安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司
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張繼冬
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要： 隨著工業(yè)的快速發(fā)展，能源消耗問題日益突出。本文深入探討了基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。首先闡述了該系統(tǒng)的研究背景和意義，接著詳細(xì)介紹了其系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的功能與組成。然后論述了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，如傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等。最后結(jié)合實(shí)際案例分析了該系統(tǒng)在工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用效果及帶來的節(jié)能效益，展示了其在工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排、提高能源管理水平的重要作用。
1、引言
感知層是系統(tǒng)獲取能耗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。主要由各類智能傳感器組成，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，就可以通過計(jì)算得出該電機(jī)的實(shí)時(shí)功率消耗。
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。
應(yīng)用層是對(duì)傳輸過來的能耗數(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)行分類存儲(chǔ)，以便后續(xù)查詢和分析。數(shù)據(jù)分析模塊通過建立能耗模型、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。
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)。
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)。
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。
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。
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)國發(fā)[2007]15號(hào)的精神，住建部印發(fā)《關(guān)于印發(fā)國家機(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、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)，為用戶訪問提供數(shù)據(jù)接口。
展示層：主要為用戶提供訪問平臺(tái)數(shù)據(jù)的功能，支持跨平臺(tái)訪問，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)行建筑分類分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)分析，分類分項(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或分項(xiàng)用能情況放到統(tǒng)一界面中?？砂粗饡r(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)：
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[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
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