工業(yè)是能源消耗的大戶，在全球能源日益緊張和環(huán)保要求不斷提高的背景下，如何有效監(jiān)控和管理工業(yè)企業(yè)的能耗成為亟待解決的問(wèn)題。基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)控系統(tǒng)為這一難題提供了有效的解決方案。通過(guò)實(shí)時(shí)采集、傳輸和分析能耗數(shù)據(jù)，企業(yè)能夠精準(zhǔn)掌握能源使用情況，發(fā)現(xiàn)能耗異常點(diǎn)，進(jìn)而采取有效的節(jié)能措施，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2、基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1、感知層
感知層是系統(tǒng)獲取能耗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。主要由各類(lèi)智能傳感器組成，如電流傳感器、電壓傳感器、水表、氣表等。這些傳感器被安裝在工業(yè)企業(yè)的各種能耗設(shè)備上，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地采集設(shè)備的能耗參數(shù)，如電量、水量、氣量等的消耗情況。例如，在一臺(tái)大型電機(jī)上安裝電流和電壓傳感器，就可以通過(guò)計(jì)算得出該電機(jī)的實(shí)時(shí)功率消耗。

2.2、網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。它采用多種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，如 ZigBee、LoRa、5G 等無(wú)線通信技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)等有線通信技術(shù)。ZigBee 技術(shù)適用于短距離、低功耗的數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景，如在一個(gè)車(chē)間內(nèi)的設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)；LoRa 技術(shù)則可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離的低功耗傳輸，適合于廠區(qū)內(nèi)不同車(chē)間之間的數(shù)據(jù)傳輸；而 5G 技術(shù)憑借其高速、低延遲的特點(diǎn)，可滿足大量能耗數(shù)據(jù)的快速、穩(wěn)定傳輸需求，尤其是在對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合。

2.3、應(yīng)用層
應(yīng)用層是對(duì)傳輸過(guò)來(lái)的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和應(yīng)用的層面。它包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、能耗監(jiān)測(cè)與管理等多個(gè)模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)將接收到的海量能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)，以便后續(xù)查詢和分析。數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)建立能耗模型、運(yùn)用數(shù)據(jù)分析算法等方式，對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，找出能耗異常點(diǎn)、分析能耗趨勢(shì)以及評(píng)估節(jié)能措施的效果。能耗監(jiān)測(cè)與管理模塊則可以實(shí)時(shí)展示企業(yè)內(nèi)各設(shè)備、各車(chē)間乃至整個(gè)企業(yè)的能耗狀況，以直觀的圖表形式呈現(xiàn)給管理人員，方便他們及時(shí)做出決策。

3、基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1、傳感器技術(shù)
傳感器是感知層的核心部件，其性能直接影響到能耗數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性。目前，工業(yè)領(lǐng)域常用的能耗傳感器具有高精度、高靈敏度、適應(yīng)惡劣環(huán)境等特點(diǎn)。例如，一些新型的電量傳感器能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境下準(zhǔn)確測(cè)量電流和電壓，誤差控制在極小范圍內(nèi)。

3.2、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)
如前文所述，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。不同的通信技術(shù)適用于不同的場(chǎng)景，企業(yè)需要根據(jù)自身的廠區(qū)規(guī)模、設(shè)備分布等情況選擇合適的通信方式。同時(shí)，為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩头€(wěn)定，還需要采用數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證等網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。

3.3、數(shù)據(jù)分析技術(shù)
數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)于從海量能耗數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息至關(guān)重要。常用的數(shù)據(jù)分析方法包括統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可以得到能耗的基本統(tǒng)計(jì)量，如平均值、最大值、最小值等；數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)中的能耗模式和規(guī)律；機(jī)器學(xué)習(xí)則可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)的能耗情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，為企業(yè)制定節(jié)能計(jì)劃提供參考。

4、基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用案例分析

4.1、某鋼鐵企業(yè)應(yīng)用案例
某鋼鐵企業(yè)在引入基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗監(jiān)控系統(tǒng)之前，能源管理較為粗放，無(wú)法準(zhǔn)確掌握各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗情況。引入該系統(tǒng)后，首先在煉鋼、煉鐵、軋鋼等主要生產(chǎn)設(shè)備上安裝了智能傳感器，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層的數(shù)據(jù)處理中心。

在應(yīng)用方面，企業(yè)管理人員通過(guò)能耗監(jiān)測(cè)與管理模塊實(shí)時(shí)查看各設(shè)備的能耗狀況，發(fā)現(xiàn)煉鋼廠的一臺(tái)電爐在某些時(shí)段存在能耗異常升高的情況。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析模塊的深入分析，確定是由于該電爐的電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致電能浪費(fèi)。及時(shí)維修后，該電爐的能耗恢復(fù)正常，每月可節(jié)約電能約 10 萬(wàn)千瓦時(shí)。

此外，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期能耗數(shù)據(jù)的分析，企業(yè)還調(diào)整了生產(chǎn)計(jì)劃，合理安排設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，避免了設(shè)備的無(wú)效空轉(zhuǎn)，進(jìn)一步降低了能耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該企業(yè)在應(yīng)用能耗監(jiān)控系統(tǒng)后的一年內(nèi)，整體能耗降低了約 15%，取得了顯著的節(jié)能效益。

4.2、某化工企業(yè)應(yīng)用案例
某化工企業(yè)同樣面臨著能耗管理難題。應(yīng)用能耗監(jiān)控系統(tǒng)后，在反應(yīng)釜、輸送帶、泵等設(shè)備上安裝傳感器。在網(wǎng)絡(luò)層采用了 ZigBee 和工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的通信方式，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻槙场?/div>

5 AcrelCloud-5000安科瑞能耗管理系統(tǒng)解決方案

為貫徹落實(shí)國(guó)發(fā)[2007]15號(hào)的精神，住建部印發(fā)《關(guān)于印發(fā)國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則的通知》（建科[2008]114號(hào)），組織編制“國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”一系列技術(shù)導(dǎo)則及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。這些導(dǎo)則統(tǒng)一了能耗數(shù)據(jù)的分類(lèi)、分項(xiàng)方法及編碼規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、準(zhǔn)確傳輸、科學(xué)處理、有效儲(chǔ)存。我司AcrelCloud-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)嚴(yán)格按照導(dǎo)則要求開(kāi)發(fā)，符合導(dǎo)則要求的各項(xiàng)技術(shù)要求。

6 系統(tǒng)架構(gòu)

計(jì)量層：主要安裝各種類(lèi)型計(jì)量?jī)x表（電表、水表、燃?xì)獗?、冷熱量?jì)等）；支持RS485、LORA、4G直傳等方式。

傳輸層：傳輸層核心是使用ANet系列網(wǎng)關(guān)；主要特點(diǎn)是支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳、支持多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)機(jī)密傳輸。

服務(wù)層：能耗系統(tǒng)的中心，主要用于接收網(wǎng)關(guān)或4G終端傳輸?shù)臄?shù)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，為用戶訪問(wèn)提供數(shù)據(jù)接口。

展示層：主要為用戶提供訪問(wèn)平臺(tái)數(shù)據(jù)的功能，支持跨平臺(tái)訪問(wèn)，用戶可以使用PC瀏覽器、手機(jī)APP隨時(shí)了解項(xiàng)目能耗情況。

7 系統(tǒng)主要功能介紹

7.1 綜合看板

包含GIS地圖，可用顯示所有建筑的分布情況。針對(duì)建筑本周與上周用能出現(xiàn)增加或下降的情況，分別用紅色和藍(lán)色圖表表示。平臺(tái)可按照單位面積能耗與折標(biāo)綜合能耗顯示當(dāng)前平臺(tái)的建筑信息。平臺(tái)可顯示平臺(tái)接入儀表數(shù)量、平臺(tái)接入建筑總面積、平臺(tái)接入建筑上月總能耗等。同時(shí)，該頁(yè)面還有針對(duì)不同維度數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析后的結(jié)果展示。

7.2 單建筑能耗對(duì)比分析

單建筑能耗主要是針對(duì)單一建筑進(jìn)行建筑分類(lèi)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)分析，分類(lèi)分項(xiàng)嚴(yán)格按照平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)與要求進(jìn)行劃分，如圖中左側(cè)部分的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)可以按照表格、柱狀圖、曲線的形式進(jìn)行展示統(tǒng)計(jì)?？梢灾庇^觀察分類(lèi)能耗與分項(xiàng)能耗的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是否正常。

7.3 多建筑對(duì)比分析

多建筑能耗分析主要是將多棟建筑的分類(lèi)或分項(xiàng)用能情況放到統(tǒng)一界面中。可按逐時(shí)、逐日、逐月、逐年的方式查看選中建筑的分了或分項(xiàng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過(guò)曲線圖或表格形式展示。

7.4 數(shù)據(jù)異常判定

平臺(tái)接入并維護(hù)多棟建筑的數(shù)據(jù)，建筑現(xiàn)場(chǎng)情況多種多樣，為保證系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與可靠，平臺(tái)中增加了數(shù)據(jù)異常檢查功能，當(dāng)數(shù)據(jù)檢查時(shí)不符合預(yù)定的情況時(shí)，及時(shí)產(chǎn)生報(bào)警并生成工單派發(fā)到維護(hù)管理人員郵箱中。

7.5 用戶報(bào)告

用戶報(bào)告主要內(nèi)容包含各分類(lèi)能源消耗量的趨勢(shì)分析、對(duì)比分析、占比分析等，還包含數(shù)據(jù)異常統(tǒng)計(jì)情況與派單情況。

8 系統(tǒng)硬件配置

參考文獻(xiàn)：

[1]周華.基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)控系統(tǒng)[J].信息與電腦,2022(15):182-184.

[2]時(shí)培昕.解析物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析的淵源[J].軟件和集成電路,2018(11):12-17.

[3]王聰.基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析的物聯(lián)網(wǎng)終端監(jiān)控研究[J].電子測(cè)試,2019,0(17):57-58.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與選型手冊(cè).2022.05版.

作者簡(jiǎn)介：張繼冬，男，安科瑞電氣股份有限公司