淺談用能單位端系統的建設模式

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘要：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；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《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《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用能單位接入等工作。       

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，為相關部門推進端系統的建設提供思路。 

1 用能單位能耗在線監測系統介紹       

用能單位能耗在線監測系統采用“平臺+省級平臺+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、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《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《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3 能耗在線監測系統分層示意圖

圖4 端系統建設模式一       

省級平臺一般都是由負責建設，而端系統的建設目前主要有三種模式。 

3.1模式一：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投資建設。 

3.1.1優點       

建設階段：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。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       3

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。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：部門的建設管理內容相對簡單，工作清晰，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，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，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，部門需要首先督促多個用能單位，再由其聯系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：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。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，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，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 安科瑞用能單位能耗在線監測系統       

根據《用能單位能耗在線監測系統推廣建設工作方案》的要求，用能單位接入端系統部署在用能單位內部，由用能單位負責建設。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；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 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騷擾限值和測量方法》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.用能單位端系統建設模式探討[J].江蘇通信,2020,36(06):76-81.

[2]安科瑞用能單位能耗在線監測系統.2020.10版