天然气净化行业电耗实时监测系统的设计

马睿+颜亚男

摘要： 当前国内不少天然气净化企业的能耗管理水平还处于传统的人工抄表阶段，监控力度有限，能源损耗大，针对这种落后的能耗管理现状，并结合当前的信息化技术设计了一套天然气净化过程中电耗实时监测系统，该系统通过智能电力数据采集设备和网络传输技术实现天然气净化过程中各项电耗数据的实时采集和电耗装置的远程控制。重点阐述了天然气净化过程中电耗实时监测系统的设计方案，该实时监测系统能及时获得天然气净化过程中各种装置设备的电耗数据，实现对天然气净化生产中装置设备的电耗状态的实时监测，为天然气净化行业的电耗管控和电耗优化提供数据支撑和决策支持。

Abstract： The current domestic energe consumption management level of many natural gas purification enterprise is still in the stage of traditional manual meter reading， and monitoring efforts are limited， large energy loss， according to the present situation of energy management of this backward， and design a set of natural gas purification power consumption real-time monitoring system in the process combinating information technology at present， the system get the implementation of the power consumption data of real-time acquisition and the remote control of power device in the process of purificating natural gas through intelligent power data acquisition equipment and network transmission technology. Design focuses on the power consumption real-time monitoring system of natural gas purification process， this real-time monitoring system can timely access to power consumption data of natural gas purification process in a variety of devices， achieving real-time monitoring to the state of purification equipment in purificating natural gas， providing data support and decision support for the power consumption control and optimization of the natural gas purification industry.

关键词： 天然气净化；电耗；实时监测系统；智能电力数据采集

Key words： natural gas purification；power consumption；real-time observation system；intelligent power data acquisition

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）01-0134-03

0 引言

当前信息化技术和工业智能化高速发展，但是不少企业的信息化建设依然滞后。有人采用灰色关联分析法分析了一次能源消费与国民经济发展的关系，认为与国民经济发展关系最大的是石油，其次为电力，最后是煤炭[1]。当前关于能效管理的研究领域也较多，但总体上以提高能源使用效率和用户的设备管理效率为主[2]。天然气净化企业是属于高耗能的企业，耗能主要表现在水、电、气三方面。随着国家节能减排政策的推进，很多企业和单位都建立了相关的能耗运行管理制度。先进的能耗管理既能帮助工业用户掌握自身电力设备的运行状况，又能监测生产过程中的电力使用分布情况，使得用户可以及时更换高耗能低效率的设备以及调整生产过程中不合理的方案，使整个系统高效经济地运行，为用电单位能源网络的设计、优化、改造提供全面的基础数据和分析数据，为企业的安全、可靠、高效地用电提供全面的科学指导[3]。在线监测主要是通过在工作流程或業务流程的关键点上安装监测仪器，采集所需监测的数据并实时发送到接收终端的过程。在线监测业务就是对监测过程中实时采集到的相关数据进行分析，了解运行情况，为改进生产流程和业务及提高企业管理水平提供帮助。当前能耗监测技术正向着信息化、智能化的方向发展，但是不少天然气净化企业的能耗管理水平还处于传统的人工抄表阶段，监控力度有限，能源损耗大。

本文设计了一套天然气净化行业电耗实时监测系统，通过智能电力数据采集设备和有线网络传输技术实现天然气净化过程中电耗数据的实时采集和电耗装置的远程实时监控。

1 系统需求分析

设计天然气净化行业电耗实时监测系统的目的是为了通过利用该系统实现天然气净化行业电耗能效数据的实时监控，节约企业电力资源，降低企业生产成本，提高企业能源优化水平和管理水平。

1.1 系统业务需求

通过对天然气净化行业业务需求的调研，总结电耗实时监测系统的业务需求如下：endprint

本系统采用B/S模式，服务器端支持实时数据库和关系数据库，在各个电耗装置设备单元建立电耗监测点，通过有线网络传输方式将采集到的数据发送到实时数据库，本在线监测系统集监测数据实时采集与传输、存储、全天24小时不间断的实时监控、实时数据转换成关系数据、数据处理与分析统计、电耗异常情况报警等诸多业务功能于一体。电耗监控人员利用该系统可以在线实时监测生产作业区内各种电耗装置设备的电耗状况，当电耗装置设备处于非正常工作状态时，针对异常情况及时向监控人员发出警报提醒信息。同时还可以对所监测设备的电耗情况进行各种分析，包括总体耗电情况分析、装置设备单元电耗分析、各种设备的电耗占比分析、同一设备历年电耗情况对比分析、同期比分析、环比分析等。

总之，该系统可以为电耗监控人员以最快的速度及时发现并处理相关情况提供技术支持，为企业电耗监管决策提供有力的数据支撑，大幅提高天然气净化企业电耗监管水平，从而达到节能减排的目标，提升企业生产的经济效益。

1.2 系统性能需求

响应快：系统响应速度快，能够在规定的响应时间内实时迅速地发送出被监测到的实时数据。

容量大：由于电耗装置设备多，采集时间密度大，需要存储的实时数据量非常大，因此需要提供足夠大的存储空间来满足海量数据的存储要求。

多样化：这里的多样化是指所采集的指标参数多样化，实时采集的参数包括：电压、电流、零序电流、功率因数、有功功率、无功功率、日历时钟等。

2 系统总体设计

每个电耗装置单元安装智能电表，通过智能电力数据采集设备实时采集电耗装置单元的电压、电流、功率和用电量等基础数据，通过有线网络将这些采集到的数据传送实时数据库，然后经过总线连接到中控室的监控主机，用户在中控室里即可实时监控到天然气净化生产过程中各电耗装置设备单元的的电耗状况，实现生产管理的智能化。

2.1 系统设计原则

正文内容为了保障天然气净化电耗实时监测系统能有效地运行，在设计系统时必须遵循以下基本原则：

规范性原则：为满足国家对电力能效监测系统的技术规范、安全规范及相关行业规范等，系统架构设计各部分内容，应遵循相关规范。

实用性原则：坚持实用性原则，在实用的基础上考虑先进性和前瞻性，切实满足实际工作需求。

灵活性原则：便于与企业内部其它统建系统进行高度统一对接。

可扩展性原则：系统应采用柔性设计，拥有良好的可扩展性，具备业务处理的灵活配置力，能随着业务需求变化灵活调整与扩展。随着生产规模的增大，监控范围的扩增，数据采集点的增加，系统只需要做很小的修改就可以适应扩大生产规模后的实时监测需求。

可靠性原则：系统应满足应用时可靠运行的要求，系统关键环节软硬件资源设计采用高可靠性方案，保证系统运行时高度可靠。

安全性原则：结合天然气净化耗电实时监测系统业务应用的特点，采用相关安全机制和技术手段保障系统的网络安全、数据安全、物理安全。

2.2 系统整体架构

正文内容电耗实时监测系统采用三层架构，即数据采集层、网络传输层、站控管理层。系统架构如图1所示。

数据采集层：将采集到的数据转换为可以被安全传输至实时数据库的格式，并实时地发送采集到的数据。

网络传输层：采集完数据并且对数据进行格式化后，采用有线传输方式，将格式化后的数据传送到实时数据库。

站控管理层：在实时数据库的支撑下，数据按照一定规则转换到关系数据库，用户根据不同的业务需要，可以选择访问实时数据库或者关系数据库，实现对电耗装置设备电耗情况的实时监控。

2.3 系统功能模块

基本信息管理：对电耗计量器具和电耗装置设备的基本信息进行采集和管理。

电耗数据监测：在线实时监测作业内各种电耗设备的电耗状况，根据采集回来的数据选择时间和设备编号名称就可以对各种设备的电耗数据进行在线监控。通过对各电耗装置设备的用电情况进行在线实时监测，用户可以实时了解天然气净化生产过程中各电耗装置设备的耗电情况。在实时监控的基础上，提供部分节能优化方案辅助业务人员决策，尤其是重点电耗设备的参数优化等。

电耗统计分析：在数据入库前提下，实现权限用户对能耗相关数据的检索查询。支持按照生产单位、生产部、作业区、耗电设备类别、时间（周期）、节能资料类别等方式进行查询，以电耗计量网络图和表格的方式显示查询结果， 并实现数据下钻查询浏览，以及常规表格化数据导出。同时提供电耗数据多种指标的统计分析（生产单位、非生产单位分别统计），内容包括包括总体耗电情况分析、装置设备单元电耗分析、各种设备的电耗占比分析、重点耗电系统和站库指标综合分析以及指标异常分析、同一设备历年电耗情况对比分析、同期比分析、环比分析等，并通过图表相结合的方式展示给用户。

电耗预警：实时监测各电耗装置设备是否处于正常工作状态，针对异常情况及时向用户发出警报提醒信息。

用户管理：对系统的用户信息进行管理。

3 系统安全分析

根据天然气净化行业的生产工艺特性可知，整个生产工艺流程具有压力高、温度高，时常伴有可燃气体泄漏，易发生火灾爆炸等事故，因此在天然气净化厂区严格禁止使用无线传输设备，以免造成安全事故。为了在保障生产安全的同时也保证网络安全，整个厂区内全部采用有线网络传输方式进行实时数据的传输。同时为了防止厂区数据库服务器遭受到外围攻击和破坏，在数据库服务器和用户主机之间设置防火墙，确保实时监测系统服务器的安全运行和数据安全。

4 结语

综上所述，本文重点对天然气净化行业电耗实时监测系统的业务需求进行了描述，然后对系统架构、功能模块进行了设计，最后对系统的安全性进行了分析。通过该系统可以对天然气净化生产过程中各种电耗装置设备单元的电耗状态进行实时监控，实时掌握厂区的能耗情况；对利用智能电力数据采集设备采集到的电耗基础数据进行计算分析，深度了解天然气净化工艺流程的能耗水平，为企业节电诊断和电耗管理决策提供数据支撑。进而提高用电效能，节省生产成本，提升企业节能管控效益。目前依然还是处于人工在线监测阶段，没有实现机器智能化监测，下一步将考虑结合大数据和人工智能进行更深入研究。

参考文献：

[1]熊华文，郁聪. 建设p能型社会面临的问题及对策[J]. 宏观经济管理，2006（3）：31-33.

[2]张曦.大型公共建筑能耗监测系统的开发[D].成都电子科技大学，2011：45-55.

[3]李妙.我国能源消费结构调整的问题与对策[[J].企业家天地，2011（9）：16-17.endprint