淺談工業能源管理系統在大型機場中的應用

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來，隨著我國機場建設腳步的加快，機場建設中對能耗管理的自動化程度和要求越來越高。機場在運營中會消耗大量的水、電、氣等各種資源，如何降低機場運營成本，在保持高質量服務水平的基礎上減少能耗，將“耗能大戶"轉化為“節能大戶"已成為機場運營管理工作之一。文章利用國內前沿科技，綜合了其他大型項目多位能耗設計專家的經驗，為蕭山國際機場三期（T4）能耗計量系統打造出了一套適應性強的平臺系統，經過平臺多階段測試，可保證能耗管理系統正式上線后持續為機場提供穩定的運行服務，減輕機場能耗管理的負擔。

關鍵詞：綠色機場；能耗管理；系統平臺；能源管理系統；數據采集；數據分析；節能減排；數字化；智慧工廠

1、項目概況

杭州蕭山國際機場三期（T4）項目位于浙江省杭州市 蕭山區機場原址，總建筑面積達 150 萬 m2 ，本期建設范圍為新建航站樓及陸側交通工程旅客航站樓及北三指廊。該項目為浙江省大通道建設十da標志性項目，也是第 19 屆亞洲運動會重要基礎配套項目，三期擴建整體項目按滿足2030 年機場旅客吞吐量 9000 萬人次要求設計，主要建設新建航站樓（設計能力 5000 萬人次）、陸側交通 53 萬 m2 、商業開發（賓館及辦公）17 萬 m2 、能源以及相關市政配套設施等，同時在新建航站樓地下配套建設機場高鐵站。三期擴建項目投運后，蕭山機場將成為華東地區僅次于浦東機場的航空樞紐。蕭山機場以“平安、綠色、智慧、人文"四型機場建設作為工作清單，在綠色機場建設方面，杭州蕭山國際機場三期（T4）已獲得國內綠色建筑設計評價標識。

2、系統架構及設計要點

能耗管理整套系統由安科瑞提供，系統覆蓋本期建設全部智能電表與水表（智能電表 3080 塊，智能水表 518塊），根據項目整體設計原則，能耗管理系統前端采集信號均采用無鹵低煙阻燃耐火 B 級控制線纜敷設；將前端數據通過控制線纜采集至弱電間內的派諾通信管理機，由通信管理機的網絡端口上傳至機場三期的機電綜合網，網絡傳輸層及核心層均采用赫斯曼專業級工業交換機。

該系統平臺內所有數據以 Web API、http 等方式將分類分項形式通過機電綜合網核心交換機轉發至 IBMS 接口、電力監控系統、熱力交換站系統，通過外網（專線）轉發至杭州市能源管理綜合平臺。

1. 系統管理平臺性能

能耗綜合管理服務平臺滿足《能源管理體系 要求》（GB/T23331—2012），作為整個機場能耗統籌管理及日常使用核心的板塊之一，是機場把控的質量控制對象。該系統采用構件化的軟件架構，提供成套工具方便用戶實現數據模型建立、組件裝配、系統界面組態、系統備份等一系列完備功能，在該平臺實際開發以及實際應用上，同時保證如下性能。

（1）可靠性。平臺具備自診斷功能，依靠診斷工具對 CPU、內存、硬盤、網絡等提供后臺實時監測及網絡、硬件故障預警功能，保障平臺可持續不間斷工作。平臺通過對 IIS 應用程序池設置自動定時回收機制，保障資源的有效利用和及時回收，避免平臺長時間運行導致的資源不足和癱瘓宕機現象。平臺通過數據倉儲技術和數據預處理技術對數據進行加工處理，提升訪問性能和可靠性，主要包括可通過異常數據判定規則對數據品質進行判斷，識別出負數、過大、過小、空數等垃圾數據，結合告警規則判斷并產生告警事件；將小時、天、月、年等顆粒度的能耗數據按分類、分區域等多種維度進行匯總。

（2）易用性。易用性是平臺性能的重要體現之一，由系統平臺架構師，依據運營方會議或書面形式提供后續設計需要的資料，明確 UI 風格、操作習慣、功能提示等方面，所有的功能界面與操作流程保持一致，并為其提供豐富的列表指示、幫助文檔以及符合要求的操作說明書等，使用戶操作易于掌握和使用，減輕操作者的負擔，軟件使用滿意度高。

（3）可維護性。該平臺可在不影響其他模塊的情況下，修復現有平臺中的問題或缺陷，并擁有完善的異常日志管理模塊，當出現異常狀況時可提供詳細的異常信息。同時，可為運營方單獨提供操作性強的維護手冊，在發生問題后運營方可根據錯誤代碼在手冊中檢索問題處理的詳細步驟與方法。

（4）集成能力。該項目要求平臺具備高度集成能力，利用第三方接口服務，直接跳轉訪問其他系統應用或從其他系統接入數據，平臺和應用系統的集成分專業類別不同，也有不同的集成深度，主要包括信息共享、流程統一、數據互動等。

4、系統數據處理流程

數據采集服務主要實現對計量儀表的原始數據、人工錄入數據、第三方系統轉發數據的采集、存儲和轉發。

平臺支持多種標準協議采集或第三方系統數據轉發，同時具備快速規約開發能力，根據設計要求，該平臺支持通過 Modbus TCP、Modbus RTU、IEC104 等標準協議采集設備數據，支持通過 Web Service、Web API、OPC、ODBC 等標準協議采集第三方系統數據。通過對異常數據或不完整數據進行自動補采，針對無法補采的數據可提供算法修復或人工補錄修復，常用的數據修復算法有平均值算法和歷史插值算法等。

5、平臺組態

能源管理系統采用構件化的軟件技術設計，每個功能模塊都是由多個質量可靠的獨立組件搭建而成，每個組件實現特定的業務。功能業務及界面模塊也可自由組態，只需很小的改動即可快速響應用戶需求的變更，大幅度提高了軟件效率和用戶滿意度。該機場通過 Pi-ModelManager 工具對區域、分類分項、配電等數據模型進行自定義，自定義內容包括模型類別、名稱、數據結構、數據源等。平臺組件的數據源及顯示方式可根據需要進行組態配置，即同一個組件針對不同應用場景可配置顯示單維度數據圖、多維度數據圖、多種數據呈現方式組合等不同內容及方式表現。平臺也可配置多個組件聯動顯示，當一個組件顯示內容發生變化時，會聯動其他組件同步刷新顯示，實現多個組件之間的互聯互通。運營單位可通過 Pi-ModelManager 關聯的 SVG 組態工具進行圖形組態，該工具提供圖元編輯、事件綁定、數據綁定等功能。

1. 機場能耗管理平臺的系統集成

平臺支持應用集成和數據集成兩種方式，可集成第三方系統或設備的數據，實現多個系統之間的信息互通和共享。通過“共享 Cookie"的單點登錄方式實現與第三方系統的集成，用戶在瀏覽器端輸入具備相關權限的賬號密碼登錄平臺后，無須再次認證即可訪問其他已集成的第三方系統，在同一個系統上實現多個系統的操作和應用。

1. 機場能耗管理平臺管理層的設計

該系統采用異地容災、統一管理的方式，每天執行一次增量備份，每 30d 執行一次完整備份，通過網絡將備份數據存放至異地 IDC 機房托管，并制訂相應的災難恢復計劃。一旦災難發生，異地數據備份管理軟件通過互聯網將備份數據傳至主機系統，可在短時間內完成數據切換，保障系統穩定運行。當系統發生硬件等故障時，系統前端采集器可支持數據 30d 的存儲時間，待恢復正常后進行數據重傳。數據采集設備具備良好的自恢復能力，出現異常時，可以自動重連，恢復通信能力，還可以根據需要進行遠程系統修改和升級。在整條采集數據鏈傳輸采用加密的私有協議，在沒有密鑰的情況下，無法解析出原始數據，可有效保障數據從計量設備到采集器之間的傳輸。平臺提供完善的權限管理和驗證功能，嚴格定義不同 級別用戶的頁面權限、數據權限和操作權限，確保不同角色用戶登錄系統后僅能查看和操作已授權的界面和數據，保證平臺數據的性。

1. 能耗預測分析

機場的能耗預測分析與天氣、旅客量、航班數等因素的關聯性較大，且與時間呈周期性相關。因此，能源管理系統可根據歷史能耗數據，結合未來一段時間的天氣情況、航班數等數據預測未來能耗，幫助機場管理人員進行能源調度，合理規劃安排照明、空調等設備的啟停使用。另外，能耗預測及趨勢分析技術還可幫助機場財務人員完成年度用能費用預算。

9、安科瑞企業能源管控系統概述

安科瑞企業能源管控系統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

10、應用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業、木材、工業園區、醫院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業。

11、系統結構

現場通過廠區局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

系統可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

12、系統功能

平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理。實時監測企業各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節能改造提供數據依據。

12.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

12.2大屏展示

用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業及各區域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、產值等相關信息。

12.3首頁

首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業級統計數據。

12.4數據監控

對企業各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

• 能源實時監控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網絡圖、能源計量網絡圖等功能。

• 能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗報警提示等；

• 配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數、門禁水浸狀態及能耗數據。

• 實時統計：實時統計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

• 數據展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區域、不同設備的不同的能耗參數；

• 檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關處理操作，可以對報警參數進行在線設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗等報警提示；

12.5視頻監控

接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

12.6變壓器監控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

12.7儀表實時監控

展示各個水電氣儀表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

12.8能源中控

將所有有關能源的能源參數集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現各個產業線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

12.9用能統計

從能源使用種類、監測區域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

12.10成ben分析

統計各個監測節點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

12.11產品單耗統計

與企業MES系統對接，通過產品產量以及系統采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。同時將產品單耗與行業/國家/國際指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

12.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、指ding時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

12.13運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視?？芍苯訌膭討B監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

12.14自定義能耗報表

用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產各種報表，查看企業各個節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環比報表，支持導出報表。

12.15同比、環比

提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環比

12.16分析報告

以年、月、日對企業的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統計分析，讓用戶更加了解系統的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

12.17能耗設備用能

監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

12.18線損分析

根據節點、能源分類，查詢各個節點線路上的能源損耗數據，及時發現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。

12.19碳排放管理

按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，并進行同環比分析。對單位產值碳排放量進行計算，并結合減排指標實現超標預警，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

12.20電能質量監測

實時監測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

12.21運維管理

系統支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養需要。

12.22報警管理

針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業提前預警，避免發生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發與閉環處理。

12.23能耗抄表

可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

12.24能耗分析自定義時間抄表

可自定義時間段內各個拓撲節點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

12.25容需量報表

提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業實現容改需，降低基本電費。

12.26復費率報表

對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析，為企業分時用電，優化成本效益提供數據支持。

12.27文檔管理

對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統管理，支持文件的上傳和下載。

12.28 3D可視化大屏

對場景進行虛擬仿真，展示各區域運行及能源消耗情況，可實現分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監測點位的自定義綁定。

12.29 3D子系統

對各動力子系統進行虛擬仿真，展示子系統的動力管線、設備的實時狀態及能源消耗情況，可實現動態的能源流向效果。

12.30工業組態

可通過圖形化的編輯方式自定義組態圖，展示設備運行狀態及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監測數據。

12.31自定義駕駛艙

可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類統計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

12.32基礎數據管理

對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、能源、公示、及相關參數進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

12.33手機APP

APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、產線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

12.34知識產權證書

13、系統硬件配置

14、結論

隨著能耗監測系統發展的深入，各類品牌百家齊放，但對機場項目而言，在整套專業系統的搭建和應用上更注重具有功能強大、可靠、操作方便等特點。文章研究了杭州蕭山國際機場三期（T4）的能耗系統建設實踐，對未來新建的民hang機場項目具有一定的參考意義。

參考文獻

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[3]安科瑞企業能源管控平臺.2020.08版.

[4]安科瑞企業微電網設計與選型手冊.2022.05版.

作者簡介:任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司。