煤礦能源管理信息系統研究與開發

于雷

(國家安全生產監督管理總局信息研究院,北京 100029)

煤礦能源管理信息系統研究與開發

于雷

(國家安全生產監督管理總局信息研究院,北京 100029)

本文闡述了煤礦企業能源管理現狀與需求,提出利用現代信息技術建立安全、靈活、高效的能源數據采集、傳輸、加工、存儲和分析等一體化的能源統計信息系統的設計思路。同時介紹了系統的開發平臺、主要功能和系統架構。該系統對煤礦企業做好節能減排工作具有重大意義。

節能減排 信息系統

Abstract:This paper describes the coal mine enterprise energy management status and needs,proposes design ideas using modern information technology to establish a secure,flexible and efficient energy system which is integrate statistical information consisting of data acquisition,data transmission,data acquisition,data storage and data analysis.At the same time,the system development platform,the main features and system architecture is also introduced.The system is of great significance to coal enterprises on energy conservation and emission reduction.

Keywords:Energy conservation;information system

1 引言

能源是人類生存和發展的重要物質基礎,隨著我國經濟社會的進一步發展,能源緊缺問題日益突出[1],經濟發展與資源環境的矛盾日趨尖銳,為此,國民經濟和社會發展“十一五”規劃綱要中,明確提出要顯著提高能源綜合利用率,促進可持續發展。2007年,全國人大常委會通過修改后的《節約能源法》,將節約資源明確為我國的基本國策,進一步確立了節約能源在我國經濟社會發展中的戰略地位。

為了落實“十一五”規劃綱要確定的節能減排目標,促進煤炭工業節約、清潔、安全和可持續發展,2007年,國家發改委和國家環保總局發布《煤炭工業節能減排工作意見》,確定了煤炭工業節能減排的總體目標:到“十一五”末,煤炭企業單位生產總值能耗比2005年下降20%,二氧化硫排放量控制在規定范圍內[1]。

因此,開展煤礦企業節能減排工作,強化煤礦企業能源計量管理,提高能源利用率是減少資源消耗、保護環境的最有效途徑;是推進經濟結構調整,轉變增長方式的必由之路;是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇;對于提高煤礦企業經濟效益,緩解社會經濟發展面臨的能源和環境約束,也具有十分重要的意義。

2 煤礦企業能源管理現狀與需求

近年來,在國家政策推動和引導下,煤炭企業通過資源整合,產業結構調整,逐步向大型化、集團化發展,伴隨著煤炭企業的發展壯大,能源的消耗也與日俱增,煤炭行業已經成為國家節能減排工作的重點。為了做好節能減排工作,煤礦企業需要對來自基層單位的能源購進、消費等數據進行采集、通過分析研究,了解能源利用狀況,挖掘節能潛力,降低能源消費成本,促使合理有效地使用能源,推進節能降耗工作。

目前大多數煤礦企業,還是采用傳統的方式對能源數據進行管理,即采用各種儀器、儀表對能源數據進行采集,并派專人對儀器、儀表、與采集的數據進行現場維護、抄取,各基層部門對采集到各種能源數據,通過EXCEL制定報表,并以郵件和紙質的形式報送至二級單位,二級單位將所轄的基層單位的能源數據經人工匯總報送至集團總部,集團總部再將所有二級單位的數據進行處理和編制各類報表,指導企業的節能減排工作。

目前這種方式存在諸多弊端:

(1)人工抄表效率低;

煤礦企業能源計量儀器、儀表數量多,且比較分散,采用人工抄表,周期長、效率低,存在漏抄、誤抄。

(2)填報數據繁瑣;

煤礦企業經常需要能源數據在一段時間的累加值,主要是為企業決策提供資料依據,為了獲取累加值需要將年度各個月份的值相加才能得到,這樣就需要人工的反復查閱上一周期數據,工作繁瑣。

(3)數據有效性、準確性不能得到保障;

傳統的方式不能對報表的數據項進行校驗,導致報上來的數據不符合要求,為了檢查出一個錯誤,往往會花上統計人員大半天的時間。

(4)數據匯總統計工作量大;

傳統的方式,數據不能自動進行同比和環比的分析,而采用手工的方式對數據進行匯總統計,周期長,稍有不甚,數據將出現錯誤,且不易發現。

(5)數據的接收和送達不及時;

由于涉及面廣,一個報表由各個基層單位經二級單位匯總到集團公司總部,需要花上幾天時間,數據滯后,同樣數據上報的周期也很長,往往導致統計工作不能按時開展。

(6)不能完全實現數據共享;

能源數據分散,且信息化、標準化程度低、共享能力低。

為了從技術上更好地保障煤礦企業節能環保數據的報送質量,提高報送效率,強化數據的統計、分析功能,為企業制定節能環保的措施提供信息支持,筆者提出煤礦能源管理信息系統的設計方案。

3 系統設計

本文討論的煤礦能源管理信息系統是綜合了ZigBee無線通訊技術、互聯網、數據庫等技術,采用MVC設計模式,在J2EE平臺上實現的新一代能源管理信息系統,該系統通過建立專屬的能源數據庫,全面掌握從基層、二級到集團總部能源利用效率、跟蹤主要耗能環節、掌握能源結構信息和能源基礎數據,通過對能源數據的業務轉換、分析挖掘,提煉出價值數據。實現對能源數據的可視化管理、能耗成本分析和關鍵指標分析、制定節能改造計劃和評估體系、能耗計劃和績效考核管理,能源的計劃與預警等,為管理者和決策者提供能源管理和決策支持。使節能管理更加標準化、精細化和量化。

另外,該系統盡可能降低煤礦企業管理人員的數據采集和上報的工作量,由集團企業的基層單位直接錄入各種能源的購進、工業消耗、非工業消耗、生活消耗、運輸消耗、期末庫存等數據,在集團層面上實現數據的自動匯總和上報。

系統采用B/S架構,用戶不需要安裝任何客戶端插件,只要有Internet的地方,就可以方便的實現訪問和客戶端的零維護。將能耗數據統計、分析、分類分項的對比、對標分析等結果,依據不同的權限,展現在分屬于不同管理者的個人門戶,可通過層層點擊的方式,發掘出最為關心的數據指標。這些對比分析以動態曲線圖、餅圖、報表等多種直觀形式展現。

3.1 系統開發平臺

J2EE(Java 2 Enterprise Edition)是建立在Java 2平臺上的企業級應用的解決方案。提供了對E JB、Servlet、JSP、XML等技術的全面支持,其最終目標是成為一個支持企業級應用開發的體系結構,簡化企業解決方案的開發,部署和管理等復雜問題。事實上,J2EE已經成為企業級開發的工業標準和首選平臺。

PostgreSQL是一個強大開源的關系數據庫系統。它經過了15年多的開發歷程,一個經得起考驗的體系結構,在可靠性、數據完整性和正確性方面贏得了極好的聲譽。它運行在所有主要的操作系統上,包括Linux、UNIX和Windows。它是完全符合ACID原則,完全支持外鍵、聯合、視圖、觸發器和存儲過程。

3.2 Zigbee無線通訊技術應用

目前,能源數據計量儀器、儀表的數據采集系統主要采用有線通信方式,雖然有線傳輸具有數據穩定、不易受到外界干擾等優點,隨著儀器、儀表位置的變化,如果采用有線的傳輸方式,勢必給儀器、儀表的移動帶來很大困難,常因擠壞電源和信號電纜使系統無法正常工作,因此,采用無線傳輸技術將有更大優勢和前景。

目前常見的短程無線通信技術有:Zigbee、無線局域網(Wi-Fi)、藍牙(Bluetooth)、超寬頻(Ultra Wide Band)和近距離無線傳輸(NFC)。

圖1 “系統功能”示意圖

Zigbee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺,十分類似現有的移動通信的CDMA網或GSM網,每一個Zigbee網絡數傳模塊類似移動網絡的一個基站,在整個網絡范圍內,它們之間可以進行相互通信,整個Zigbee網絡還可以與現有的其它的各種網絡連接。Zigbee的技術特點主要有功耗低、時延短、網絡容量大、可靠性高、保密性好等,市場前景極為廣闊。Wi-Fi的主要特點是傳輸速率高,可靠性高,建網快速、便捷,可移動性好,組網靈活,組網價格較低,但是由于Wi-Fi的覆蓋范圍廣、傳輸速率高,其功耗也較大,因此不適用于不易更換電池的場合。藍牙的各項性能優于紅外,但其傳輸距離較短,約在10m左右,若增長傳輸距離需要借助信號放大器,因此不適用于井下巷道內的數據傳輸。超寬頻技術很長一段時間歸為軍用技術,雖然潛在用途極為廣泛但民用并未實現行業標準化。近距離無線傳輸技術的傳輸距離過小,適于家居及辦公場合使用,不適于中短距離的工控場合。綜合以上考慮,本論文的能源數據實時采集采用Zigbee技術,既可以滿足傳輸距離要求,同時又保證了傳輸的可靠性。

4 系統介紹

4.1 主要功能

4.2 能源指標管理子系統

煤礦企業下屬的各基層單位、二級單位能源消耗的種類、考核指標不盡相同,通過能源指標管理子系統完成能源單位數據報送種類、考核標準的個性化設置;完成數據異常、數據平衡關系的條件設置,在源頭上把好數據質量關;設置各種能源的指標系數,方便匯總、統計和分析。

4.3 能源數據上報子系統

基層單位用戶通過系統授權,完成能源數據報送,支持煙煤、無煙煤、汽油、柴油等多種能源購進、消耗數據的報送;支持主要耗能設備數據的報送;支持能源項的自定義;支持數據上報自動校驗;支持基層單位對異常數據的解釋;數據上報的在線提醒功能;數據上報的短信提醒功能。

4.4 能源數據采集子系統

主要是對智能電表的Zigbee傳感器節點的應用層程序進行開發,實現對關鍵回路的電流和功率變化進行監控;實現故障的及時修正和預測、設備的運行調配管理;為用戶提供了電能消耗統計和管理功能,可以進行日、月、季、年的統計與記錄;通過對每日峰谷平電量的統計和比較,提供合理使用峰谷平電量的依據,通過錯峰,盡可能的使用低谷和平時段的電能來減少電費的開支。

4.5 能源統計分析子系統

可以生成對比圖、趨勢圖、餅圖等多種統計圖。用戶可以按照系統中已經定義的統計模板進行數據的統計分析,還可以根據自己的需要自行定制統計指標,進而生成符合自己需要的統計圖表。如圖2所示,系統自動生成某企業2010年1月工業消耗能源結構圖。

圖2 某企業2010年1月份工業消耗能源結構圖

圖3 “系統結構”示意圖

4.6 能源報表輸出子系統

用戶可以根據實際需要,自行設計報表模板;支持報表導出到Excel文件;支持報表打印。

4.7 系統管理子系統

可以按角色對用戶進行授權;可以按用戶組對用戶進行授權;系統可以記錄用戶登錄、操作日志。

5 總體架構

系統采用B/S結構設計,所有數據由服務器集中處理和存儲,用戶可以遠程訪問本系統,系統還可以通過手機短息發送數據上報提醒信息、能源消耗預警。系統的總體架構如圖3所示。

6 系統應用

本系統已經在京煤集團進行了應用,通過該系統,京煤集團在基層單位、二級單位和集團總部三個層次上,實現對能源購進、消耗全程監測,使京煤集團管理人員實時掌握能源狀況,為實現能源自動化調控打下堅實的基礎,為京煤集團的節能減排工作提供了能源管理工具和信息支撐平臺,確保節能減排工作的科學性、規范化和制度化。

[1] 鄧清平,王廣宏.能源管理信息系統中信息技術的應用[J].節能與環保,2007(12),36-39.

[2] 國家發展改革委員會,國家環保總局.煤炭工業節能減排工作意見[Z].2007-07-03.

[3] 高可平,王秀蘭.能源管理信息系統的設計技術[J].化學工業與工程技術,1995,第16卷(3期):53-56.

Research and Development of Coal Energy Management Information System

Yu Lei
(National Institute of Occupational Safety,Beijing 100029)

于雷,工程師,畢業于哈爾濱工程大學計算機軟件專業,現從事煤礦安全軟件開發工作。

(責任編輯 黃 嵐)