式各有優缺點。具體選擇哪種建設模式，還需要政府部門充分結合地區自身的經濟情況、用能單位配合度等因素綜合考慮。
端系統的建成只是重點用能單位能耗在線監測工作推進的一個基礎，后期還需要相關政策的跟進及宣傳，才能更好地形成政府鼓勵、用能單位認可并積極配合的良性大環境，從而推動能耗在線監測工作的持續發展。
【參考文獻】
[1]盧苗.重點用能單位端系統建設模式探討[J].江蘇通信,2020,36(06):76-81.
[2]安科瑞重點用能單位能耗在線監測系統.2020.10版
