一、背景

当前，随着我国企业工业化水平不断提高，能源的匮乏和社会对能源需求的不断增大已成为制约社会不断进步发展的突出矛盾。根据发达国家的经验，随着企业工业化进程的不断推进和工业生产水平的不断提高，化工能耗的比例将持续增加并达到总能耗的33%左右，最终将超越生产工业、交通等行业而最终成为能耗的首位。其中国家煤电化工和大型企业化工年耗电量约占化工产能总耗电量的22%，每平方米年耗电量是普通居民住宅的10～20倍，是欧洲、日本等发达国家同类化工的1.5～2倍。

在此背景下，根据近30年来能源界的研究和实践，目前普遍认为化工节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式，是缓解社会经济发展与能源供应不足这对矛盾最有效的措施之一，也将成为提高社会能源使用率的首要因素。对此，提出一套全面、配料系统且有效的能耗管理一体化解决方案迫在眉睫。

二、建设目标

本次项目旨在通过该化工能耗综合配料管理系统，搭建一个完整的集化工能耗实时计量配料、统计分析、自动配料系统为一体的实时管理数字化平台，计量配料系统在保障信息安全的前提下实现能耗数据的公开化、透明化，进而实现能耗定额管理和无成本低成本能耗管理，建立一套科学的能耗管理制度体系。

三、总体设计方案

自动配料系统集云计算、物联网技术、智能安全隔离“防火墙”、集中管理模式于一体，采用分层分布式的一体化设计思路，在保障整个配料系统信息安全的基础上，构建了一套可靠性强、效率高、共享度高的生产机构节能监管平台。该平台基于强大的生产化工能耗监测数据库，实现生产化工能耗监测信息化功能，并基于完整的用能在线综合评价模型和节能量在线统计模块逐步开展能效测评、用能标准、能效公示、用能定额、节能服务等各项业务。

整体解决方案的总体架构包括现场设备层、网络通讯层、监控管理层。采用分布式系统拓扑结构，生产ERP自控系统接口、化工物能耗监测系统网络接口利用弱电系统中的设备网络为载体，保证了配料系统的经济性、实用性，可避免重复投资。

3.1现场设备层：

配料控制系统现场数据终端采集设备采用可编程控制器，该硬件设备具有强大的通讯能力：自带RS485通讯接口，支持主从MODBUS-RTU协议；支持数据定时发送；可连接电表、水表、流量计、变频器等，同时可作为DCS或PLC的I/O远程站使用，具有强大的网络能力，支持以太网/GSM无线通讯；配料规模强大，单个站规模AIO:32点/DIO:32点，配料最大规模AIO:16384点/DIO:16384点；且可做到用户程序代码、配置数据永久保存，不受断电影响，CPU模块实时数据保存可选；遵循IEC61131-1国际组态语言标准，保持标准灵活的同时，实现算法的多方位转化，支持子算法块概念，算法图元绑定并可提供接口支持第三方算法接入。

3.2网络通讯层

称重控制系统基于可编程控制器硬件强大的通讯功能，通过标准Modbus-RTU协议主动向安装在受监测点的各用能用水点的具远传功能的计量仪表采集相关数据，并通过GPRS无线模块以GSM通讯方式传输汇总至生产机构节能监管平台集中综合统一处理。GPRS是一种新型的移动通讯业务，在移动用户和数据网络之间建立一种连接，给移动用户提供高速无线IP或X.25服务，GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同时一个无线信道又可以供多个用户共享，资源被有效的利用，数据阐述速率高达160Kbps，使用GPRS通讯方式实现数据的分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，高速且降低服务成本。

基于GPRS的化工能耗节能监管安全系统具有以下特点：

a)永远在线：GPRSDTU一开机即可自动附着至GPRS网络上，并与数据中心建立通信链路，随时接受发送用户数据设备的数据，功能强大，具有高实时性；

b)按流量计费：GPRSDTU一直在线，按照接收和发送的数据包的数量来收取费用，没有数据流量传递时不收取费用，节约成本；

c)高速传输GPRS网络的传输速度最快可达到160Kbps，速度的高低取决于移动运营商的网络设置，根据中国移动的网络情况，目前可提供20~40Kbps的稳定数据传输；

d)组网简单、迅速、灵活，GPRS无线系统可以通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动通信准用网络，为广大中小用户提供接入便利，节省接入投资

3.3监控管理层

生产机构节能监管平台基于监控系统进行集中分析、判断、评估、管理、记录等。监控管理软件集工程管理器、系统硬件配置软件、实时数据库、历史记录组态、设备管理器、画面开发系统、报警组态管理软件、算法编辑器、时间序列分析软件、WEB服务器于一体，单一软件即可实现现场数据采集、算法执行、实时数据库和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、画面显示、趋势曲线和报表输出以及监控网络等功能。各部分分别运行在不同的硬件平台上，通过控制网络和配料系统网络交互各种数据、管理和控制信息，协调一致地完成整个化工能耗节能监管安全系统的各项功能。

四、上料系统功能

化工能耗节能监管配料系统集监、控、管于一体。主要实现以下功能：

1）全面管理各类用能设备，建立全景数据库，采集能耗监测数据，建立能耗数据模型，为后期能耗数据分析、节能诊断提供数据基础。

2）开展能耗数据统计分析工作，分析、判断和评价能源消耗的构成、变化规律以及能源利用效率等，为后期节能改造的效果评估提供定性或定量的依据。

3）针对能耗数据分析的结果，判定能源消耗水平，对能源消耗情况提出一套完整的诊断流程，并开展节能诊断工作，得出节能诊断结果。

4）整合各类化工配料管理系统，建立能源消耗评价体系，根据节能诊断结果，对化工节能进行优化设计，得出节能改造方案。

5）落实节能方案，改造用能设备，管理用能习惯，通过智能化配料系统全面实现化工节能目标。

化工能耗节能监管安全系统功能树

五、监控界面

本次建设的生产机构节能监管平台的监控界面主要包括：能耗总览、地图总览、基本信息、能耗动态、生产能耗分析、化工能耗分析、能耗考核、能耗接收和上传、系统管理。通过这些功能模块，可以实现能耗数据的采集、监测、统计、分析、诊断，为化工能源管理和节能改造提供有力的数据支持和科学依据。