淺談基於物聯網的能耗在線監測平台研究與應用

hth下载地址 陳聰

摘要：隨著物聯網技術的發展和應用，基於(yu) 物聯網的能耗在線監測平台已成為(wei) 各企業(ye) 節能降耗和能源管理的重要手段。隨著物聯網技術的快速發展，大數據、雲(yun) 計算、人工智能等新興(xing) 技術在工業(ye) 領域的應用逐漸普及。物聯網能耗在線監測平台對企業(ye) 的用電、用水、能耗等多個(ge) 環節進行實時監測，及時發現問題，提高用能效率。本平台實現了能耗在線監測和數據分析，在幫助企業(ye) 掌握用能狀況、優(you) 化能源利用效率和合理安排生產(chan) 計劃等方麵發揮了重要作用。文章從(cong) 平台總體(ti) 方案入手，提出了基於(yu) 物聯網的能耗在線監測平台應用策略，以供參考。

關(guan) 鍵詞：物聯網；能耗在線監測平台；數據采集；數據分析

0 引言

隨著節能減排政策的大力實施，以及傳(chuan) 統行業(ye) 的逐步轉型升級，各大企業(ye) 對能耗的關(guan) 注度也在逐漸提升，許多企業(ye) 都投入大量的資金用於(yu) 能源管理體(ti) 係建設和節能改造，但大多數企業(ye) 的能耗管理模式依舊停留在傳(chuan) 統的人工抄表、人工統計和報表匯總階段，缺少實時數據采集和分析、監測等功能，無法準確掌握企業(ye) 能耗數據情況。而將物聯網技術應用到企業(ye) 能耗監測係統中，可以將整個(ge) 企業(ye) 生產(chan) 過程中的能源消耗情況進行實時采集、分析和監控，並將數據信息傳(chuan) 遞給上層管理部門，從(cong) 而為(wei) 企業(ye) 節能降耗提供有效依據，提高企業(ye) 綜合經濟效益。

1 平台總體(ti) 方案

係統采用多層架構，分為(wei) 采集層、網絡層、數據層和應用層。能耗在線監測平台對係統進行總體(ti) 設計，通過對采集設備的控製，實現係統的能源計量和監測，建立一個(ge) 準確的能源統計和能源平衡方法，實現對能耗設備、係統的在線監測和管理。采用物聯網技術將采集層、網絡層、數據層和應用層有機結合在一起，構成一個(ge) 完整的平台。本係統由能源計量裝置、能耗監測終端（電能表、電能表計量器具）、網絡傳(chuan) 輸設備（通訊網關(guan) ）等組成，通過采集設備與(yu) 服務器連接，服務器通過通訊網關(guan) 與(yu) 現場設備連接，實現數據采集和數據傳(chuan) 輸功能。

2 基於(yu) 物聯網的能耗在線監測平台應用策略

2.1 智慧化係統設計

該係統以“節能減排”為(wei) 基本指導思想，以“提高，效率、降低消耗、減少汙染”為(wei) 目標，以“科學管理、有效控製”為(wei) 原則，通過物聯網技術對工業(ye) 企業(ye) 進行遠程智能監測和管理，實現對能源資源的智能化、精細化、數字化管理。該係統設計具體(ti) 分為(wei) 以下幾點：（1）數據采集：在企業(ye) 原有的計量裝置基礎上進行智能化升級改造，實現對工業(ye) 企業(ye) 用能設備運行數據的實時采集，並與(yu) 現有的能源在線監測係統進行對接，從(cong) 而實現能耗數據的集中管理和分析。（2）數據傳(chuan) 輸：以 TCP/IP 通信協議為(wei) 基礎，采用GPRS/4G 無線通信方式實現與(yu) 工業(ye) 企業(ye) 能耗監測係統的數據傳(chuan) 輸。（3）數據處理：通過數據分析軟件對采集到的能耗數據進行整理分析，根據具體(ti) 情況設置不同的報警值。（4）能耗在線監測係統由感知層、網絡層、應用層組成。感知層負責采集和記錄能源消耗信息和設備狀態信息；網絡層負責將采集到的各種信息傳(chuan) 輸給應用層；應用層負責將感知層和網絡層所傳(chuan) 送過來的信息進行分析處理，以界麵形式展示給用戶。（5）平台建設：首先建立能耗在線監測係統數據，建立能耗監測管理平台，然後根據能源計量儀(yi) 表的分布情況及具體(ti) 功能要求劃分為(wei) 三個(ge) 子平台：工業(ye) 企業(ye) 能耗在線監測平台、能源審計與(yu) 節能診斷服務平台、能源統計分析與(yu) 能效評估服務平台。

2.2 數據采集係統

數據采集係統主要由數據采集層、網絡層和應用層三部分組成。數據采集層主要包括各類傳(chuan) 感器、電表、水表等計量設備，以及各類 PLC、工控機等控製設備，提供實時在線采集企業(ye) 用能數據的能力；網絡層主要由工業(ye) 以太網和無線通信網絡構成，將采集到的能耗數據傳(chuan) 輸到應用層，實現企業(ye) 用能數據的實時監測和傳(chuan) 輸；應用層主要提供企業(ye) 能耗指標分析、用能管理等功能。整個(ge) 係統可實現對企業(ye) 能耗數據的在線實時采集，為(wei) 企業(ye) 用能的合理優(you) 化配置和能源管理提供了有力支撐。

2.2.1 集中采集

集中采集係統部署在企業(ye) 能源管理，主要由計量設備、數據采集設備和控製設備組成，負責對各生產(chan) 單元及各個(ge) 車間的用能數據進行實時采集、傳(chuan) 輸和存儲(chu) ，為(wei) 能源管理人員提供生產(chan) 運行情況的直觀展示，實現對企業(ye) 能源資源的優(you) 化配置。集中采集係統采用以太網連接的方式與(yu) 企業(ye) 能源管理進行通信，從(cong) 而將各生產(chan) 單元及各個(ge) 車間的用能數據集中傳(chuan) 輸到數據采集設備中，再通過數據采集設備進行實時數據的采集和上傳(chuan) 。當有新的生產(chan) 單元加入時，係統會(hui) 自動為(wei) 新生產(chan) 單元分配一個(ge) 或多個(ge) 采集設備號，並對其進行編號管理。

2.2.2 分散采集

分散采集是指對企業(ye) 各個(ge) 生產(chan) 單元及各個(ge) 車間進行部署，在每個(ge) 生產(chan) 單元及各個(ge) 車間分別部署數據采集器，實現對各生產(chan) 單元及各個(ge) 車間的用能數據的實時采集。分散采集的方式可分為(wei) 以下兩(liang) 種：（1）將每個(ge) 生產(chan) 單元及每個(ge) 車間的用能數據分別接入到 PLC 控製單元，以 PLC 為(wei) 控製核心，實現對各生產(chan) 單元及各個(ge) 車間用能設備的控製、監測、保護等功能，同時對各生產(chan) 單元及各個(ge) 車間的用能情況進行監控。（2）通過 GPRS 或 CDMA 無線網絡將數據采集器所采集到的數據傳(chuan) 輸到服務器，服務器根據相應標準將數據轉換成標準格式後，再通過 GPRS 或 CDMA 無線網絡傳(chuan) 輸到雲(yun) 平台。

2.3 係統控製與(yu) 管理

根據企業(ye) 實際情況，能耗在線監測係統可以分為(wei) 多個(ge) 子係統，每個(ge) 子係統獨立運行，滿足不同行業(ye) 、不同規模企業(ye) 的需要。同時，平台需要對各個(ge) 子係統進行監控、管理和數據分析，為(wei) 企業(ye) 能源管理提供實時的信息和服務。要做好係統控製與(yu) 管理工作，具體(ti) 可以從(cong) 以下幾點展開：（1）能源管理。能源管理係統主要負責對企業(ye) 能源設備進行遠程監控，了解各個(ge) 設備的運行狀態、能耗情況以及設備的故障情況等信息。通過對數據的采集和分析，及時發現設備故障、能耗異常等問題，實現能源優(you) 化配置和節能降耗。（2）用能分析。係統提供用能分析功能，可以對企業(ye) 的用能情況進行統計和分析，例如：各類型用能設備的能耗占比情況、各類型用能設備的日度用能趨勢圖等。通過對用能數據進行統計分析，可以找出企業(ye) 在用能方麵存在的問題和薄弱環節，為(wei) 企業(ye) 下一步節能降耗提供決(jue) 策依據。（3）數據采集與(yu) 傳(chuan) 輸。係統提供了多種數據采集方式，包括：ZigBee、LoRa、GPRS、4G/5G 通信等多種數據采集方式。同時采用工業(ye) 以太網傳(chuan) 輸方式，將所有采集到的數據實時傳(chuan) 送到數據進行存儲(chu) 和分析。（4）平台要部署相應的監控應用軟件和數據庫管理係統，監控係統網絡架構圖如圖 1 所示。在硬件設備正常運行時進行監控與(yu) 維護工作。係統需要對硬件設備進行配置並進行檢測調試後才能投入使用。例如：服務器端軟件需要安裝在 windows 操作係統中，客戶端軟件需要安裝在 Linux 操作係統中。同時需要保證監測應用軟件和數據庫管理係統都處於(yu) 正常運行狀態。（5）能耗在線監測平台可以按照用戶權限對用戶進行分組管理。用戶可根據權限訪問相應的子係統或子應用；每個(ge) 子係統或子應用可以包括多個(ge) 用戶組；每個(ge) 用戶組可以具有不同的權限級別；每個(ge) 用戶組可以具有不同的係統屬性；每個(ge) 用戶組可以具有不同的操作權限和操作頻率。

圖 1 監控係統網絡架構圖

2.4 資源共享與(yu) 交換

本平台采用以太局域網（Ethernet）和以太網相結合的方式實現數據傳(chuan) 輸，Ethernet 通過 IP 協議進行數據交換，以太網則通過 TCP 協議進行數據傳(chuan) 輸。Ethernet 的通信過程為(wei) ：用戶首先通過 Ethernet 中的客戶端程序訪問服務器上的客戶機程序，通過 TCP/IP 協議與(yu) 服務器端進行通信，與(yu) 服務器進行數據交換。在資源共享及交換的過程中，應做好以下兩(liang) 方麵內(nei) 容：一方麵，在傳(chuan) 輸數據過程中遵守 TCP/IP 協議規定的各種消息格式和內(nei) 容，如：字段類型、數據長度、發送數據頻率、數據傳(chuan) 輸速率等。另一方麵，在本平台中需要將 Ethernet 與(yu) 以太網相結合的方式進行設計。Ethernet 采用 TCP/IP 協議進行通信，其通信過程為(wei) ：用戶首先訪問服務器上的客戶機程序，與(yu) 客戶機程序進行交互，客戶程序根據用戶指令向服務器發出請求。服務器接收到客戶請求後將響應消息返回給用戶，用戶收到響應後繼續向服務器發送請求。在 Ethernet 與(yu) 以太網相結合的通信方式中，Ethernet 向以太網發送請求時需要將其封裝為(wei) UDP 包（以太網 UDP 協議）發送出去。

2.5 數據分析與(yu) 處理

工業(ye) 企業(ye) 的能源消耗數據采集範圍較廣，采集頻率較高，數據量巨大，但數據處理能力有限，在分析和處理過程中，需要對大量數據進行匯總、分析和挖掘。本平台采用 Python 編程語言設計能源消耗數據分析平台，並將數據處理的過程封裝成 API 接口，以便於(yu) 企業(ye) 用戶調用。平台主要實現了以下功能：（1）能耗數據處理分析：本平台對企業(ye) 用能情況進行分析和挖掘，提供多種能源消耗指標計算、查詢功能，支持能耗指標計算和查詢。其中能源消耗指標包括：電能、煤炭、天然氣、水、電等；能耗分析包括：日、月、年等時間段能耗指標統計；用能情況分析包括：用電量、用電類型、用電時間等。（2）能源平衡計算分析：本平台提供多種能源平衡計算功能，如生產(chan) 設備功率平衡計算、動力設備功率平衡計算等，並提供多種能源平衡計算方式，包括平均值法、極值法等。（3）統計查詢功能：本平台提供多種統計查詢功能，如用電量查詢和用能量查詢等。其中用電量查詢包括：當日用電量或曆史用電量查詢；月用電量或曆史電量查詢。（4）數據挖掘分析：本平台提供多種數據挖掘分析功能，如用能情況分析功能包括：能耗強度分析；多維度對比分析功能包括：對比能耗強度、對比生產(chan) 設備效率指標；基於(yu) 生產(chan) 設備效率的能耗效率排名分析功能包括：排名*的生產(chan) 設備效率指標排名、排名*二十的生產(chan) 設備效率指標排名。（5）報表展示功能：本平台提供多種報表展示功能，如日報表、月報表、年報表等。其中日報表包括：當日用能總量統計；當日用電量統計；當月總用電量統計；本月總用電總量統計。

2.6 能耗指標控製

該企業(ye) 以煤電為(wei) 主要生產(chan) 原料，采用人工和半自動生產(chan) 模式。根據企業(ye) 生產(chan) 需求，對各工藝環節的能耗進行控製。要進行能耗指標控製，可以從(cong) 以下兩(liang) 方麵展開：一方麵，通過對各工序能耗數據的實時監測和分析，可以及時發現各工序設備、工藝路線、生產(chan) 狀態等方麵存在的問題。對於(yu) 影響能源消耗指標波動的設備或工序等因素，可以在平台上進行幹預或調整，從(cong) 而提高整個(ge) 生產(chan) 過程中能源消耗指標變化情況的準確性和及時性。另一方麵，可以根據各工序能耗數據分析結果，合理安排生產(chan) 計劃，優(you) 化生產(chan) 工藝等。平台能夠為(wei) 企業(ye) 製定節能減排工作方案提供數據支持和決(jue) 策依據；在能源消耗指標發生波動時能夠及時發現問題並進行幹預或調整；在能耗指標達到設定目標後能夠及時進行預警提示。

2.7 能耗數據展示與(yu) 查詢

要做好能耗數據的展示與(yu) 查詢工作，可以從(cong) 以下幾點展開：（1）能耗在線監測平台可以按照用戶需要進行模板定製，包括能源平衡表、日（周）平均用能對比、日（周）總能耗對比等；還可以通過用戶自定義(yi) 的方式，將數據按照不同的維度展示出來。（2）在數據展示方麵，以柱狀圖、餅圖、曲線圖等多種形式展現能源數據；同時還可以對曆史的數據進行查詢，查看曆史能源消耗情況；在數據查詢時，用戶也可以通過下拉框選擇合適的時間範圍來進行查詢。（3）在展示功能方麵，可按照企業(ye) 的規模大小、能耗種類等進行劃分。通過查看每個(ge) 企業(ye) 的整體(ti) 用能情況來了解整個(ge) 行業(ye) 內(nei) 企業(ye) 的用能情況；通過查看各企業(ye) 整體(ti) 用能情況來了解整個(ge) 行業(ye) 內(nei) 各個(ge) 企業(ye) 的用能情況；通過查看某個(ge) 區域內(nei) 各企業(ye) 整體(ti) 用能情況來了解該區域內(nei) 各個(ge) 企業(ye) 的用能情況。（4）在能源查詢方麵，以用戶自定義(yi) 查詢條件來進行查詢。如果用戶在平台中已經錄入了基礎信息和曆史用能信息，係統可以自動搜索與(yu) 之對應的能源數據；如果用戶沒有錄入基礎信息和曆史用能信息，係統可以自動搜索與(yu) 之對應的能耗數據，並按條件進行排序。通過上述能耗在線監測平台研究與(yu) 應用，能夠有效地提高企業(ye) 能源管理水平和能源利用率，實現了能源監測和控製全覆蓋。

3 hth下载地址Acrel-5000建築能耗分析係統

Acrel-5000建築能耗分析係統是用戶端能源管理分析係統，在電能管理係統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與(yu) 分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決(jue) 策層展示各類能源的使用消耗情況，便於(yu) 找出高耗能點或不合理的耗能習(xi) 慣，有效節約能源，為(wei) 用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照有關(guan) 規定實施能源計算，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，並向縣級以上管理節能工作的部門報送能源計算報告。

4 應用場所

適用於(yu) 公共建築、集團公司、工業(ye) 園區、大型物業(ye) 、學校、醫院、企業(ye) 等不同行業(ye) 的能耗監測與(yu) 管理的係統設計、施工和運行維護。

5 係統組網圖

6 係統功能

6.1係統概況

平台運行狀態，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時、逐月曲線，當日，當月能耗同比分析滾動顯示。

6.2 用能概況

對建築、部門、區域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統計對比、總能耗 同環比對比。

6.3 用能統計

對建築、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類能源用能進行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建築數據進行生成柱狀圖。

6.4 複費率統計

複費率報表按日、月、年統計對單棟建築下不同支路的尖、峰、平、穀用電量及成本費用進行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

6.5 同比分析

對建築、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進行用能數據同比分析。

6.6 能源流向圖

能源流向圖展示單棟建築自己設定時段內(nei) 各類能源從(cong) 源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標值查看。

6.7 夜間能耗分析

夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在自己設定時段工作時間與(yu) 非工作時間用能統計對比，支持導出報表。

6.8 設備管理

設備管理包括，設備類型、設備台賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設備，確保設備的運行。

6.9 用戶報告

用戶報告針對選定的建築自動統計各能源的月使用的同環比趨勢，並提供簡單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的複費率用能分析，報告可編輯。

7 係統硬件配置

8 結束語

能耗在線監測平台在節能減排、能源管理、能源審計等方麵取得了顯著成效，為(wei) 企業(ye) 節能管理、能源審計及科學用能提供了有效工具，為(wei) 能源行業(ye) 實現綠色低碳發展提供了技術支撐。能耗在線監測平台以企業(ye) 的能耗數據為(wei) 基礎，通過對企業(ye) 用能設備能耗數據進行采集、分析和處理，結合企業(ye) 能源管理體(ti) 係要求及能源審計要求，對企業(ye) 用能設備的能耗情況進行分析與(yu) 評估，從(cong) 而實現企業(ye) 對能效管理的持續改進。

參考文獻

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