一种重点用能单位能耗在线监测端设备系统的制作方法

1.本实用新型涉及能耗在线监测技术领域，具体为一种重点用能单位能耗在线监测端设备系统。


背景技术：

2.现有技术中，为了使政府部门摸清能耗底数、开展节能形势分析及预测预警，同时为用能单位加强能源日常监控管理等，提出了一种单位能耗在线监测系统。但是，目前市面上的能耗监测系统都只是停留在企业层面的能源消耗情况进行单纯的监测和简单分析，并不能满足国家发改委主导的重点用能单位能耗在线监测项目需求，且缺乏安全性和可扩展性。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种重点用能单位能耗在线监测端设备系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种重点用能单位能耗在线监测端设备系统，包括：
6.端设备、通讯端以及数据采集层，所述端设备与通讯端建立通信链路，所述数据采集层与通讯端连接通信；
7.所述数据采集层，用于负责采集现场计量仪表以及工业控制系统的能耗数据并上传到通讯端；
8.所述通讯端，用于获取所述数据采集层采集到的能耗数据根据规约，并上传到端设备；
9.所述端设备，包括工控机以及安全隔离网闸；其中
10.所述工控机，用于接收数据采集层上传的所述能耗数据进行采集、处理以及
11.用于人机交互；以及
12.所述安全隔离网闸，用于在所述能耗数据经内网主机(或工控机)采集、处理后计算、整理，再经过安全数据交换单元传输至外网主机进行数据编码、打包，最后上云平台。
13.优选的，所述安全隔离网闸包括：
14.以太网交换机，与所述工控机和内网主机连接，用于将工控机和内网主机接入到通讯端上；
15.内网主机，与所述工控机连接，用于与工控机的数据交换，并获取通讯端上传的能耗数据；以及
16.外网主机，与内网主机连接，用于获取在经所述内网主机采集处理，并通过安全数据交换单元上传的能耗数据，所述外网主机将所述能耗数据再进行编码、打包，最后通过无线模块上至云平台。
17.优选的，所述通讯端包括：
18.以太网，用于所述工控机和内网主机通过以太网交换机连接接入；以及
19.通讯管理机，通过以太网交换机连接到以太网，用于获取所述数据采集层采集的能耗数据，并上传至端设备。
20.优选的，所述端设备还包括：
21.显示屏，与工控机连接，用于显示数据以及与工控机进行人机交互；以及
22.ups电源，与工控机和安全隔离网闸相连，用于供电。
23.优选的，所述现场计量仪表包括：
24.电表、水表、燃气表、液体流量计和热力表，与通讯管理机相连，用于采集电、水、燃气、液体和冷热量能耗数据；以及
25.所述工业控制系统包括：
26.包括分布式控制系统、现场总线控制系统、制造企业生产过程执行管理系统和可编程逻辑控制器，用于采集企业的能耗数据。
27.优选的，所述电表、水表、燃气表、分布式控制系统、现场总线控制系统、制造企业生产过程执行管理系统和可编程逻辑控制器与所述通讯管理机有线连接，所述液体流量计和热力表与通讯管理机无线连接。
28.优选的，所述液体流量计连接有lora模块，所述热力表连接有nb
‑
iot模块，所述lora模块和 nb
‑
iot模块和通讯管理机连接的无线网关建立通信连接。
29.为实现上述目的，本实用新型还提供如下技术方案：
30.一种重点用能单位能耗在线监测方法，包括以下步骤：
31.通过数据采集层负责采集现场计量仪表以及工业控制系统的能耗数据并上传到通讯端；
32.通讯端获取所述数据采集层采集到的能耗数据根据规约，并上传到端设备；
33.端设备通过工控机接收数据采集层上传的所述能耗数据进行采集、处理以及人机交互；以及
34.通过安全隔离网闸在所述能耗数据经内网主机采集、处理后计算、整理，再经过安全数据交换单元传输至外网主机进行数据编码、打包，最后上云平台。
35.优选的，所述能耗数据包括采集的电、水、燃气、液体和冷热量能耗数据；
36.以及采集的企业的能耗数据。
37.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
38.本实用新型，端设备占地小、安装方便、硬件架构具有可扩展性；稳定性好，具有ups不间断电源并符合电磁兼容性标准要求，能够在严苛的工业环境下持续稳定运行；安全性高，“2+1”安全隔离结构，加上防火墙，可阻止外部网络的攻击并进行内外数据安全交换。
39.本实用新型，在结构上具有稳定性、安全性、可扩展性的特点，不仅可以实现能耗数据的上报，而且能实现能耗数据可视化展示和分析。
附图说明
40.图1为本实用新型系统网络架构图；
41.图2为本实用新型端设备硬件结构框图；
42.图3为本实用新型具体应用示例图；
43.图4为本实用新型端设备硬件及功能配置图；
44.图5为本实用新型端设备主要运行软件流程图；
45.图6为本实用新型监测方法的流程图。
具体实施方式
46.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
47.请参阅图1～6，本实用新型提供一种技术方案：
48.一种重点用能单位能耗在线监测端设备系统，主要由端设备、通讯端以及数据采集层组成，具体如下：由安全隔离网闸、显示屏、gprs
‑
dtu无线模块、ups组成，通常以组屏方式实现，特点是占地面积小，安装方便，适宜、改造项目。
49.一种重点用能单位能耗在线监测方法，包括：
50.s101、通过数据采集层负责采集现场计量仪表以及工业控制系统的能耗数据并上传到通讯端；
51.s102、通讯端获取所述数据采集层采集到的能耗数据根据规约，并上传到端设备；
52.s103、端设备通过工控机接收数据采集层上传的所述能耗数据进行采集、处理以及人机交互；以及
53.s104、通过安全隔离网闸在所述能耗数据经工控机采集、处理后计算、整理，再经过安全数据交换单元传输至外网主机进行数据编码、打包，最后上云平台。
54.具体的：
55.端设备是设置在重点用能单位的信息节点。重点用能单位的能耗相关数据通过有线或无线网络传输到端设备，实现对采集到的数据进行汇总、验证、筛选、整理打包后，采用https将数据上传至系统的云平台。该端设备支持sql、opc、modbus、dl/t 645、cj/t188协议，在接入互联网之前采用防火墙隔离来自互联网的网络攻击。
56.数据采集层中企业能耗数据由两种方式采集：在线直接采集和人工填报。
57.(1)在线直接采集方式
58.通过对接智能仪表、工业(控制)系统、生产监控管理系统、管理信息系统等，将企业的能耗相关数据采集到端设备，汇总处理计算后自动传输至系统云平台，此处系统云平台为省级平台或国家平台 (简称“省平台/国家平台”)。
59.1)系统对接
60.工业(控制)系统：设有分布式控制系统(dcs)、现场总线控制系统(fcs)、制造企业生产过程执行管理系统(mes)、可编程逻辑控制器(plc)等工业控制系统的企业，可将erp的成本模块、 mes计划模块里的每个生产单元的生产计划、me设备模块里的设备检修计划等信息，通过sql或 opc协议接入端系统。
61.2)仪表采集
62.端设备提供rs232/485、以太网等多种数据采集接口，并支持modbus(gb/t19582)、dl/t645、 cj/t188、bacnet、hart、modbus tcp(gb/t19582)、mqtt、https等通讯协议。同时
支持 gprs
‑
dtu无线通讯模式。可对电能表、水表、燃气表、热(冷)量表等不同功能智能仪表进行数据采集。
63.端设备提供数据接入软件配置工具，支持多种标准通讯协议的软件配置界面，配置完毕后，可运行基于sql、opc、modbus、dl/t645、cj/t188协议的数据接入执行模块，按照配置制定的规则，定时从数据采集点获取数据，送入数据处理模块，进行必要的运算处理，生成符合规范要求的上传数据，经过安全数据交换单元进行安全交换，再送入数据上传模块进行编码上传。
64.(2)人工填报方式
65.对于部分能源品种能耗量、产品产量、经济指标、部分能效指标等暂时无法通过在线直接采集方式获得的企业，支持通过人工填报的方式，由企业相关人员直接向端系统填报数据。
66.硬件部分
67.(3)主要设备
68.序号名称型号1安全隔离网闸jd
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kemsp/012gprs
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dtu无线模块fz
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5303工控机
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4显示屏
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5以太网交换机
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69.3)安全隔离网闸
70.安全隔离网闸是自主研发的物联网信息化安全系列的产品成员。如图2该产品是一款基于工业物联网架构设计，采用“2+1”(双主机+隔离板)架构实现的工业级软硬件一体化设备。
71.硬件采用标准19英寸的2u机柜，具备6路千兆网络接口、具备双机热备、8路485/232接口、2 个外部usb接口。电源为交直流220v宽压供电，且具备双电源接入接口(单电源状态蜂鸣报警)。系统采用专用隔离设备分隔内端主机系统和外端主机系统，内外网主机采用非ip层的网络国密通信协议，让支持传统网络结构的所有协议均失效，从原理上实现切断所有的tcp连接，包括udp、icmp等其他各种协议，使各种恶意程序无法通过安全隔离网闸进入内网侧。系统支持设备密钥、工程参数的管理、备份与恢复。
72.4)gprs
‑
dtu无线模块
73.fz
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530gprs
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dtu无线模块，硬件方面采用st高集成度cortex m3位微处理器，系统数据总线不引出，串行非易失性norflash作参数存储，铝壳全屏蔽内部设计紧凑，模块emc抗干扰能力达4 级。软件内嵌tcp/ip协议栈，程序架构采用自主调度方式，能做到模块高速启动，缩短上线延时时间，数据终端永远在线。系统具有开机自检功能，结合外置硬件看门狗芯片进一步保证程序的稳定长期运行。
74.5)以太网交换机、工控机、显示屏、打印机、ups电源
75.以太网交换机、工控机、显示屏、打印机、ups电源均选用国内知名品牌产品即可。此为本领域常见技术或设备，此处不再赘述。
76.(4)软件部分
77.本端设备软件部分采用现有技术软件，是基于c语言开发，核心设备安全隔离网闸的编辑组态运行环境、工控机操作系统均为windows 7/10。端设备主要运行软件流程如图5所示。
78.端设备上电运行后，安全隔离网闸的内网主机通过串口、以太网口接收现场仪表、通讯管理机、工控机人工填报的数据，经过一定的运算处理后，经隔离板(安全数据交换单元)“摆渡”至外网主机进行数据编码、打包、存储，在预定的时间通过有线专线或无线方式加密上传是省级或国家级能耗监测平台。
79.如图3所示，具体应用示例为云锡集团铜业分公司能耗在线监测端系统架构图，此示例为铜业分公司能耗在线监测端系统建设项目。数据采集层主要是现场的计量仪表和各工业系统，包括铜业公司总降压站电力系统、制酸dcs控制系统、熔炉dcs控制系统、电解dcs控制系统、空压机群控制系统以及分散电表；通讯层主要有以太网交换机、通讯管理机，负责数据采集和规约转换；端设备层主要由端设备组成，作用是能耗数据采集、处理、汇总、编码上传省级平台。
80.端设备为端系统的核心设备，通过仪表数据的在线直接采集、工业系统的数据对接、人机界面的人工填报把企业的能耗数据汇总至端设备内网主机处进行计算、整理，再经过安全数据交换单元传输至外网主机进行数据编码、打包，最后上传至上级政府平台。
81.本实施例中，国家级/省级能耗监测平台是现有技术，是国家或各省级发改委、节能主管部门依据《重点用能单位能耗在线监测系统技术规范》而设计、搭建的。
82.国家级平台主要功能是接入、汇总、分析各省级平台或重点用能单位直接上传的数据，为能源消费总量与强度“双控”及重点用能单位节能管理等工作提供支持。
83.省级平台主要功能是接收本区域内重点用能单位上传和能源供应单位提供的数据，支持按统一的技术标准通过前置机向国家平台发送数据，为本省节能主管部门、质监部门、重点用能单位等提供支持服务。
84.本实用新型，是国家重点用能单位能耗在线监测项目企业侧数据上报的核心设备，与其它的能耗在线监测系统不同的是，端设备完全符合国家发改委发布《重点用能单位能耗在线监测系统技术规范》要求，满足重点用能单位能耗在线监测项目中企业侧能耗数据上传政府平台的需求。
85.本实用新型，端设备集成物联网多种应用技术，具有现场数据采集、存储、处理、分析、网络安全隔离、数据应用展示、数据编码上传等功能，为政府部门摸清能耗底数、开展节能形势分析及预测预警、提高节能宏观调控能力，实现“十三五”能源消费总量和强度“双控”目标任务、用能权交易、碳排放权交易、能源计量管理、培育和发展节能环保战略性新兴产业等提供及时准确的数据支持；同时也为用能单位加强能源日常监控管理、提升能源管理精细化水平、开展能源审计、能效对标等提供支撑服务。
86.本实用新型，在结构上具有稳定性、安全性、可扩展性的特点，不仅可以实现能耗数据的上报，而且能实现能耗数据可视化展示和分析；端设备的核心产品安全隔离网闸通过了《公安部计算机信息系统安全产品质量监督检验中心检验报告》认证，并取得《计算机信息系统安全专用产品销售许可》，具备安全性。建设后期也可以根据企业需求，在能耗数据采集的基础上建立企业能源管理系统，完成能耗数据政府平台上报的同时实现企业自身的能源精细化管理。
87.本实用新型，解决了重点用能单位能耗在线监测项目中企业能耗数据上传上级政府平台的问题，适用重点用能单位“企业接入端系统”建设。端设备具有现场数据采集、存储、处理、分析、网络安全隔离、数据应用展示、数据上传等功能，为政府部门摸清能耗底数、开展节能形势分析及预测预警、提高节能宏观调控能力等提供及时准确的数据支持；同时为用能单位加强能源日常监控管理、提升能源管理精细化水平、节能改造等提供支撑服务，切实促进企业提质增效降本。
88.本实用新型，端设备占地小、安装方便、硬件架构具有可扩展性；稳定性好，具有ups不间断电源并符合电磁兼容性标准要求，能够在严苛的工业环境下持续稳定运行；安全性高，“2+1”安全隔离结构，加上防火墙，可阻止外部网络的攻击并进行内外数据安全交换。
89.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。