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。通過實時采集、傳輸和分析能耗數(shù)據(jù)，企業(yè)能夠精準掌握能源使用情況，發(fā)現(xiàn)能耗異常點，進而采取有效的節(jié)能措施，實現(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

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、準確地采集設(shè)備的能耗參數(shù)，如電量、水量、氣量等的消耗情況。例如，在一臺大型電機上安裝電流和電壓傳感器，就可以通過計算得出該電機的實時功率消耗。

2.2、網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層負責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)傳輸場景，如在一個車間內(nèi)的設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)；LoRa 技術(shù)則可實現(xiàn)較長距離的低功耗傳輸，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，可滿足大量能耗數(shù)據(jù)的快速、穩(wěn)定傳輸需求，尤其是在對實時性要求較高的場合。

2.3、應(yīng)用層
應(yīng)用層是對傳輸過來的能耗數(shù)據(jù)進行處理、分析和應(yīng)用的層面。它包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、能耗監(jiān)測與管理等多個模塊。數(shù)據(jù)存儲模塊負責將接收到的海量能耗數(shù)據(jù)進行分類存儲，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、運用數(shù)據(jù)分析算法等方式，對存儲的數(shù)據(jù)進行深度挖掘，找出能耗異常點、分析能耗趨勢以及評估節(jié)能措施的效果。能耗監(jiān)測與管理模塊則可以實時展示企業(yè)內(nèi)各設(shè)備、各車間乃至整個企業(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。例如，一些新型的電量傳感器能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境下準確測量電流和電壓，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，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)對于從海量能耗數(shù)據(jù)中提取有價值的信息至關(guān)重要。常用的數(shù)據(jù)分析方法包括統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)等。通過統(tǒng)計分析可以得到能耗的基本統(tǒng)計量，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；機器學(xué)習(xí)則可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對未來的能耗情況進行預(yù)測，為企業(yè)制定節(jié)能計劃提供參考。

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，無法準確掌握各生產(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。

在應(yīng)用方面，企業(yè)管理人員通過能耗監(jiān)測與管理模塊實時查看各設(shè)備的能耗狀況，發(fā)現(xiàn)煉鋼廠的一臺電爐在某些時段存在能耗異常升高的情況。經(jīng)過數(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。及時維修后，該電爐的能耗恢復(fù)正常，每月可節(jié)約電能約 10 萬千瓦時。

此外，通過對長期能耗數(shù)據(jù)的分析，企業(yè)還調(diào)整了生產(chǎn)計劃，合理安排設(shè)備運行時間，避免了設(shè)備的無效空轉(zhuǎn)，進一步降低了能耗。據(jù)統(tǒng)計，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

為貫徹落實國發(fā)[2007]15號的精神，住建部印發(fā)《關(guān)于印發(fā)國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則的通知》（建科[2008]114號），組織編制“國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)”一系列技術(shù)導(dǎo)則及驗收標準。這些導(dǎo)則統(tǒng)一了能耗數(shù)據(jù)的分類、分項方法及編碼規(guī)則，實現(xiàn)了分項能耗數(shù)據(jù)的實時采集、準確傳輸、科學(xué)處理、有效儲存。我司AcrelCloud-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)嚴格按照導(dǎo)則要求開發(fā)，符合導(dǎo)則要求的各項技術(shù)要求。

6 系統(tǒng)架構(gòu)

計量層：主要安裝各種類型計量儀表（電表、水表、燃氣表、冷熱量計等）；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)；主要特點是支持斷點續(xù)傳、支持多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)機密傳輸。

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數(shù)據(jù)的功能，支持跨平臺訪問，用戶可以使用PC瀏覽器、手機APP隨時了解項目能耗情況。

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，分別用紅色和藍色圖表表示。平臺可按照單位面積能耗與折標綜合能耗顯示當前平臺的建筑信息。平臺可顯示平臺接入儀表數(shù)量、平臺接入建筑總面積、平臺接入建筑上月總能耗等。同時，該頁面還有針對不同維度數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析后的結(jié)果展示。

7.2 單建筑能耗對比分析

單建筑能耗主要是針對單一建筑進行建筑分類分項能耗數(shù)據(jù)分析，分類分項嚴格按照平臺的標準與要求進行劃分，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、曲線的形式進行展示統(tǒng)計。可以直觀觀察分類能耗與分項能耗的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是否正常。

7.3 多建筑對比分析

多建筑能耗分析主要是將多棟建筑的分類或分項用能情況放到統(tǒng)一界面中。可按逐時、逐日、逐月、逐年的方式查看選中建筑的分了或分項數(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

平臺接入并維護多棟建筑的數(shù)據(jù)，建筑現(xiàn)場情況多種多樣，為保證系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的運行以及數(shù)據(jù)的準確與可靠，平臺中增加了數(shù)據(jù)異常檢查功能，當數(shù)據(jù)檢查時不符合預(yù)定的情況時，及時產(chǎn)生報警并生成工單派發(fā)到維護管理人員郵箱中。

7.5 用戶報告

用戶報告主要內(nèi)容包含各分類能源消耗量的趨勢分析、對比分析、占比分析等，還包含數(shù)據(jù)異常統(tǒng)計情況與派單情況。

8 系統(tǒng)硬件配置

參考文獻：

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

作者簡介：張繼冬，男，安科瑞電氣股份有限公司