【前言】：为了全面落实党中央、国务院加强生态文明建设的决定，深入推进资源节约集约利用，按照“十三五”规划纲要的要求，国家发展改革委在重点用能单位能耗在线监测的工作思路即在试点工作的基础上，以重点用能单位能耗在线监测系统建设标准规范为依托，以物联网、云计算等先进技术为支撑，到“十三五”末期，基本建成覆盖国家、省（区、市）、全部重点用能单位的能耗在线监测系统，实现对全国重点用能单位能源消费情况的实时监测，提高能源数据的准确性、及时性，实现部门信息共享，为政府部门强化能源管理，企业节能降本增效，社会公众加强节能意识提供基础支撑。

【摘要】：重庆市重点用能单位能耗在线监测系统（一期工程）完成了此系统云平台的初步建设，并通过试点接入5家重点用能企业，二期工程共计要接入74家企业，系统使用华电众信SEK-6460作为企业的能耗平台端设备。SEK-6460是独立三主机“3+1”（外部处理单元、内部处理单元、隔离安全数据交换单元、防火墙单元）架构，适用于重点耗能单位、大型工业企业、安全生产监管单位等领域的能管中心采集器、仪表、OPC Server系统等其他系统接入。

1.   系统架构

图1 能耗监测系统架构图

能耗监测系统架构总体上可以分为计量层、采集器层、传输层、平台层四个层次，描述了从计量器具、采集器、能耗在线监测端设备、省平台、国家平台及用户认证USB Key的整个系统的框架。

计量层由各种能耗计量的计量器具组成，主要有：计量煤、电、水、天然气等能源消费数值的仪表。采集器层是采集器与计量器具之间物理连接方式。通过无线或有线的方式主动传输给数据采集服务程序，每家用能企业需要多个采集器用来采集不同生产环节、不同能源计量器具的读数。采集器和计量器具的连接方式主要有以下几种：

RS485/232：RS485总线是工业现场应用最为广泛的通信介质，单根总线可挂载32个从设备计量器具，通信距离理论上可以达到1200m,考虑到现场电磁环境干扰，建议超过200m的总线上增加中继器或者铺设光纤使用光电转换器。RS232是只能进行一对一的通信，抗扰能力较差，建议在计量器具端加装RS232转RS485转换器。

红外：适用近距离无障碍通信，对于无法铺设通信线路，或者没有485接口的情况，红外模块和具红外接口的计量器具可以实现一对多通信。

摄像直读：对于现场一些指针或者码盘式仪表不具备通信功能的计量器具，如水表、压力表等。摄像直读模块使用图像识别的方式后，再和采集器以约定的协议如Modbus、CJ188等进行通信。

以太网：现场已经有第三方采集器(如电力系统通信网关机、PLC)，采集器不能直接和计量器具通信。采集器和第三方采集器在局域网内多以网络协议Modbus TCP通信读取数据。

OPC/ERP系统：企业现场已有DCS自控系统时，多提供OPC数据接口。采集器多是嵌入式Linux设备无法直接和OPC对接，这种情况下使用端设备直接和DCS系统的OPC接口对接。对于企业ERP里的产量信息等能耗数据也要直接和端设备直接对接。

端设备接入因特网通过VPN的方式连接省平台和国家平台服务器，访问政府端平台必须要有USB key的登录认证，保证了政府侧平台的安全性。

2.  SEG-500轻量型智慧能源网关

SEG-500，是一款轻量型智慧能源数据采集通信网关，满足国家办公机关、大型公共建筑、工业企业等能源管理系统中对于水、电、气、油、冷量、热量等各种形式的能耗计量及分项数据采集需求，搭配简单易用的数据配置软件工具，可以快速配置所需采集数据及上传数据中心等各项参数信息。

图2 SEG-500 产品图

硬件：

1）100-240 交直流自适应电源

2）2*RS485 2KV隔离串口：满足各种计量仪表（电表、水表等）的数据接入

3）2*RJ45以太网接口：可分别用作调试和数据传输

4）支持GPRS/3G/4G无线模块

软件：

1）支持多种仪表协议：支持DL/T645、 GB/T 19582-200（Modbus）、CJ/T188-2004  等

2）Modbus TCP 实时数据转发

3）分项计量Xml数据报文定时上传，其他自定义协议

4）与百度天工、阿里云的MQTT发布、订阅

5）www.segyun.com云端远程管理设备

3. SEK-6460能耗监测端设备

SEK-6460是一款独立三主机“3+1”（内网主机、外网主机、防火墙主机、隔离安全数据交换单元）架构，适用于重点耗能单位、大型工业企业、安全生产监管单位等领域。内部处理单元与采集器和OPC Server系统接入；外网单元通过防火墙和政府侧平台对接。

内网主机负责和采集器或者OPC等系统对接，外网运行的平台的企业端应用，内外网直接采用私有协议，使用FPGA物理隔离通道，只允许内网到外网单向流通数据，确保内网的安全性。外网主机再通过防火墙保护接入政府侧平台。

图3 SEK-6460端设备前视图

图4 SEK-6460端设备后视图

硬件：

1）双冗余电源供电

2）工业级独立多主板架构

3）FPGA隔离加密高速总线背板

4）低功耗无风扇设计，智能状态监测

5）2kV隔离通信设计，整机通过EMC4级检验认证

软件：

1）配置/维护接口：具有本地接口和远程维护功能

2）多数据中心转发：最多同时支持5个数据中心上传数据

3）内网支持OPCClient功能对接OPCServer系统

4）外网能耗监测软件可直接与国家能耗监测平台对接

5）防火墙主机直接支持IPSecVPN 、SSLVPN、VLAN

4.  组网模式

a)     组网模式1

图5 组网模式1

上图为最常见模式，采集器直接通过RS485和仪表计量器具通信。采集器和端设备前置服务器在同一个局域网内。端设备通过前置机和省平台国家平台建立有的VPN隧道实现能耗数据安全上送。

典型应用案例：重庆三峡纺织技术有限公司

主要设备：

b)    组网模式2

图6 组网模式2

上图组网结构在采集器和仪表方便使用485总线直接通信，无法布线的地方就使用红外转换模块，在采集器和企业局域网之间由于布线困难，使用无线射频设备接入，使采集器加入企业局域网。端设备通过前置机和省平台国家平台建立有的VPN隧道实现能耗数据安全上送。

典型应用案例：重庆市渝琥玻璃有限公司

主要设备：

c)     组网模式3

图7 组网模式3

上图组网结构中采集器和下端计量设备间采用485总线连接；现场的水表是老式拨码转盘式水表，不具备通信功能，为了实现自动化采集数据使用图像识别模块读数仪表读数，使用CJ188协议和采集器通信；另外一些水表、气表使用Mbus通信接口，采集器使用的是RS485接口，所以需要在采集器端加一个Mbus和RS485的电平转换模块。

采集器安装位置由于现场条件限制(距离远，建筑物遮挡)，采集器只能通过运营商的2G/3G/4G信号拨号上网连入Internet。采集器和端设备建立的通信链路里，前者作为客户端，后者作为服务器端；前置机在企业内网，但是可以利用企业端固定IP地址的防火墙设备做地址端口映射，使采集器和前置机之间直接建立通信链路。

其他MES系统，OPC服务器系统加入到前置机局域网进行相应的数据交互。OPC系统通过OPC Client和OPC Server的方式进行数据交互。其他系统通过定制的程序接口或者通过企业侧平台的手工录入功能填报数据。

典型应用案例：重庆建峰工业集团有限公司

主要设备：

5. 小结

SEK-6460能耗监测端设备三合一主机，作为企业能源管理中心的核心设备，提供了多种现场数据采集接收的解决方案，作为企业端平台软件的运行载体以及和政府侧平台对接接口。可以为能耗费结构等数据，进行整理、汇总与分析，生成动态的数据曲线和报表，初建立有效的预测分析机制，实现了能源在线监测管理、节能目标管理等功能。