淺析無線物聯網的能耗在線監測平臺研究與應用

更新時間： 2023-09-25 　　點擊次數： 1344次

摘要：圍繞工業生產等領域節能降耗實際需求，提出基于物聯網的能耗在線監測平臺總體方案，面向政府、行業、企業提供能耗管理信息化管理與服務; 研究設計能耗監測終端，支持多種工業總線及工業協議，實現電表、油表、水表、氣表、煤氣表等能耗計量設備以及工業控制系統的能耗數據采集; 研發能耗在線監測平臺，實現能耗實時監控、能效分析、計量器具管理等功能; 以平臺為依托，在淄博某化工企業開展了應用示范，切實為企業提高運行管理水平、強化能源管理提供支撐。

關鍵詞:物聯網能耗實時監測

0引言

能源是人類社會發展的物質基礎，能源消耗水平與環境、生態和全球氣候變化等息息相關。隨著節能工作向系統化、精細化、信息化方向發展，節能領域運用物聯網、大數據等信息技術手段深挖、細挖節能潛力成為必然趨勢。針對先進技術開展了能耗監測和能源管理系統的研究、應用的探索。通過對已有能耗在線監測系統的研究，企業級能耗監測系統是基礎，其關鍵是能耗監測終端的功能和性能實現; 平臺級能耗監測系統是支撐，其關鍵是如何為企業、節能主管部門等提供信息服務的支撐，實現資源共享和可持續、標準化的服務體系建設。

基于此，本文提出基于物聯網的能耗在線監測平臺總體方案，并針對企業級、平臺級的軟硬件進行設計、研發，并在化工企業能耗管理方面進行了實踐應用，探索我國行業節能降耗的信息化支撐。

1平臺總體方案

基于物聯網的能耗在線監測平臺總體方案架構，該方案從采集層、網絡層、數據層、應用層等層面，對實現能耗監測的技術和方案進行分析，為下步開展具體的軟硬件設計和研發打下基礎。

(1) 采集層。采集層與物理層直接通訊，主要基于部署在企業端的用能單位能耗采集端設備實現對能源消耗數據的采集、對能源計量器具的識別和動態管理。

目前，能耗數據的采集主要基于三種方式實現:一是通過傳感器、數據采集器等設備實現現場級數據采集，支持多種不同協議的能源計量傳感器，可同時對電表、水表、燃氣表等多種智能儀表進行數據采集; 二是通過與 PLC、DCS、OPC 服務器等管理系統對接實現控制級數據采集; 三是部分無法通過在線采集方式獲取的能耗數據，通過手工填報方式采集。為減少平臺端數據處理的壓力，采集的數據經拆分、清洗，將來自不同儀表、不同傳輸協議的數據轉換成平臺可以識別的標準協議數據，經過解析和校驗，進行歸一化處理，傳輸至平臺端。

(2) 網絡層。網絡層主要包括互聯網、企業有線或無線網絡、端系統存儲數據庫等。采集層的能源消耗數據采集以后，在網絡層進行初步解析、校驗和存儲，并隨時準備上傳數據層。網絡層作為采集層和數據層的中間層，起到承上啟下的作用。

(3) 數據層。數據層主要實現對采集上傳數據的進一步處理、存儲等操作。依據各行業數據采集指南中數據驗證要求，采集數據時對接入數據進行驗證，判斷其數據是否合法、信息是否匹配、是否有丟包漏包、目的地址是否正確等。數據層數據是對企業能源結構、能耗水平、能耗趨勢等信息從多個維度進行匯總分析以及可視化展示的基礎。

(4) 應用層。應用層主要負責將數據層匯總分析的數據按照平臺用戶類型應用到實際生活中。針對不同的用戶，提供相應的信息技術服務。如: 面向節能監管部門，提供相關數據報表，實時監測企業能耗情況，進一步細化和落實節能任務，逐步形成系統化、信息化的能源消耗監管體系; 面向用能企業，提供更優化的生產方案，為企業提高能源利用效率、降低生產成本、減少能源浪費提供支撐; 面向社會大眾，及時提供新的節能信息，推廣節能技術產品，提高全社會節能環保意識。

2 用能單位管理子系統

用能單位管理子系統主要為企業用戶提供相關能耗數據、計量器具、政策法規等信息的維護查詢。

(1) 能耗監測。對能耗監測終端采集的煤、油、水、電、氣、汽等實時能耗數據進行監測，實現。

(2) 能效分析。企業內部能耗數據，進行能耗分析和成本分析，主要包括需量配置、需量查詢、峰平谷電耗分析、能源綜合成本分析的查詢功能，并支持企業與同行業其他企業進行相應節能指標的對比分析和改進指導。

(3) 能源報表。匯總企業的電力損耗信息、能耗綜合成本、單位產品能耗、班次單位產品能耗、班組單位產品能耗、峰平谷電耗、能耗單位匯總、能耗成本單位匯總、能耗費用匯總、能耗比較等報表信息。

(4) 能耗預警。統計各報警類型的報警次數和報警時長，為企業開展能耗管理決策提供參考。

(5) 能源計量器具管理。對企業能源計量器具的使用、檢驗、計量等情況進行記錄和管理，從而提升企業能耗監測的準確性和有效性。

(6) 能源管理標準規范查詢。方便企業及企業人員實時在線查詢國家有關法律法規、政策文件、標準規范等資料。

2．1 公眾服務子系統

公眾服務子系統主要面向社會公眾提供服務，具備發布相關的政策法規、標準規范、新聞動態、節能技術產品等信息的功能，是平臺的門戶窗口，為實現節能降耗的多元共治局面提供支撐。

3 應用案例

基于物聯網的能耗在線監測平臺總體方案目前已在山東省淄博市某化工企業進行了實際應用。該企業目前主要使用的能源類型包括: 原煤、電、天然氣、蒸汽，其中: 企業利用工業水進行自發電，部分電力上網，同時有外供蒸汽給周邊企業使用。部分能源數據已經采集到企業自建的 MES 系統中。根據企業實際情況，結合有關政策要求，在平臺總體方案的基礎上，研究提出了符合企業需求的能源在線監測方案。在邊緣采集側，部署能耗監測終端，與企業的 MES 系統進行對接，通過ＲJ45 接口實現能耗數據的采集，同時終端通過有線網絡/4G/無線局域網等數據通訊模式將能耗數據定時發送到能耗在線監測平臺。在云服務平臺側，主要面向企業、節能安全監管部門，以軟件即服務的模式開展信息技術服務。

(1) 面向企業的云服務。企業登錄能耗在線監測平臺，開展企業能耗信息化管理，對本企業實時能耗情況、計量器具情況等進行管理，對企業歷史能耗情況、能耗趨勢等進行分析，形成各類預警信息，如企業能耗指標預警、節能量預警、能源儲備預警等，并為企業提出安全生產和能源使用的具體改進措施提供數據支撐。如: 針對企業各類能耗比例進行同比或環比分析，結合企業生產情況進行分析，發現企業能耗過程中的問題，提出生產或能源使用的改進措施。

(2) 面向節能安全監管部門的云服務。依托平臺實現企業能耗信息的匯聚和分析，為節能安全監管部門開展管理提供數據化和平臺化支撐。如: 監管部門可通過分析企業的能耗數據，分析行業和企業能源結構，為能源管理決策和規劃提供支撐。

4 Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。

（2）應用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

◆電力集抄

電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

◆能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用先進的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。