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能耗管理系统在煤矿行业中的应用

更新时间:2023-09-18      点击次数:194

煤炭在我国能源体系中占有主体地位,煤炭企业作为能源行业的重要组成部分,在产生能源的同时,也在消耗大量能源。建设能耗管理系统,利用完善的数据采集网络获取生产过程的重要参数和相关能源数据,经过处理、分析并结合对生产工艺过程用能评估,实时提供在线能源系统平衡信息和调整决策方案。将企业内部各个单元的不同能源系统相互关联,确保能源系统平衡调整的科学性、及时性和合理性,从而实现从单纯设备监控转向过程和系统综合监控。并继续向管控一体化方向发展,合理利用预测模型和平衡模型等技术,优化节能调度和用能平衡,为煤炭企业节能降耗提供决策依据,促进煤矿企业能效水平的总体提升;落实了国家绿色低碳的发展理念,适应了能耗总量和强"目标的要求。

1、能耗管理系统设计

能耗管理系统通过采集煤矿地面、井下各个变 所供电回路的电能数据,直观展示各个生产环节的能耗情况,充分挖掘应用能耗基础数据,实现全矿、各用电单位、各工序等不同类别、有效的耗能统计和分析,为煤矿行业提供能耗管理、分析等方面的专业化服务,通过能源监视、统计分析、管理及考核等功能应用,完善能源管理体系,提高能源管理水平,促进企业节能降耗、降本增效,从而达到提高能耗管理工作效率和管理科学化的目的。系统设计采B/S架构,易于部署,维护方便,支持多种通信协议,方便从计量终端获取相关能源数据,可提供与其他系统对接相关数据的标准接口,方便与其系统进行数据对接,实现数据共享。系统设计采用三层结构,数据采集与传输层、数据处理层和数据分析展示层,如1所示。

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数据采集与传输层用来采集用电设备的电量数据,对重要用能设备采集设备的实时负荷、电压等信息。支持从井下、地面电力监控系统获取电量数据,也支持从电表等电能计量终端采集电量数据;电量采集的方式通过中间数据库的方式,通 Restful API 接口方式,通DL/T 645Modbus等规约MQTT协议方式获取数据。系统除了能够采集电能数据,也支持水、蒸汽、瓦斯气、油等能耗数据的采集。数据处理层对采集到的数据进行处理,主要包括电量数据的合理性检查,异常数据的清洗过滤等;数据累积与计算,对电量数据进行尖峰平谷时段累加统计,按工作班组时段累加统计等;对采集到的数据按照对应的工序、班组分类保存。数据分析展示层用来展示煤矿整体能源消耗情况,为煤矿企业节能降耗提供辅助决策依据。系统支持使用各种饼图、棒图、曲线图等展示电量数据,可以对不同工序、区队电量进行同比、环比、类比数据分析,采用能流图展示不同类别的能耗使用情况,可以将各种能源消耗统一折算成标准煤能耗进行展示。

2、数据的采集

2.1 仪表的采集

系统支持通 DL 634 5104DLT-645modbus等协议直接采集表具数据,对现场表具能耗数据的采集方法连接方式,将一个计量回路的表手拉"相连接后与选用的网关相连接,通过网关连接网络交换机实现数据的采集和通信。

需要注意的是,为提高通信质量的稳定性,计量表具连接的线路一般不超 400 m,连接少20 个计量表具,连接时对每根线的两端标示,便于后期维护和故障排查。

2.2 信息系统对接

对接现有的管理信息系统( ERPMIS),生产监控系统(SISMES),生产过程控制系统(DCSPLC),通过数据接口(OPC、数据库)的形式或其他标准数据接口,根据相关的通信协议格式,将各系统数据进行融合,将数据接入企业能源管理系统中。

2.3 接口的对接

通过与其他系统对接相关数据的标准接口,以便与相关系统进行数据对接。采用中间库对接的方式,其工作包含:

1)写入源数据。源数据系统将各企业能源消费的数据写入中间库制定的表结构中,并获取成功状态。

2)通知数据写成功。源数据系统接口 WebService客户端根据预定的协议通知中间库服务端源数据已写成功。

3)通知取数据。中间"某项源数据已保存成功后,作Web Service客户端向目标数据系统发送取数据通知。

4)取数据。目标数据库系统收到取数据通知后,及时到中间库制定表结构中取数据,如2所示。

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中间数据库结构源数据系统服务。是指提供数据的系统接口根据预定的频率和选择的数据类型,从本地数据库进行查询统计,向中间库插入或更新数据。作Web Service客户端,通知中间库客户端的写数据已完成中间库服务。提供管理中间库的界面和支持接收数据插入成功的通知,并向目标数据系统服务器发送取数据通知。作Web Service客户端,向目标数据系统服务器端发送取数据通知,同时作Web Service服务端,接收源数据写入成功的通知目标数据系统服务,是指接收数据的系统(平台服务器)。作为数据接口将中间库服务器中的数据,保存到自己系统中合理的表结构中。同时,作 Web Service服务端,向中间数据库数据系统服务器端返回写入成功信息。

3、能耗管理系统实现的功能

3.1 综合看板

综合看板功能模块主要为各级领导(厂级、车间级)提供可视化的能源综合看板,各级领导能够通过综合看板一个画面就能够直观、有效地了解企业用能情况。综合看板的内容包括能源消费总量指标、能源消费强度、能源利用效率、能源结构、能源成本以及主要能耗指标的变化趋势。系统可以用数据大屏的方式展示各种能耗分析数据,图形展示方式包括饼图、柱状图、曲线图等多种方式,展示数据包括全矿用电情况、能源结构占比、工序能耗占比、各用电单位能耗占比;还可以展示各种能耗数据的同比、环比等对比信息,实现了煤矿能耗管理一张图。

3.2 计量器具管理

计量器具管理功能包括计量器具台账管理、计量器具状态监2 个子功能。计量器具台账管理。建立和维护计量器具(仪表)台账。支持分类管理(电、水、气、热等)和分级管理。计量器具状态监测。以列表或计量网络图的形式实时监测计量器具工作的工作状态(正常和故障),有故障及时报警提示。

3.3 数据采集管理

数据采集管理包括台账管理、状态监 2 个子功能。采集设备台账管理。实现数据采集设备台账的立和维护。支持建立采集设备和计量器具的关联关系。采集设备状态监测。实现数据采集设备的工作状态(正常、故障)的实时监测和故障报警提示。

3.4 远程监视管理

3.4.1 远程实时监视

按照用能单元远程实时监视各计量器具运行情况,以及关联测点监测参数的当前值,监测参数异常持分类分级管理。

3.4.2 远程自动抄表

按照用能单元自动生成对应远程抄表统计表,抄表周期可根据需求进行选择,远程抄表统计表。支持分类、分级、按时间段查询,并支Excel导出。

3.4.3 用能层级管理

系统采用可定制的层级管理方法,根据不同的需求划分不同的层级,按照井下采掘、运输、通风、排水等工序,地面洗煤、装机等工序设定生产工序的层级;也可以按照机电队、综采队等设定用电单位来的层级;可以根据层级进行电能量的统计计算与分析。

3.5 集中报警管理

系统针对各个层级均可设置用电指标和电量预警指标,用电指标可以和实际电量进行对比分析,预警指标用于告警提示,在某个层级电量达到预警指标告警限值后,系统会自动进行告警,提示电量即将超限 1)集中报警管理可实现实时报警的处理、报警查询、报警统计功能。

2)实时报警处理。对量器具状态异常、采集设备状态异常、网络通信异常、监测数据异常、能耗指标 常等各类异常及时报警通知,支持记录报警处理过程及结果。

3)历史报警查询。查询历史报警记录及处理结果。

4)历史报警统计。对历史报警记录进行分类统计。

3.6 辅助录入管理

实际产量录入。实现辅助录入和查询本单位的各类产品的实际产量。支持分级录入,支持按照价值分

配理论和方法把中间产品自动核算为产品。其他指标录入。录入和管理其他需要手工录入的指标(如经济指标等)。

3.7 能源统计报表

系统可以按照生成工序、用电单位按照生成各种能耗的日、月、年统计报表,直观清晰地展示煤矿能源结构、各工序电量占比、各用电单位电量占比等,为煤炭节能降耗提供数据支撑。

1)能耗综合统计。对用能单元统计其能源品种消费量,包括各单项和综合统计,不同的用能单元展

示不同的能源品种消费量指标。支持关联查看任一指标的历史数据。

2)能耗汇总统计。按时间段,对用户所管理的用能单元的各能源品种、能源消费量进行汇总统计。

3.8 能耗在线监视

1)能耗总量监测。展示用能单元对应能源品种的实时消费量,包含当日、当月、当年的数据,以曲线或表格的形式展示对应消费量的历史趋势。

2)产值能效监测。能效分析可以接入其他自动化系统的产煤量、排风量、排水量等数据,并将数据与相应的供电回路电量相结合,计算各个工序的能效值,并给出相应的辅助决策建议。接入皮带、提升、洗煤等运输、洗选系统的产量数据,计算吨煤的能耗;接入通风、压风等风机监控系统中的风量数据,计算兆帕每小时风流量的能耗;接入供水、排水等泵房系统的流量数据,计算吨水百米扬程的能耗。对能耗超过指标的工序,系统会实时进行告警提示。

3)产品能效监测。展示用能单元对应能源品种的产品能效,包含当日、当月、当年的数据,同时支持对数据的趋势展示。

3.9 能源成本管理

峰平谷参数可以配置峰平谷对应的时间区间,根据区间自动统计峰平谷电量。其他能源产品可输入单

价等根据系统采集的能源使用量,直接将能源的使用成本通过金额的方式体现出来。

3.10 企业用能分析

企业用能分析功能包括能耗趋势分析、能耗结构分析子功能。

1)能耗成本分析。根据能源使用量及尖峰平谷对应的价格不同设置不同价格,计算出使用成本系统

提供了多种数据的分析方式,可以对单个工序的月、年电量做同比、环比分析,还可以将电量与指标电量分析,进行对标管理;系统支持多个工序、用电单位的电量对比展示,工序、用电单位的能耗占比直观显示,分析高耗能工序、用电单位用电情况,有针对性地制定节能措施。系统支持对峰平谷电量的分析,可以计算全矿用电的峰谷比,也可以计算某一个层级电量的峰谷比,针对峰谷比较高的回路,通过调节工作时段,降低峰谷比,实现合理用电。

2)用能趋势分析。按照用能单元,针对对应不同能源品种消费量按照时间段,进行对应能源品种、能源消费量指标(本期、同比、环比)的变化趋势进行分析。

3)能耗结构分析。按用能单元分析能源消费量折标量占比。

3.11 高耗能回路计算

煤矿能耗主要消耗在高能耗设备上,如提升机、压风机、通风机等,系统提供设置耗能设备阈值功能 可以设置耗电量达到某一阈值的设备为高耗能设备,可以予以跟踪,并可以图形的方式直观查看电 消耗情况。

3.12 回路补偿策略

系统可对具有节能空间的回路生成补偿策略,可以分级补偿曲线的方式进行计算。计算出补偿 曲线,并得出补偿后的结论,提供给相关人员参考,为下一步技术节能提供依据,如3所示。

3.13 参数管理

参数管理用来配置管理系统运行的各种参数。

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电表参数可以配置各个用电回路的计量设备信息,包含设备名称、编号等信息,机构、用户、角色、权限、日志的管理。

4、能耗管理系统可实现的目标

4.1 提高煤矿企业能耗管理水平

通过建立能耗管理信息系统,可以实现对能耗情况实时监视,能够实时分析和掌握各生产环节、各用电单位、重要耗能设备的能耗状况,可以对整体的能源利用状况和水平作出准确合理的分析和评价。

4.2 完善了企业能耗的预警考核机制

通过能耗系统的电量指标预警,管理人员可以尽快掌握各工序、用电单位的能耗超标情况,可以

及时对超标的工序、用电单位进行检查,发现纠正生产中的耗能问题。

4.3 优化煤矿企业用电方式

通过统计各生产工序峰平谷时段的用电电量,计算电量的峰谷比,指导企业合理调整设备工作时间,减少设备峰时段开启时间,增加谷时段运行时间。

4.4 对矿山的应用价值

贯彻能源专业化、精细化、扁平化管理思路,建立持续改进能效的能管模式和机制,提高能管水平,促进节能降耗。实时监视能源消耗,及时发现问题,减少用能损失;有效掌握能耗总量、能耗成本及能耗效率指标数据;有效分析用能特点,为优化用能管理提供决策数据。

5、安科瑞企业能源管控系统概述

安科瑞企业能源管控系统采用自动化、信息化技术和集中管理模式,对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理,监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况,通过数据分析、挖掘和趋势分析,帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、工艺、车间、产线、班组、重大能耗设备等的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、碳排分析,为企业加强能源管理,提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

6、应用场所

钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、造纸、化工、物流、食品、水厂、电厂、供热站、轨道交通、航空工业、木材、工业园区、医院、学校、酒店、写字楼以及汽车制造、机电设备、电器产品、工器具制造等离散制造业。

7、系统结构

现场通过厂区局域网和平台通讯,平台搭建在客户自己配置的服务器上。搭建完成之后,客户可以在任意能与局域网联通的地方,通过有权限的账号登陆网页以及手APP查看各处的运行情况。

系统可分为三层:即现场设备层、网络通讯层和平台管理层。

现场设备层:主要是连接于网络中用于水、电、气等参量采集测量的各类型的仪表等,也是构建该配电、耗水、耗气系统必要的基本组成元素。肩负着采集数据的重任,这些设备可为本公司各系列带通讯网络电力仪表、温湿度控制器、开关量监测模块以及合格供应商的水表、气表、冷热量表等。

网络通讯层:包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据,并可进行规约转换,数据存储,并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器,智能网关可在网络故障时将数据存储在本地,待网络恢复时从中断的位置继续上传数据,保证服务器端数据不丢失。

平台管理层:包含应用服务器WEB服务器和数据服务器,一般应用服务器WEB服务器可以合一配置。

平台采用分层分布式结构进行设计,详细拓扑结构如下:

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8、系统功能

平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式,对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理。实时监测企业各类能源的消耗情况,通过数据分析、挖掘和趋势分析,帮助企业加强能源管理,提高能源利用效率和节能潜力,为节能改造提供数据依据。

8.1平台登入

在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码,进行登录,防止未授权人员浏览有关信息。

8.2大屏展示

用户登录成功之后进入大屏展示页面,展示企业及各区域的能耗折标、产值、异常、排名、占比、通讯情况,点击区域展示该区域的分类能耗、产值等相关信息。

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8.3首页

首页展示峰谷平用电、变压器情况、年能耗趋势、单耗趋势、分类能耗等企业级统计数据。

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8.4数据监控

对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况,同时能更快的掌握点位的报警,并为企业削峰填谷、调整负载等技改措施提供数据支撑。

·       能源实时监控:对于水、电、气等能源消耗进行实时监测,确保用能环节的持续稳定运行,显示配电图、能流图、能源平衡网络图、能源计量网络图等功能。

·       能流图:需要在能流图上对水、电、气的消耗情况进行实时展示;当能源参数越限报警,可提供报警重要性等级分类,同时支APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗报警提示等;

·       配电图:将配电房真实情况画入配电图,实时展示接入的门禁、水浸、电水气等仪表的实时参数、门禁水浸状态及能耗数据。

·       实时统计:实时统计工厂、车间、工序、设备的当年、季度、月、周、日、班次等能耗值;

·       数据展示:通过实时曲线和历史曲线展示不同区域、不同设备的不同的能耗参数;

·       检测:对能源报警信息进行集中显示,可以对报警阈值信息进行相关处理操作,可以对报警参数进行在线设置,当能源参数越限报警,可提供报警重要性等级分类,具APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗等报警提示;

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8.5视频监控

接入摄像头,实时掌控企业内实际情况。

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8.6变压器监控

展示各电压器的负载情况,从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析,找出更好的运行模式。根据运行模式调整负载,从而降低用电单耗,使电能损失降低。

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8.7仪表实时监控

展示各个水电气仪表的实时参数变化,以曲线图的方式展示。

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8.8能源中控

将所有有关能源的能源参数集中在一个看板中,能从多个维度对比分析,实现各个产业线的对比,帮助领导掌控整个工厂的能源消耗,能源成本,标煤排放等的情况。

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8.9用表统计

从能源使用种类、监测区域、车间、生产工艺、工序、工段时间、设备、班组、分项等维度,采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析,折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计,找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方,从而调整能源分配策略,减少能源使用过程中的浪费。

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8.10     成本分析

统计各个监测节点(工厂、车间)的当年、季度、月、周、日各类能源消耗费用,其中电包括峰电量、峰电费、谷电量、谷电费以及平均电量和平均电费。

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8.11产品单耗统计

与企MES系统对接,通过产品产量以及系统采集的能耗数据,在产品单耗中生成产品单耗趋势图,并进行同比和环比分析。同时将产品单耗与行//国际指标对标,以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺,从而降低能耗。

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8.12绩效分析

对各类能源使用、消耗、转换,按班组、区域、车间,产线、工段、设备等进行日、周、月、年的时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进KPI比较考核,帮助企业了解内部能效水平和节能潜力,评定能源消耗是否合理。

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8.13运行监测

系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集,监测设备及工艺运行状态,如温度、湿度、流量、压力、速度等,并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据,支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。

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8.14自定义能耗报表

用户可通过自定义报表头与列,灵活生产各种报表,查看企业各个节点的能耗,单耗,成本,综合能耗等信息,并同比、环比报表,支持导出报表。

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8.15同比、环比

提供能耗成本的图形对比分析,包括分时段(日、月、年)的同比、环比分析,分类、分时段、分项(地点、机构、设备)统计图形对比分析(柱状图、饼图、堆积图等)。

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同比

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环比

8.16分析报告

以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行仔细的统计分析,让用户更加了解系统的运行情况,并为用户提供数据基础,方便用户发现设备异常,从而找出改善点,以及针对用能情况挖掘节能潜力。

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8.17能耗设备用能

监控耗能设备运行、停机及异常状态,及时解决设备故障停运导致无法正常生产。

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8.18线损分析

根据节点、能源分类,查询各个节点线路上的能源损耗数据,及时发现能量在使用过程中的跑冒滴漏和异常用能等浪费的问题,提醒用户及时进行干预。

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8.19碳排放管理

按照区域对碳排放总量的变化趋势进行统计,并进行同环比分析。对单位产值碳排放量进行计算,并结合减排指标实现超标预警,提升区域减排水平,促进碳达峰目标实现。

8.20电能质量监测

实时监测谐波含量、三相不平衡度、功率因数等,确保功率因数不低于供电局考核指标,避免被罚款和设备出现故障。

8.21运维管理

系统支持设备日常巡检计划、派工、消缺、报修、派工等设备运维管理,方便运行管理人员的制定巡检计划、派工,巡检人员执行巡检、完成工单、巡检发现问题消缺,进行故障报修、跟进维修进度,满足日常巡检、设备维修保养需要。

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8.22报警管理

针对于电气正常开展、限电和能耗双控,实现电参量异常报警、电气火灾隐患报警、能耗超标报警、限电报警等,帮助企业提前预警,避免发生火灾事故和被罚款导致用能成本过高。支持分级分类报警,可对报警进行派发与闭环处理。

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8.23能耗抄表

可自定义时间段抄仪表的抄表值以及差值,可自定义抄表的分类分项。

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8.24能耗分析自定义时间抄表

可自定义时间段内各个拓扑节点的能耗值,可自定义抄表能耗值的的分类分项。

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8.25容许量报表

提供容需量报表,实时展示容量需量价格的变化情况,帮助企业实现容改需,降低基本电费。

8.26复费率报表

对尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析,为企业分时用电,优化成本效益提供数据支持。

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8.27文档管理

对国标、能源管理制度、能源指标体系等文件进行归档,可快速查询相关文档。对仪表台账进行系统管理,支持文件的上传和下载。

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8.283D可视化大屏

对场景进行虚拟仿真,展示各区域运行及能源消耗情况,可实现分层预览、转场展示、风格切换、智能巡检等效果,支持模型与监测点位的自定义绑定。

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8.293D子系统

对各动力子系统进行虚拟仿真,展示子系统的动力管线、设备的实时状态及能源消耗情况,可实现动态的能源流向效果。

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8.30工业组态

可通过图形化的编辑方式自定义组态图,展示设备运行状态及能源消耗情况,可上传自定义素材及绑定监测数据。

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8.31自定义驾驶舱

可通过图形化的操作方式自定义驾驶舱,以折线图、饼图、表格等图形展示采集数据及各类统计数据,数据源包API、数据库查询MQTTExcel等方式。

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8.32基础数据管理

对系统的项目、探测器、设备型号、电参量、节点、能源、公示、及相关参数进行配置、修改、删除等管理、进行用户添加和授权管理、合同管理。

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8.33APP

APPAndroidiOS操作系统,方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、产线比对、效率分析、同环比分析、能耗折标、事件记录、运行监视、异常报警、配电图、工艺流程图、能流图。

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8.34知识产权证书

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9、结束语

系统能实时反映煤矿生产的能耗情况,监视分析生产过程中的高耗能设备和环节,实现了能耗的精细化管理,为节能降耗提供了坚实的数据基础,为企业实现低碳减排提供了有力的技术支持。

参考文献

[1]韩建华,煤矿能耗管理系统的实现与应[J].内蒙古乌.能源科技2023.6.

[2]薛必芬,李美生,延春明,.煤矿综合能耗在线监控平台及能源管理体系建设应用研究J.煤炭加工与综合利用2019376-80.

[3]安科瑞企业微电网设计与选型手.2022.05.

[4]安科瑞企业能源管控平.2020.08.

 


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