摘要：針對(duì)目前國(guó)內(nèi)企業(yè)在智能制造過(guò)程中存在的能源利用率低、成本過(guò)高、粗放管理和自動(dòng)化程度低等一系列問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能耗管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由能耗管理系統(tǒng)客戶端、能耗管理系統(tǒng)服務(wù)器、能源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、智能監(jiān)控裝置和設(shè)備5部分組成.該系統(tǒng)以企業(yè)安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)，以降低損耗、優(yōu)化能源、方便調(diào)度與管理為目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)能效的多層次、節(jié)能管理需求，具有一定的推廣使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能制造；能耗管理；物聯(lián)網(wǎng)；無(wú)線保真；4G

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及現(xiàn)階段智能制造工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，我國(guó)能源供應(yīng)面臨著較大的壓力，以 2018年為例，我國(guó)能源的消費(fèi)總量為4.64x109標(biāo)準(zhǔn)煤，比 2017年增長(zhǎng) 1.5x108t噸同此增長(zhǎng) 3.3%，增速較 2017 年提高 0.4 千百分點(diǎn)。能源消費(fèi)總量較大，對(duì)外依存度高，節(jié)約能源已經(jīng)是勢(shì)在必行，因此，節(jié)能增效已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略中心。

為了貫徹落實(shí)節(jié)約資源的基本國(guó)策，圍繞“加快轉(zhuǎn)型升級(jí)，建設(shè)幸福廣東"的核心任務(wù)，省委、省政府發(fā)布了《關(guān)于加快發(fā)展我省戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的意見》，著力圍繞“十三五"時(shí)期，廣東能耗產(chǎn)業(yè)企業(yè)，實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造，引導(dǎo)企業(yè)自覺優(yōu)化用能方式，提高能源利用效率。

通過(guò)加強(qiáng)節(jié)能監(jiān)管，提高企業(yè)能效，緩解當(dāng)前能源供需矛盾，乃是快捷、有效、切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)和符合中國(guó)國(guó)情的措施。本項(xiàng)目的研究針對(duì)該領(lǐng)域，項(xiàng)目成果對(duì)指導(dǎo)大型耗能企業(yè)用戶分項(xiàng)能耗監(jiān)測(cè)，節(jié)能管控，能源優(yōu)化，企業(yè)能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、準(zhǔn)確傳輸、科學(xué)處理和有效儲(chǔ)存與科學(xué)利用，有著重要的示范作用。

1 能耗管理系統(tǒng)的總體概述

該企業(yè)的能耗管理系統(tǒng)分為以下5個(gè)部分，能耗管理系統(tǒng)平臺(tái)軟件、能源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、智能監(jiān)控裝置和設(shè)備。系統(tǒng)框架如圖1所示，各個(gè)部分的功能如下所述。

圖1 系統(tǒng)框圖

a)能耗管理系統(tǒng)平臺(tái)軟件

實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)或者遠(yuǎn)程對(duì)能源數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)，在客戶端軟件上直觀地顯示用戶關(guān)心的各種數(shù)據(jù)、表，并且滿足遠(yuǎn)程遙測(cè)、遙控等功能。

b)能源網(wǎng)關(guān)

將各種不同的智能監(jiān)控裝置采集的水、電氣、油、冷量和熱量等各種形式的能耗計(jì)量及分項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過(guò)有線或者無(wú)線的方式上傳到能耗管理系統(tǒng)服務(wù)器；在整個(gè)能源物聯(lián)網(wǎng)中，能源網(wǎng)關(guān)起到承上啟下的作用。

c)智能采集裝置

采集終端的設(shè)備的數(shù)據(jù)，通過(guò)有線或者無(wú)線的方式，將原始數(shù)據(jù)上傳到能源網(wǎng)關(guān)，包括水、電、氣、油、冷量和熱量等各種能源的計(jì)量和控制裝置。由于采集的信息格式不一，在數(shù)據(jù)格式處理、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)合并與匯聚上設(shè)計(jì)了相應(yīng)的匯聚技術(shù)。

d)設(shè)備

包括水、電、氣、油、冷量和熱量等終端設(shè)備。

2 能耗管理系統(tǒng)使用的關(guān)鍵技術(shù)

2.1窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(NB-IoT：NarrowBand Internet of Things)，是物聯(lián)網(wǎng)(IoT： Interneof Things)中一項(xiàng)重要的組成部分，其通過(guò)利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)，在有效地完成對(duì) LTE、UMTS 和 GSM 等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行直接部署的同時(shí)，還能對(duì)消耗帶寬進(jìn)行有效的控制。根據(jù) NB-IoT 標(biāo)準(zhǔn)，NB-IoT 需要進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)廣域及深度覆蓋，降低終端成本與功耗，支持大容量終端接入其中，保障每一個(gè)終端的成本不超過(guò)5 美元，并在5 Wh 之內(nèi)可提供至少 10 年的支持。一般情況下，NB-Io1所消耗的帶寬不會(huì)超過(guò) 180 kHz，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)平滑升級(jí)，還能夠?qū)Σ渴鸪杀具M(jìn)行有效的控制。隨著當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和通信需求的不斷增加，儀表智能化已成為通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，基于 NB-IoT 技術(shù)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)將成為“智慧城市"建設(shè)與發(fā)展中的重要組成部分。

2.2 4G 技術(shù)

4G 技術(shù)能夠在終端產(chǎn)品中發(fā)送、接收來(lái)自另一端的信號(hào)，可以找到多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和無(wú)線通信接口之間的較快和有效的通信路徑來(lái)執(zhí)行最直接的定位操作。其主要特點(diǎn)如下所述。

a)4G 的速度更快，級(jí)別更高，針對(duì)不同的信道條件下的信息傳輸速率信號(hào)，能使用正常收發(fā)器智能信號(hào)處理技術(shù)，體現(xiàn)其良好的適應(yīng)性、靈活性、兼容性和共存性。

b)4G 能夠讓低、高速的用戶和不同的用戶設(shè)備實(shí)現(xiàn)兼容操作，更好地滿足多種類型用戶的需求；4G可提供各種標(biāo)準(zhǔn)的通信業(yè)務(wù)，滿足各種業(yè)務(wù)需求，提高頻率使用效率；4G能夠使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定和自主，滿足系統(tǒng)變化和發(fā)展的要求 同。

c)4G通信能滿足當(dāng)前移動(dòng)通信終端在不同的領(lǐng)域和地區(qū)以及全球漫游情況下的不同的通信需求。高品質(zhì)的 4G 通信技術(shù)的應(yīng)用能夠保持穩(wěn)定的信號(hào)傳輸。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

IoT 的概念，早于 1999 年被提出。IT產(chǎn)業(yè)下一階段的任務(wù)是把新一代 T 技術(shù)充分地運(yùn)用在各行各業(yè)之中，具體地說(shuō)，就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑供水系統(tǒng)、大壩和油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成所謂的 IoT，然后將 loT 與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合，在這個(gè)整合的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，存在能力*的中心計(jì)算機(jī)群，能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施實(shí)時(shí)的管理與控制，在此基礎(chǔ)上，人類可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)與生活，達(dá)到“智慧"狀態(tài)，提高資源的利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然之間的關(guān)系。IoT 技術(shù)就是指通過(guò)信息傳感設(shè)備，將所有的物品連接互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別管理。包括兩層含義：1)IoT的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；2)其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，IoT一方面可以提高經(jīng)濟(jì)效益，大大地節(jié)約成本；另一方面可以為全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇提供技術(shù)動(dòng)力。目前，世界上多個(gè)國(guó)家都投入了大量資金深入地研究探索 IoT。我國(guó)也高度重視 IoT 的研究，國(guó)家相關(guān)部門在新一代信息技術(shù)方面也在開展研究，正在制定支持新一代信息技術(shù)發(fā)展的相關(guān)政策措施。

開發(fā)基于 IoT 的企業(yè)能源管理智能化系統(tǒng)的目的是：滿足對(duì)企業(yè)用能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、在線審計(jì)，即時(shí)對(duì)標(biāo)、分類計(jì)量、分項(xiàng)計(jì)量和用能管控等需求，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)包括能源計(jì)量、分時(shí)計(jì)量、分類計(jì)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和用能質(zhì)量控制等功能。

基于 IoT 技術(shù)，可以對(duì)企業(yè)節(jié)能裝備和主要耗能設(shè)備使用能耗和工沉進(jìn)行監(jiān)測(cè)、診斷和分析，從設(shè)備、工藝和管理3個(gè)方面，將企業(yè)全過(guò)程、全生命周期和全介質(zhì)類型的能源數(shù)據(jù)集成為一個(gè)整體，基于 CIP 公共信息模型理論，建立企業(yè)系統(tǒng)化的能源數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源數(shù)據(jù)的分項(xiàng)計(jì)量，并對(duì)獲得的企業(yè)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的挖掘。

2.4 Wi-Ei 技術(shù)

Wi-Fi 是 Wireless Fidelity 的縮寫，是一種無(wú)線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)與規(guī)格，也就是IEEE所定義的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.11，它是利用無(wú)線接入手段的新型局域網(wǎng)解決方案，Wi-Fi的主要特點(diǎn)是傳輸速率高、可靠性高、建網(wǎng)快速、便捷可移動(dòng)性好、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)彈性化和組網(wǎng)靈活，以及組網(wǎng)價(jià)格較低等，Wi-H 技術(shù)按其速度和技術(shù)新舊可分為：802.11b、802.11a、802.11g。

3 企業(yè)能耗管理系統(tǒng)主要模塊設(shè)計(jì)

3.1能耗管理系統(tǒng)平臺(tái)軟件

對(duì)智能監(jiān)控裝置收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)用能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、在線審計(jì)、即時(shí)對(duì)標(biāo)、分類計(jì)量、分項(xiàng)計(jì)量和用能管控等需求；達(dá)到對(duì)企業(yè)的節(jié)能設(shè)備、主要工藝設(shè)備和主要耗能設(shè)備的能耗和工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、診斷與分析的目的；并通過(guò)基于云服務(wù)的網(wǎng)關(guān)線上管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)分散的能源網(wǎng)關(guān)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷、在線配置、數(shù)據(jù)下載和在線升級(jí)等操作，提高設(shè)備的運(yùn)維效率，方便用戶隨時(shí)掌控終端設(shè)備的動(dòng)態(tài)。

3.2 能源網(wǎng)關(guān)

能源網(wǎng)關(guān)是能源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的簡(jiǎn)稱。能源網(wǎng)關(guān)是通用型智慧能源數(shù)據(jù)采集通訊網(wǎng)關(guān)，適用于企事業(yè)單位建筑、社區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑、商業(yè)連鎖和便利門店等領(lǐng)域的能源管理系統(tǒng)對(duì)于水、電氣、油、冷量和熱量等各種形式的能耗計(jì)量，以及分項(xiàng)數(shù)據(jù)采集的需求。通過(guò)基于云服務(wù)的網(wǎng)關(guān)線上管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分散的智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷、在線配置、數(shù)據(jù)下載和在線升級(jí)等操作，提高設(shè)備的運(yùn)維效率，方便用戶隨時(shí)掌控終端設(shè)備的動(dòng)態(tài)。

3.2.1 能源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的硬件功能設(shè)計(jì)

能源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)要實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的收集及管理功能，就需要相關(guān)的硬件支持。其硬件主要包括：處理器、電源、蜂鳴器、顯示器、4G模塊、存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)、串口和其他接口電路。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

各個(gè)部分的主要作用如下：處理器作為系統(tǒng)的中央處理器完成主要的邏輯運(yùn)算，并提供了基本的外圍接口電路和外圍設(shè)備控制器；電源可以使用電源或干電池供電；當(dāng)某些參數(shù)的設(shè)置超過(guò)安全門，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警并伴隨指示燈閃爍：顯示器可以外接HMI串口屏進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示，并可作為人機(jī)交互的接口：4G模塊能夠與能耗管理系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行通訊，將多個(gè)智能采集裝置采集的數(shù)據(jù)上傳到能耗管理系統(tǒng)服務(wù)器：以太網(wǎng)接口的作用和4G模塊相同，只是通訊方式是有線方式；存儲(chǔ)器用于臨時(shí)存儲(chǔ)一些重要的數(shù)據(jù)作為備份；串口用來(lái)作為系統(tǒng)和應(yīng)用程序調(diào)試的接口：其他接口是為設(shè)備預(yù)留的接口，為后續(xù)功能擴(kuò)展使用。

3.2.2 能源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)

能源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序使用模塊化的程序設(shè)計(jì)理念，將設(shè)備的各項(xiàng)功能根據(jù)其完成的任務(wù)性質(zhì)、特定任務(wù)和實(shí)時(shí)性要求，并結(jié)合數(shù)據(jù)流程，詳細(xì)地劃分出每個(gè)功能模塊。在本方案的軟件設(shè)計(jì)中，主要有如下幾個(gè)模塊：操作日志、系統(tǒng)界面、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)查詢等。軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 軟件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)界面是人機(jī)交互的界面，通過(guò)系統(tǒng)用戶界面，用戶能夠方便地對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制操作。軟件界面采用分層結(jié)構(gòu)，每一個(gè)功能模塊都采用彈出子界面的方式進(jìn)行單獨(dú)處理。操作日志記錄了各個(gè)用戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作的各種信息。日志信息保存在二進(jìn)制文件中用于查詢。數(shù)據(jù)通信通過(guò)4G或以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)通信功能，為了在數(shù)據(jù)傳輸中正確地分離與識(shí)別各種數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)不同數(shù)據(jù)添加相應(yīng)的標(biāo)志字節(jié)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包。歷史數(shù)據(jù)查詢模塊完成歷史數(shù)據(jù)信息的查詢操作查看所記錄的數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步地進(jìn)行處理。設(shè)備驅(qū)動(dòng)，在嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)中，針對(duì)顯示屏、無(wú)線模塊和觸摸屏等硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。

3.2.3 能源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)程序流程設(shè)計(jì)

在應(yīng)用軟件運(yùn)行之后，首先進(jìn)行初始化工作包括初始化網(wǎng)絡(luò)、記錄工作日志和打開數(shù)據(jù)文件等任務(wù)，如果初始化失敗，則應(yīng)用程序?qū)?huì)由于不能正常運(yùn)行而退出。初始化成功后，可以進(jìn)行功能的選擇，選擇完成之后，開始執(zhí)行所選擇的功能，直到結(jié)束時(shí)，程序退出。

具體的工作流程如圖4所示。

圖4 軟件主流程圖

3.3 智能采集設(shè)備

智能采集設(shè)備主要包括采集傳感器模塊、微控制器和無(wú)線傳輸模塊，另外還有SDRAM、Flash存儲(chǔ)器和電源等。傳感器使用標(biāo)準(zhǔn)的小模塊，在主板上預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)的uart接口，可以根據(jù)采集的能源參量的不同安裝相對(duì)的小模塊；CPU選用德州儀器(T：Texas Instruments)的MSP430F147 低功耗單片機(jī)；無(wú)線通信模塊使用 NB-IoT 或 Wi-Fi 通訊方式。

MSP430F147 是I公司推出的高性能低功耗16 位微控制器。其具有*的處理能力，并可在工業(yè)環(huán)境下穩(wěn)定地運(yùn)行，工作溫度為-40~+85 ℃MSP430 提供了較豐富的片內(nèi)外設(shè)，降低了系統(tǒng)的成本，為短距離無(wú)線通信和一般低功耗場(chǎng)合的廣用提供了高性價(jià)比和高性能的微控制器解決方案。系統(tǒng)的硬件框圖如圖5所示。其中，MSP430是系統(tǒng)的核心，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行處理和控制。存儲(chǔ)器包括 SDRAM 和 Flash 兩個(gè)部分，SDRAM 是一種易失性存儲(chǔ)器，掉電后其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)丟失，將其作為程序的運(yùn)行空間：Flash 是非易失性存儲(chǔ)器，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，將其作為程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。采集傳感器和溫度傳感器所獲取的傳感電

圖5 系統(tǒng)的硬件框圖

壓輸入微控制器的A/D接口進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理控制器將傳感電壓換算為相應(yīng)的系數(shù)后存儲(chǔ)到Flash 中。無(wú)線通訊模塊主要負(fù)責(zé)與接收設(shè)備通信,完成數(shù)據(jù)的發(fā)送，其通過(guò)串口與處理器相連接。

4 安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)概述

安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測(cè)企業(yè)電、水、燃?xì)?、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助企業(yè)針對(duì)各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產(chǎn)線、班組、重大能耗設(shè)備等的能源利用情況等進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

6.1 應(yīng)用場(chǎng)所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業(yè)、木材、工業(yè)園區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機(jī)電設(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等離散制造業(yè)。

6.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)廠區(qū)局域網(wǎng)和平臺(tái)通訊，平臺(tái)搭建在客戶自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網(wǎng)聯(lián)通的地方，通過(guò)有權(quán)限的賬號(hào)登陸網(wǎng)頁(yè)以及手機(jī)APP查看各處的運(yùn)行情況。

系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺(tái)管理層。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：主要是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于水、電、氣等參量采集測(cè)量的各類型的儀表等，也是構(gòu)建該配電、耗水、耗氣系統(tǒng)必要的基本組成元素。肩負(fù)著采集數(shù)據(jù)的重任，這些設(shè)備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡(luò)電力儀表、溫濕度控制器、開關(guān)量監(jiān)測(cè)模塊以及合格供應(yīng)商的水表、氣表、冷熱量表等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺(tái)管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，一般應(yīng)用服務(wù)器和WEB服務(wù)器可以合一配置。

平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

5 系統(tǒng)功能

平臺(tái)采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)企業(yè)各類能源的消耗情況，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

5.1平臺(tái)登錄

在瀏覽器打開云平臺(tái)鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

5.2大屏展示

用戶登錄成功之后進(jìn)入大屏展示頁(yè)面，展示企業(yè)及各區(qū)域的能耗折標(biāo)、產(chǎn)值、異常、排名、占比、通訊情況，點(diǎn)擊區(qū)域展示該區(qū)域的分類能耗、產(chǎn)值等相關(guān)信息。

5.3首頁(yè)

首頁(yè)展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢(shì)、單耗趨勢(shì)、分類能耗等企業(yè)級(jí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

5.4數(shù)據(jù)監(jiān)控

對(duì)企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報(bào)警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測(cè)各個(gè)點(diǎn)位的運(yùn)作情況，同時(shí)能更快的掌握點(diǎn)位的報(bào)警，并為企業(yè)削峰填谷、調(diào)整負(fù)載等技改措施提供數(shù)據(jù)支撐。

能源實(shí)時(shí)監(jiān)控：對(duì)于水、電、氣等能源消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保用能環(huán)節(jié)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網(wǎng)絡(luò)圖、能源計(jì)量網(wǎng)絡(luò)圖等功能。

能流圖：需要在能流圖上對(duì)水、電、氣的消耗情況進(jìn)行實(shí)時(shí)展示；當(dāng)能源參數(shù)越限報(bào)警，可提供報(bào)警重要性等級(jí)分類，同時(shí)支持APP推送、手機(jī)短信、郵件、釘釘、語(yǔ)音播報(bào)、系統(tǒng)彈窗報(bào)警提示等；

配電圖：將配電房真實(shí)情況畫入配電圖，實(shí)時(shí)展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實(shí)時(shí)參數(shù)、門禁水浸狀態(tài)及能耗數(shù)據(jù)。

實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)：實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)工廠、車間、工序、設(shè)備的當(dāng)年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

數(shù)據(jù)展示：通過(guò)實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線展示不同區(qū)域、不同設(shè)備的不同的能耗參數(shù)；

檢測(cè)：對(duì)能源報(bào)警信息進(jìn)行集中顯示，可以對(duì)報(bào)警閾值信息進(jìn)行相關(guān)處理操作，可以對(duì)報(bào)警參數(shù)進(jìn)行在線設(shè)置，當(dāng)能源參數(shù)越限報(bào)警，可提供報(bào)警重要性等級(jí)分類，具備APP推送、手機(jī)短信、郵件、釘釘、語(yǔ)音播報(bào)、系統(tǒng)彈窗等報(bào)警提示；

5.5視頻監(jiān)控

接入攝像頭，實(shí)時(shí)掌控企業(yè)內(nèi)實(shí)際情況。

5.6變壓器監(jiān)控

展示各電壓器的負(fù)載情況，從而可以為變壓器配備情況進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃。通過(guò)各種運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對(duì)比分析，找出更好的運(yùn)行模式。根據(jù)運(yùn)行模式調(diào)整負(fù)載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

5.7儀表實(shí)時(shí)監(jiān)控

展示各個(gè)水電氣儀表的實(shí)時(shí)參數(shù)變化，以曲線圖的方式展示。

5.8能源中控

將所有有關(guān)能源的能源參數(shù)集中在一個(gè)看板中，能從多個(gè)維度對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)產(chǎn)業(yè)線的對(duì)比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

5.9用能統(tǒng)計(jì)

從能源使用種類、監(jiān)測(cè)區(qū)域、車間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時(shí)間、設(shè)備、班組、分項(xiàng)等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對(duì)企業(yè)用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jī)分析，折標(biāo)對(duì)比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計(jì)，找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過(guò)程中的浪費(fèi)。

5.10分析成本

統(tǒng)計(jì)各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)（工廠、車間）的當(dāng)年、季度、月、周、日各類能源消耗費(fèi)用，其中電包括峰電量、峰電費(fèi)、谷電量、谷電費(fèi)以及平均電量和平均電費(fèi)。

5.11產(chǎn)品單耗統(tǒng)計(jì)

與企業(yè)MES系統(tǒng)對(duì)接，通過(guò)產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢(shì)圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析。同時(shí)將產(chǎn)品單耗與行業(yè)/國(guó)家/國(guó)際指標(biāo)對(duì)標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來(lái)調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

5.12績(jī)效分析

對(duì)各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、車間，產(chǎn)線、工段、設(shè)備等進(jìn)行日、周、月、年、時(shí)段績(jī)效統(tǒng)計(jì)按照能源計(jì)劃或定額制定的績(jī)效指標(biāo)進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力，評(píng)定能源消耗是否合理。

5.13運(yùn)行監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)對(duì)區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測(cè)設(shè)備及工藝運(yùn)行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運(yùn)行監(jiān)視?？芍苯訌膭?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時(shí)間等維度查詢相關(guān)能源用量。

5.14自定義能耗報(bào)表

用戶可通過(guò)自定義報(bào)表頭與列，靈活生產(chǎn)各種報(bào)表，查看企業(yè)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環(huán)比報(bào)表，支持導(dǎo)出報(bào)表。

5.15同比、環(huán)比

提供能耗成本的圖形對(duì)比分析，包括分時(shí)段（日、月、年）的同比、環(huán)比分析，分類、分時(shí)段、分項(xiàng)（地點(diǎn)、機(jī)構(gòu)、設(shè)備）統(tǒng)計(jì)圖形對(duì)比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環(huán)比

5.16分析報(bào)告

以年、月、日對(duì)企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運(yùn)行情況、運(yùn)維情況等進(jìn)行仔細(xì)的統(tǒng)計(jì)分析，讓用戶更加了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改善點(diǎn)，以及針對(duì)用能情況挖掘節(jié)能潛力。

5.17能耗設(shè)備用能

監(jiān)控耗能設(shè)備運(yùn)行、停機(jī)及異常狀態(tài)，及時(shí)解決設(shè)備故障停運(yùn)導(dǎo)致無(wú)法正常生產(chǎn)。

5.18線損分析

根據(jù)節(jié)點(diǎn)、能源分類，查詢各個(gè)節(jié)點(diǎn)線路上的能源損耗數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)能量在使用過(guò)程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費(fèi)的問(wèn)題，提醒用戶及時(shí)進(jìn)行干預(yù)。

5.19碳排放管理

按照區(qū)域?qū)μ寂欧趴偭康淖兓厔?shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行同環(huán)比分析。對(duì)單位產(chǎn)值碳排放量進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合減排指標(biāo)實(shí)現(xiàn)超標(biāo)預(yù)警，提升區(qū)域減排水平，促進(jìn)碳達(dá)峰目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

5.20電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)諧波含量、三相不平衡度、功率因數(shù)等，確保功率因數(shù)不低于供電局考核指標(biāo)，避免被罰款和設(shè)備出現(xiàn)故障。

5.21運(yùn)維管理

系統(tǒng)支持設(shè)備日常巡檢計(jì)劃、派工、消缺、報(bào)修、派工等設(shè)備運(yùn)維管理，方便運(yùn)行管理人員的制定巡檢計(jì)劃、派工，巡檢人員執(zhí)行巡檢、完成工單、巡檢發(fā)現(xiàn)問(wèn)題消缺，進(jìn)行故障報(bào)修、跟進(jìn)維修進(jìn)度，滿足日常巡檢、設(shè)備維修保養(yǎng)需要。

5.22報(bào)警管理

針對(duì)于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實(shí)現(xiàn)電參量異常報(bào)警、電氣火災(zāi)隱患報(bào)警、能耗超標(biāo)報(bào)警、限電報(bào)警等，幫助企業(yè)提前預(yù)警，避免發(fā)生火災(zāi)事故和被罰款導(dǎo)致用能成本過(guò)高。支持分級(jí)分類報(bào)警，可對(duì)報(bào)警進(jìn)行派發(fā)與閉環(huán)處理。

5.23能耗抄表

可自定義時(shí)間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項(xiàng)。

5.24能耗分析自定義時(shí)間抄表

可自定義時(shí)間段內(nèi)各個(gè)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項(xiàng)。

5.25容需量報(bào)表

提供容需量報(bào)表，實(shí)時(shí)展示容量需量?jī)r(jià)格的變化情況，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)容改需，降低基本電費(fèi)。

5.26復(fù)費(fèi)率報(bào)表

對(duì)尖、峰、平、谷用電量及成本費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為企業(yè)分時(shí)用電，優(yōu)化成本效益提供數(shù)據(jù)支持。

5.27文檔管理

對(duì)國(guó)標(biāo)、能源管理制度、能源指標(biāo)體系等文件進(jìn)行歸檔，可快速查詢相關(guān)文檔。對(duì)儀表臺(tái)賬進(jìn)行系統(tǒng)管理，支持文件的上傳和下載。

5.28 3D可視化大屏

對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行虛擬仿真，展示各區(qū)域運(yùn)行及能源消耗情況，可實(shí)現(xiàn)分層預(yù)覽、轉(zhuǎn)場(chǎng)展示、風(fēng)格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的自定義綁定。

5.29 3D子系統(tǒng)

對(duì)各動(dòng)力子系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真，展示子系統(tǒng)的動(dòng)力管線、設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)及能源消耗情況，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的能源流向效果。

5.30工業(yè)組態(tài)

可通過(guò)圖形化的編輯方式自定義組態(tài)圖，展示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

5.31自定義駕駛艙

可通過(guò)圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數(shù)據(jù)及各類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源包括API、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、MQTT、Excel等方式。

5.32基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

對(duì)系統(tǒng)的項(xiàng)目、探測(cè)器、設(shè)備型號(hào)、電參量、節(jié)點(diǎn)、能源、公示、及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置、修改、刪除等管理、進(jìn)行用戶添加和授權(quán)管理、合同管理。

5.33手機(jī)APP

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設(shè)備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、產(chǎn)線比對(duì)、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標(biāo)、事件記錄、運(yùn)行監(jiān)視、異常報(bào)警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

5.34知識(shí)產(chǎn)權(quán)證書

6 系統(tǒng)硬件配置

7 結(jié)束語(yǔ)

本方案是在節(jié)能減排以及電力互聯(lián)化和智慧化的大背景下，針對(duì)企業(yè)能源管理存在的跑冒滴漏嚴(yán)重、自動(dòng)化程度低和管理混亂等問(wèn)題，綜合利用大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和 IoT 技術(shù)，整合全過(guò)程數(shù)據(jù)資源，建設(shè)的基于云模式工業(yè)企業(yè)用電管理及電能優(yōu)化利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)，其目的在于服務(wù)工業(yè)企業(yè)進(jìn)行用電管理及電能優(yōu)化利用，加快企業(yè)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與推廣，健全企業(yè)能效管理體系，提高行業(yè)能源利用率，減輕環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)行業(yè)節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。本方案的研究實(shí)施和推廣對(duì)于緩解廣東乃至我國(guó)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)，進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)智能制造具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

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