能耗監測端設備是根據國家發改委重點用能單位能耗在線監測技術規范研發的放置于重點用能單位機房中的集成服務器，由數據接入單元、安全隔離單元、業務處理單元組成，具備能源相關數據在線采集、處理、驗證、存儲、上傳、網絡隔離和遠程升級等功能。

一、能耗監測端設備特點

>>傳輸安全：經隔離安全數據交換單元同步數據，做到內外網完全隔離。

>>穩定可靠：配置高性能硬件，存儲和電源冗余并支持熱插拔，數據熱備。

>>配置靈活：內部系統各類參數可靈活配置，無需專門修改和升級系統。

>>易于擴展：各類接口全面，易于擴展。

>>實施高效：支持各類數據接口協議，無論是現場計量儀表、分布式控制（PLC/DCS）、生產監控管理系統（SIS/MES）、管理信息系統（ERP/MIS）或手工錄入，均可通過配置接入。

二、產品設計與研發遵循以下規范

《重點用能單位能耗在線監測系統總體架構規范》

《重點用能單位能耗在線監測系統基礎數據定義規范》

《重點用能單位能耗在線監測系統能耗監測端設備與系統平臺通信規范》

《重點用能單位能耗在線監測系統能耗監測端設備功能規范》

《重點用能單位能耗在線監測系統能源品種采集規范》

《重點用能單位能耗在線監測系統安全規范》

《火力發電行業重點用能單位能耗在線監測數據采集技術指南》

《鋼鐵行業重點用能單位能耗在線監測數據采集技術指南》

《石油石化行業重點用能單位能耗在線監測數據采集技術指南》

《重點用能單位能耗在線監測企業端系統建設指南》

三、硬件配置

主板	外部處理單元1塊，內部處理單元1塊
CPU	單主板英特爾至強E5CPU，雙核1.8GHz，10M緩存
內存	單主板內存容量 4GB，頻率 1600MHz
存儲	500GB熱拔插硬盤，支持RAID1數據熱備
隔離	采用安全網閘，獨立雙主機“2+1”（外部處理單元、內部處理單元+隔離安全數據交換單元）架構，非IP物理隔離
顯示器	20英寸16:9高分辨率顯示屏
電源	雙路冗余熱備電源，AC 220V±10%，50Hz（滿足 GB12325，220V 單項供電電壓允許偏差范圍要求），整體平均功耗小于450W
數據接口	數據接入RS232/RS485串口2路（可擴展2路以上） 數據接入千兆以太網接口2路（可擴展2路以上） 數據發送千兆以太網接口2路 可擴展WiFi無線數據接入；可擴展3G無線數據上傳 USB2.0接口1路；VGA 接口1路；Console 接口1路

 

四、軟件功能

4.1 數據接入類型及支持的協議

我司開發的能耗監測端設備提供數據接入的軟件配置工具，支持規范5.2.1 中列出的協議配置，配置完畢后，在能耗監測端設備可運行數據接入執行模塊，按照配置制定的規則，定時從數據采集點獲取數據，送入數據處理模塊，進行必要的運算處理，生成符合規范要求的上傳數據，再送入數據上傳模塊進行編碼上傳，符合國家標準。

4.2 數據處理及上傳

數據處理及上傳軟件具備如下功能：

>數據統計轉換：依據業務需求，對數據進行統計，轉換數據格式、類型及量綱，得到規范中要求的數據；系統具備設置計算公式功能，可根據計算公式統計計算采集上來的各類數據，得到國家和省級節點所需要的最終數據。

>數據驗證：系統具備依據重點用能單位能耗在線監測系統制定的各行業數據采集技術指南的相關數據驗證要求，對接入數據進行驗證，判斷能耗數據是否正確合理；

>數據存儲：本地歷史數據可存儲6~12個月，并可以方便導出；

>數據展現：系統實現各類數據的查詢、統計功能；

>數據上傳：上傳數據經過 HTTPS 協議加密傳輸。如果數據傳輸失敗或超時（網絡故障），能耗監測端設備將重發 N 次數據（由應用軟件配置確定，可自定義設置）。

4.3 運維管理

（1）參數配置

1) 支持本地參數配置和遠程參數配置兩種方式，配置的參數包含以下內容：

a) 數據接入硬件接口參數配置（串口參數、以太網參數）；

b) 數據接入協議參數配置（SQL、OPC、Modbus、DL/T645、CJ/T188）；

c) 安全隔離策略參數配置；

d) 數據發送硬件接口參數配置（以太網參數）；

e) 數據發送協議參數配置；

f) 采集方式、采集參數、數據源等配置；

g) 其他系統運維管理參數配置

2) 本地參數配置由統一的配置軟件和界面，可通過本地唯一的 Console 接口完成能耗監測端設備的全部參數配置；

（2）遠程升級

能耗監測端設備具備遠程安裝、卸載、升級應用程序的功能，并具備升級失敗后的處理機制。系統定期檢測是否有更新包可用（可自定義設置檢測頻率）。升級失敗后還原為舊的版本繼續運行，并記錄錯誤日志，技術人員可根據錯誤日志查找具體原因，重新部署程序更新包。

（3）遠程監控

能耗監測端設備提供遠程監控接口，能夠提供設備硬件（CPU、內存、硬盤等）工作狀態、應用程序運行狀態、設備操作系統信息（操作系統類型、版本）等遠程監控信息和監控錯誤日志信息。

（4）遠程配置

具備通過遠程方式完成本地 Console 接口對能耗監測端設備全部參數配置功能。

4.4 安全功能

（1） 結構安全及邊界防護

能耗監測端設備應具備安全物理隔離功能，能保證重點用能單位互聯網和重點用能單位信息網或控制網的安全物理隔離，能耗監測端設備的安全物理隔離模塊應具備如下功能：

1) 網絡安全隔離：采用安全的獨立雙主機“2+1”物理隔離系統架構，徹底阻斷任何網絡形式的連接，隔離區數據交換采用 128 位以上私有加密方式傳輸，充分保障數據安全；

2) 用戶權限認證：提供嚴格的身份認證和訪問控制來管理系統配置權限；

3)數據安全過濾：提供過濾數據的監測及校驗，確保過濾數據的完整性，能通過配置確定過濾數據的范圍及權限；提供全面的過濾審計策略，嚴格按照審計策略及用戶 配置執行數據過濾；

 4)產品資質認證：我司開發的能耗監測端設備的安全隔離模塊遵守國標《信息安全技術網絡和終端設備隔離部件安全技術要求》GB/T 20279 相關規定，安全隔離模塊已經通過國家權威安全檢測機構的檢測認證，具有計算機信息系統安全專用產品銷售許可證。

（2） 用戶權限管理及安全審計

1) 我司開發的能耗監測端設備要求采用國家集中部署的 CA（Certificate Authority）數字證書進行身份鑒別，實現在數據上傳接入過程中對節點的身份鑒別要求；

2) 對于與國家節點、省級節點互聯的互聯網邊界，能耗監測端設備可以部署防火墻，保證不被非法訪問及攻擊事件的實時監測；

3) 在能耗監測端設備所在的企業網絡，對企業內部網絡，可以建立數據安全傳輸及物理隔離控制措施，保證數據安全傳輸及企業內網邊界隔離要求；

4) 配置軟件和端設備通信使用雙向認證進行用戶鑒權。

（3） 通信完整性與保密性

1) 數據上傳通過 HTTPS 協議，實現向與國家節點、省級節點之間的安全通信，保證數據傳輸的保密性；

2) 配置軟件和端設備通信已對通信數據流進行加密傳輸；

（4） 關鍵文件存儲與備份

1) 我司開發的能耗監測端設備自身應具備冗余機制，防止設備自身單點故障的發生，故障處理后具有數據重發機制；

2) 認證證書、密碼文件、配置文件等敏感文件在存儲介質上加密儲存；

3) 能耗監測端設備自身所有配置文件可以定期進行備份保存，防止配置意外更改或丟失。備份頻率和時間可通過參數配置。

4.5 性能指標

名稱	實現指標
連續無故障時間(MTBF)	＞30000小時
絕緣阻抗	≥20MΩ
工作溫度	-20℃~+50℃（硬盤除外）
存儲溫度	-30℃~+70℃
濕度	10%~95%，無凝結
電子測量儀器振動試驗	遵循GB 6587.4
工業過程測量和控制裝置工作條件試驗	遵循GB/T 17214.1
電磁兼容試驗	遵循GB/T 17626.2、GB/T 17626.3、GB/T 17626.4、GB/T 17626.5
隔離部件安全技術要求	遵循GB/T 20279

能耗監測端設備配套用的安全網閘采用“2+1”模型結構設計，即內網主機系統、外網主機系統加上隔離交換矩陣。 內外主機系統采用專有工控主板設計，性能穩定、質量可靠，隔離交換矩陣采用專有硬件交換電路設計的雙通道隔離交換模塊，隔離交換模塊擁有完全的自主知識產權。隔離交換模塊基于專有的安全隔離芯片和交換芯片，是內外網主機系統唯一的連接部件，因此內外主機系統之間不存在任何網絡設備連接。其中，安全隔離芯片通過多線程并行固化處理將數據塊轉化為自有協議格式的數據包，交換芯片的交換子系統和開關控制子系統實現對數據的臨時緩存和安全交換。

通過交換芯片的開關控制子系統，隔離交換模塊首先斷開彼此之間的物理連接，分別通過安全隔離芯片連接內外網主機系統，內外網主機系統通過安全隔離芯片將數據塊封裝為自有協議格式寫入交換芯片的交換子系統和/或通過安全隔離芯片讀出交換子系統緩存將自有協議格式數據拆封為數據塊，完成一次擺渡；然后隔離交換模塊通過開關控制子系統斷開與內外網主機系統的連接，彼此之間建立連接，自動進行協商，實現數據交換，完成二次擺渡。通過這種雙擺渡技術，內外網絡永遠不會直接連接，由于采用專門設計的硬件隔離交換模塊進行數據交換，沒有任何管理接口，因此，內外網主機系統之間無法進行基于網絡協議的數據交換，從而從硬件層面保證了內外網主機系統之間的安全隔離。

隔離交換模塊具有獨立的硬件交換控制邏輯，無OS及任何“軟”控制，自主完成數據的交換，主機系統只負責把數據塊傳遞到隔離交換模塊，由隔離交換模塊根據硬件控制邏輯自動完成自有協議的封裝和數據交換，自動同步兩側控制邏輯，進行互斥的讀寫操作，同時還具有自動數據完成性校驗，當發現數據錯誤時，自動重傳，保證數據的完全正確，從而實現內外網主機系統真正的物理隔離交換。

能耗監測端設備配套用的安全網閘所提供的安全隔離與信息交換系統是通過基本模塊實現關鍵的數據交換功能，它是內外網主機系統進行信息交換的唯一接口，其他任何功能模塊都建立在基本模塊之上，通過核心層驅動程序的設計和隔離交換模塊高速全雙工流水線設計，使得內部數據交換達到最大的性能。

其他各功能模塊建立在對通信過程七層還原的基礎上，以模塊化設計。對常見的網絡協議以獨立的功能模塊完成，用戶可根據不同的應用需求選用，系統還提供應用層檢測二次開發功能來適應特殊的用戶需求。此外，系統提供基于數字認證的多種遠程管理功能，功能強大的集中管理、日志審計等多種管理手段，有效的幫助用戶使用和管理安全隔離與信息交換系統。

每個主機系統的軟件系統架構如下圖所示。

4.6 身份鑒別與訪問控制

（1）能耗監測端設備采用國家集中部署的CA數字證書身份鑒別措施，實現在數據上傳和接入過程中對節點的身份鑒別要求。

（2）在能耗監測端設備所在的企業網絡，對企業內部網絡，應建立數據安全傳輸及隔離 控制措施，保證數據安全傳輸及企業內網邊界隔離要求；

（3）在能耗監測端設備所在的企業網絡，對于向國家節點、省級節點互聯的互聯網邊界，建立安全隔離訪問控制及入侵攻擊行為檢測措施，保證能耗監測端設備不被非法訪問及攻擊事件的實時監測；

4.6.1 安全審計

能耗監測端設備具備對所有登錄操作、登錄時間、訪問對象、傳輸鏈路資源使用及賬戶變更、管理員登錄操作等情況日志記錄功能，便于事后行為追溯。

4.6.2 通信完整性與保密性

在能耗監測端設備所在企業端的互聯網邊界，建立數據安全加密傳輸保護、數據完整性校驗措施或部署VPN系統，實現向與國家節點、省級節點之間的安全通信，保證數據傳輸的保密性、完整性及可用性。

4.6.3 數據備份與恢復

（1）能耗監測端設備采用冗余措施，防止單點故障的發生。

（2）能耗監測端設備具備策略配置文件等相應備份。

（3）能耗監測端設備具備數據備份與恢復功能。

（4）數據備份采取RAID1方式設定備份周期和時間定期備份。在防止數據丟失方面，磁盤管理器具有強大的功能，它支持RAID的第0、1、5級。其中RAID 1級是指把一個驅動器上的某一分區在另一個上建立一個鏡像。進行寫操作時，數據將向兩個磁盤中寫入同樣的數據，讀取時可以從兩個磁盤同時讀取。當驅動器損壞時，由它的鏡像來進行恢復。

4.6.4 安全維護管理

能耗監測端設備在安全維護管理方面，我們參照信息系統等級保護安全管理要求，結合所在的用能單位企業實際管理情況，在人員、制度及應急流程方面分別制定相應要求，以加強對設備運行及數據傳輸過程中各類安全突發事件及時響應處置。

五、典型應用

六、能耗監測系統界面

七、數據采集設置

八、華拓業績

>>已為福建、安徽、黑龍江、內蒙古、新疆、廣西、江蘇、沈陽、河南、山西、云南共11個�。ㄊ�、自治區）建立了省級能耗在線監測平臺。

>>已在福建省200余家企業，其他省份100余家企業安裝部署能耗監測端設備，涵蓋鋼鐵、火電、石化、冶金、紡織、水泥等多種行業。

>>實施福建、新疆、安徽三個省份從電力公司電能數據自動采集系統。

>>參與起草了兩項能耗監測平臺的國家標準GB/T29873-2013《能源計量儀表通用數據接口技術協議》、GB/T29872-2013《工業企業能源計量數據集中采集終端通用技術條件》。

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