煤礦能源管理信息系統(tǒng)研究與開發(fā)

于雷

(國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局信息研究院,北京 100029)

煤礦能源管理信息系統(tǒng)研究與開發(fā)

于雷

(國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局信息研究院,北京 100029)

本文闡述了煤礦企業(yè)能源管理現(xiàn)狀與需求,提出利用現(xiàn)代信息技術(shù)建立安全、靈活、高效的能源數(shù)據(jù)采集、傳輸、加工、存儲和分析等一體化的能源統(tǒng)計信息系統(tǒng)的設計思路。同時介紹了系統(tǒng)的開發(fā)平臺、主要功能和系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)對煤礦企業(yè)做好節(jié)能減排工作具有重大意義。

節(jié)能減排 信息系統(tǒng)

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(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),隨著我國經(jīng)濟社會的進一步發(fā)展,能源緊缺問題日益突出[1],經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳,為此,國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十一五”規(guī)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(xù)發(fā)展。2007年,全國人大常委會通過修改后的《節(jié)約能源法》,將節(jié)約資源明確為我國的基本國策,進一步確立了節(jié)約能源在我國經(jīng)濟社會發(fā)展中的戰(zhàn)略地位。

為了落實“十一五”規(guī)劃綱要確定的節(jié)能減排目標,促進煤炭工業(yè)節(jié)約、清潔、安全和可持續(xù)發(fā)展,2007年,國家發(fā)改委和國家環(huán)?？偩职l(fā)布《煤炭工業(yè)節(jié)能減排工作意見》,確定了煤炭工業(yè)節(jié)能減排的總體目標:到“十一五”末,煤炭企業(yè)單位生產(chǎn)總值能耗比2005年下降20%,二氧化硫排放量控制在規(guī)定范圍內(nèi)[1]。

因此,開展煤礦企業(yè)節(jié)能減排工作,強化煤礦企業(yè)能源計量管理,提高能源利用率是減少資源消耗、保護環(huán)境的最有效途徑;是推進經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整,轉(zhuǎn)變增長方式的必由之路;是建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇;對于提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益,緩解社會經(jīng)濟發(fā)展面臨的能源和環(huán)境約束,也具有十分重要的意義。

2 煤礦企業(yè)能源管理現(xiàn)狀與需求

近年來,在國家政策推動和引導下,煤炭企業(yè)通過資源整合,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,逐步向大型化、集團化發(fā)展,伴隨著煤炭企業(yè)的發(fā)展壯大,能源的消耗也與日俱增,煤炭行業(yè)已經(jīng)成為國家節(jié)能減排工作的重點。為了做好節(jié)能減排工作,煤礦企業(yè)需要對來自基層單位的能源購進、消費等數(shù)據(jù)進行采集、通過分析研究,了解能源利用狀況,挖掘節(jié)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(jié)能降耗工作。

目前大多數(shù)煤礦企業(yè),還是采用傳統(tǒng)的方式對能源數(shù)據(jù)進行管理,即采用各種儀器、儀表對能源數(shù)據(jù)進行采集,并派專人對儀器、儀表、與采集的數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場維護、抄取,各基層部門對采集到各種能源數(shù)據(jù),通過EXCEL制定報表,并以郵件和紙質(zhì)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(shù)據(jù)經(jīng)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(shù)據(jù)進行處理和編制各類報表,指導企業(yè)的節(jié)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(yè)能源計量儀器、儀表數(shù)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(shù)據(jù)繁瑣;

煤礦企業(yè)經(jīng)常需要能源數(shù)據(jù)在一段時間的累加值,主要是為企業(yè)決策提供資料依據(jù),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(shù)據(jù),工作繁瑣。

(3)數(shù)據(jù)有效性、準確性不能得到保障;

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

(4)數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計工作量大;

傳統(tǒng)的方式,數(shù)據(jù)不能自動進行同比和環(huán)比的分析,而采用手工的方式對數(shù)據(jù)進行匯總統(tǒng)計,周期長,稍有不甚,數(shù)據(jù)將出現(xiàn)錯誤,且不易發(fā)現(xiàn)。

(5)數(shù)據(jù)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(jīng)二級單位匯總到集團公司總部,需要花上幾天時間,數(shù)據(jù)滯后,同樣數(shù)據(jù)上報的周期也很長,往往導致統(tǒng)計工作不能按時開展。

(6)不能完全實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享;

能源數(shù)據(jù)分散,且信息化、標準化程度低、共享能力低。

為了從技術(shù)上更好地保障煤礦企業(yè)節(jié)能環(huán)保數(shù)據(jù)的報送質(zhì)量,提高報送效率,強化數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析功能,為企業(yè)制定節(jié)能環(huán)保的措施提供信息支持,筆者提出煤礦能源管理信息系統(tǒng)的設計方案。

3 系統(tǒng)設計

本文討論的煤礦能源管理信息系統(tǒng)是綜合了ZigBee無線通訊技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù),采用MVC設計模式,在J2EE平臺上實現(xiàn)的新一代能源管理信息系統(tǒng),該系統(tǒng)通過建立專屬的能源數(shù)據(jù)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(huán)節(jié)、掌握能源結(jié)構(gòu)信息和能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù),通過對能源數(shù)據(jù)的業(yè)務轉(zhuǎn)換、分析挖掘,提煉出價值數(shù)據(jù)。實現(xiàn)對能源數(shù)據(jù)的可視化管理、能耗成本分析和關(guān)鍵指標分析、制定節(jié)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(jié)能管理更加標準化、精細化和量化。

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

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu),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(xiàn)訪問和客戶端的零維護。將能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、分類分項的對比、對標分析等結(jié)果,依據(jù)不同的權(quán)限,展現(xiàn)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(fā)掘出最為關(guān)心的數(shù)據(jù)指標。這些對比分析以動態(tài)曲線圖、餅圖、報表等多種直觀形式展現(xiàn)。

3.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺

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

PostgreSQL是一個強大開源的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它經(jīng)過了15年多的開發(fā)歷程,一個經(jīng)得起考驗的體系結(jié)構(gòu),在可靠性、數(shù)據(jù)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(tǒng)上,包括Linux、UNIX和Windows。它是完全符合ACID原則,完全支持外鍵、聯(lián)合、視圖、觸發(fā)器和存儲過程。

3.2 Zigbee無線通訊技術(shù)應用

目前,能源數(shù)據(jù)計量儀器、儀表的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要采用有線通信方式,雖然有線傳輸具有數(shù)據(jù)穩(wěn)定、不易受到外界干擾等優(yōu)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(tǒng)無法正常工作,因此,采用無線傳輸技術(shù)將有更大優(yōu)勢和前景。

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

圖1 “系統(tǒng)功能”示意圖

Zigbee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡平臺,十分類似現(xiàn)有的移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng),每一個Zigbee網(wǎng)絡數(shù)傳模塊類似移動網(wǎng)絡的一個基站,在整個網(wǎng)絡范圍內(nèi),它們之間可以進行相互通信,整個Zigbee網(wǎng)絡還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡連接。Zigbee的技術(shù)特點主要有功耗低、時延短、網(wǎng)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(wǎng)快速、便捷,可移動性好,組網(wǎng)靈活,組網(wǎng)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(yōu)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(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。超寬頻技術(shù)很長一段時間歸為軍用技術(shù),雖然潛在用途極為廣泛但民用并未實現(xiàn)行業(yè)標準化。近距離無線傳輸技術(shù)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(shù)據(jù)實時采集采用Zigbee技術(shù),既可以滿足傳輸距離要求,同時又保證了傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

4 系統(tǒng)介紹

4.1 主要功能

4.2 能源指標管理子系統(tǒng)

煤礦企業(yè)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(tǒng)完成能源單位數(shù)據(jù)報送種類、考核標準的個性化設置;完成數(shù)據(jù)異常、數(shù)據(jù)平衡關(guān)系的條件設置,在源頭上把好數(shù)據(jù)質(zhì)量關(guān);設置各種能源的指標系數(shù),方便匯總、統(tǒng)計和分析。

4.3 能源數(shù)據(jù)上報子系統(tǒng)

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

4.4 能源數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

主要是對智能電表的Zigbee傳感器節(jié)點的應用層程序進行開發(fā),實現(xiàn)對關(guān)鍵回路的電流和功率變化進行監(jiān)控;實現(xiàn)故障的及時修正和預測、設備的運行調(diào)配管理;為用戶提供了電能消耗統(tǒng)計和管理功能,可以進行日、月、季、年的統(tǒng)計與記錄;通過對每日峰谷平電量的統(tǒng)計和比較,提供合理使用峰谷平電量的依據(jù),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(tǒng)計分析子系統(tǒng)

可以生成對比圖、趨勢圖、餅圖等多種統(tǒng)計圖。用戶可以按照系統(tǒng)中已經(jīng)定義的統(tǒng)計模板進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,還可以根據(jù)自己的需要自行定制統(tǒng)計指標,進而生成符合自己需要的統(tǒng)計圖表。如圖2所示,系統(tǒng)自動生成某企業(yè)2010年1月工業(yè)消耗能源結(jié)構(gòu)圖。

圖2 某企業(yè)2010年1月份工業(yè)消耗能源結(jié)構(gòu)圖

圖3 “系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”示意圖

4.6 能源報表輸出子系統(tǒng)

用戶可以根據(jù)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(tǒng)管理子系統(tǒng)

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

5 總體架構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)設計,所有數(shù)據(jù)由服務器集中處理和存儲,用戶可以遠程訪問本系統(tǒng),系統(tǒng)還可以通過手機短息發(fā)送數(shù)據(jù)上報提醒信息、能源消耗預警。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖3所示。

6 系統(tǒng)應用

本系統(tǒng)已經(jīng)在京煤集團進行了應用,通過該系統(tǒng),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(xiàn)對能源購進、消耗全程監(jiān)測,使京煤集團管理人員實時掌握能源狀況,為實現(xiàn)能源自動化調(diào)控打下堅實的基礎(chǔ),為京煤集團的節(jié)能減排工作提供了能源管理工具和信息支撐平臺,確保節(jié)能減排工作的科學性、規(guī)范化和制度化。

[1] 鄧清平,王廣宏.能源管理信息系統(tǒng)中信息技術(shù)的應用[J].節(jié)能與環(huán)保,2007(12),36-39.

[2] 國家發(fā)展改革委員會,國家環(huán)?？偩?煤炭工業(yè)節(jié)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(tǒng)的設計技術(shù)[J].化學工業(yè)與工程技術(shù),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(yè)于哈爾濱工程大學計算機軟件專業(yè),現(xiàn)從事煤礦安全軟件開發(fā)工作。

(責任編輯 黃 嵐)