一、行业背景

能源管理系统（Energy management system，简称EMS）是以帮助工业生产企业在扩大生产的同时，合理计划和利用能源，降低单位产品能源消耗，提高经济效益，降低CO2排放量为目的信息化管控系统。

我国能源管理从上世纪80年代中期开始，通过“能量平衡测试”、“能源审计”，督促用能单位从规范的装设计量仪表，到逐步进行淘汰高耗能落后设备、主要设备的节能改造、用能系统节能优化改造等。至今一个全员参与的、整体的、多方位的、常态化的管理节能工作越来越得到重视，因此，随时反映用能单位能源利用状况的技术支撑平台——能源管理系统，倍受企业，特别是高耗能企业的欢迎。

以冶金工业为代表，能耗居高不下和环境质量太差是长期困扰冶金企业的难题。利用高科技信息技术作为平台，综合新技术、新工艺、配套技术和管理措施，减少消耗，形成安全、稳定、可靠、经济和gao效的能源管理系统，对于降低钢铁生产成本，改善环境质量，提高产品的市场竞争力具有极为重要的意义。

图1 施耐德EMS系统为包钢提供新节能引擎

二、需求分析

能源管理系统通常由数据采集、通讯网络、能源中心三层架构。

数据采集以网关产品为核心，通过信号采集、协议转换、边缘计算等技术手段，将能源介质参数的采集与生产控制系统隔离，提供连续、真实、可靠的数据依据。

但由于能源管理系统涉及范围广、数量和类别较多，所采用的通信协议不一致，各个部门所采用的计量设备也千差万别，同时由于监控的设备种类繁多、协议多样化且地理分散，企业的生产监控及信息化软件标准又不统一，导致解决系统联网中通信协议转换的问题越来越突出，由于信息不共享，已经严重影响自动化系统的性能、工期、成本和信息稳定。

图2 能源管理系统架构图

目前各个工业企业信息化程度各有不同，工业控制网路也不相同，然而，从整个行业的系统上来看普遍存在着如下问题：

1、采集机使用通用的工业PC机；

2、设备种类比较多，协议复杂；

3、网络复杂，星形、环形、混合网络;

4、数据采集没有做数据的安全性加密；

5、网络不稳定导致数据不完整；

6、设备层网络与信息网互联没有做好安全隔离。

三、鋆锦方案

鋆锦的YGate工业智能网关是一款专业的工业数据采集转发设备，集通讯接口服务器、工控 机、工控软件于一体的智能设备，是一款基于ARM架构的工业级产品，在EMS系统中扮演重要的角色。

图3 鋆锦YGate工业智能网关在EMS系统的应用

鋆锦的YGate工业智能网关作为统一的采集设备，实现对分散于不同地点、不同通信接口、不同通信协议、不同网络结构内的智能仪表或PLC控制系统中的能源计量数据采集，并将不同协议、不同接口的通信标准转换成标准通信协议、统一接口同上层数据库进行通信。

YGate工业智能网关具有网络隔离技术，能够保证不破坏企业原有PLC系统、SCADA系统等自动化系统原有的网络结构，不暴露PLC系统、SCADA系统等自动化系统内的任何设备而将数据采集出来。

工业智能网关同时具有数据断线缓存功能，以保证管理系统的数据的完整性和连续性。通过网关管理软件和网管软件及自发现功能对集团内采集设备进行远程维护、监控和管理。

图4 鋆锦YGate工业智能采集网关产品

它具有以下基本功能：

1、支持多种通讯链路，如：RS-232/422/485、以太网、4G等，为用户行之有效的解决网络异构的问题；

2、支持采集工业现场的多种工业设备协议，并以多种标准工业设备协议向其他系统或设备提供数据分发服务.如：OPC、Modbus、IEC61850、IEC60870、DNP3等，统一工业通信的多种协议标准；

3、支持脚本系统、数据存储、远程同步更新和网络管理功能等众多高级的功能特性；

4、操作简便，内嵌管理系统，是基于互联网的应用开发，可在线调试、图形化操作配置、远程维护，提高工程服务效率。

在数据安全方面，鋆锦的YGap工业安全网闸产品解决了数据采集安全性加密、设备层网络与信息网互联安全隔离两大问题。

图5 鋆锦YGap工业安全网闸产品 

它与防火墙等网络安全设备存在着本质的不同，因为工业安全网闸阻断网络的直接连接，只完成特定工业应用数据的交换。它通过内部的双独立主机系统，一端接入到站控系统的网络，通过采集接口完成各子系统数据的采集；另一端接入到集团专网或通过ADSL、无线等方式接入到公网，完成数据到调度中心的传输。

双主机之间通过专有的PSL 网络隔离传输技术，截断TCP连接，che底割断穿透性的TCP连 接。PSL的物理层采用专用隔离硬件，链路层和应用层采用私有通信协议，数据流采用128 位以上加密方式传输，更加充分保障数据安全。PSL技术实现了数据完全自我定义、自我解析、自我 审查，传输机制具有che底不可攻击性，从根本上du绝了非法数据的通过，确保子系统控制系统不会受到攻击、侵入及病毒感染。

四、典型案例

2018年，鋆锦为guo际zhi名的汽车零部件供应商延锋集团某工厂EMS项目提供了专业的数据采集系统和服务。

图6 汽车零部件供应商延锋集团

该工厂经过多年不断的技术改造，先后建立了多套自动化控制系统及SCADA监控系统，但在能源管理方面却没有一套专业的系统，无法完成准确的能源计量的数据收集，无法完成有效的能源消耗的统计分析，无法达到节能减排的最终目标。其主要表现在：

1)公司计量仪表配备率不足、已配备的部分能源计量仪表数据收集方式不合理，数据汇总方式不齐备，现有的能源计量管理不能满足企业精细化能源管理的需求。

2)各能源介质的异地分散管理，造成能源管理的信息孤立，缺乏对企业能源产能与用能的集中调度管理，不利于能源优化。

3)企业的能源介质品种多、用量大，需要对介质及二次能源的生产质量、利用效率进行统一管控，进一步提高各种二次能源介质的平衡能力及资源回收利用率、降低生产成本的空间还很大。

4)企业要废弃粗放的能源管理模式，要求实现集中与统一调度管理，实现精细化的能源管理。

图7 延锋集团某智能工厂

该工厂使用的能源有电力、煤气、水、空气等。经过细致的调研统计，各能源数据系统情况如下表：

表1 延锋集团某工厂能源系统情况汇总

能源管理数据采集单元为能源管理系统建设的基础数据支撑要件，需要将企业生产、生活环节中用到的电、煤气、压缩空气等能源数据实时采集上来，连续不断的提交给能源管理系统。以使能源管理系统能够完成监测、预测、优化、调度、核算等各环节的信息化能源数据应用需求，并进行相应的实时预警及大数据统计分析。

鋆锦为该工厂设计了整体数据采集网络拓扑如下：

图8 延锋集团某工厂EMS项目数据采集系统架构图

以低压配电室为例，共有高低压配电柜22台，主变压器2台，以及光伏发电系统2套。各低压配电柜均安装了智能仪表共计24块，其中22块安装于低压开关柜的仪表为智能电表，2块安装于市电进线柜的仪表为三相三线费控智能电能表。低压配电室内的两套光伏发电系统为独立的供电系统，均安装有智能电表和三相四线智能电能表。

在企业低压配电室合适位置安装壁挂箱，内含8kou交换机1台、24V电源1台、YGate工业智能网关2台，敷设网络链路，将企业局域网延展至低压配电室的新增壁挂箱内，按要求完成相应的网络接线和电源接线工作并按要求完成相应的工程调试后，将数据通过企业局域网采集至监控中心机房服务器。

图9 延锋集团某工厂EMS项目现场图片

鋆锦的数据采集系统方案为用户解决了工业现场数据采集的难题，并全心全意做好安装调试、数据库对接等方案落地工作，和技术培训、售后运维等客户服务，取得了客户的一致好评。

五、鋆锦优势

鋆锦作为工业通讯集成化方案的服务商，立足华东，服务全国，旨在为客户提供成熟的方案和专业的服务。我们在EMS能源管理系统的数据采集方案中积累了多年的技术沉淀和丰富的项目经验，为客户提供数据采集、数据处理、数据通讯和数据显示4个方面的完整解决方案，和方案设计、工程实施、售后运维等全生命周期的服务。

图10 上海鋆锦全生命周期服务

工业采集网关和安全隔离网闸作为EMS系统承上启下的关键性设备，起到了连接OT和IT的作用，工业环境的高复杂性对设备的性能要求极高，具体参数请参考以下链接：

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