淺析無線物聯(lián)網(wǎng)的能耗在線監(jiān)測平臺研究與應用

文章更新時間：2023-10-13　點擊量：1301

摘要：圍繞工業(yè)生產(chǎn)等領域節(jié)能降耗的實際需要，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的在線能耗監(jiān)測平臺總體規(guī)劃，為政府、行業(yè)和企業(yè)提供能耗管理信息化管理和服務；研究和設計能耗監(jiān)測終端，支持各種工業(yè)總線和工業(yè)協(xié)議，收集電表、油表、水表、氣表、氣表等能耗計量設備和工業(yè)控制系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)；開發(fā)能耗在線監(jiān)測平臺，實現(xiàn)能耗實時監(jiān)測、能效分析、計量器具管理等功能；基于該平臺，我們在淄博的一家化工企業(yè)進行了應用示范，有效改善了企業(yè)的運營

關鍵詞：實時監(jiān)控；物聯(lián)網(wǎng)能耗

引言

能源是人類社會發(fā)展的物質(zhì)基礎，能源消耗水平與環(huán)境、生態(tài)、全球氣候變化密切相關。隨著節(jié)能工作向系統(tǒng)化、精細化、信息化方向的發(fā)展，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術手段深入挖掘節(jié)能潛力已成為節(jié)能領域的必然趨勢。對先進技術的能源消耗監(jiān)測和能源管理系統(tǒng)的研究和應用進行了探索。通過對現(xiàn)有能源消耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究，企業(yè)能源消耗監(jiān)測系統(tǒng)是基礎，關鍵是實現(xiàn)能源消耗監(jiān)測終端的功能和性能；平臺級能源消耗監(jiān)測系統(tǒng)是支撐，關鍵是如何為企業(yè)提供能源

基于此，本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的在線能耗監(jiān)測平臺的總體方案，設計和開發(fā)了企業(yè)級和平臺級的軟硬件，并將其應用于化工企業(yè)的能耗管理，探索了中國產(chǎn)業(yè)節(jié)能降耗的信息支持。

1平臺總體規(guī)劃

基于物聯(lián)網(wǎng)在線能耗監(jiān)測平臺的總體方案架構(gòu)，該方案從采集層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)層、應用層等方面分析了能耗監(jiān)測的技術和方案，為下一步的具體軟硬件設計和研發(fā)奠定了基礎。

2平臺設計與研發(fā)

2．1.能耗采集終端設計

能源消耗數(shù)據(jù)的準確性和實時采集是平臺應用的基礎。在該方案中，能源消耗采集終端主要實現(xiàn)能源消耗數(shù)據(jù)的實時采集。終端的整體結(jié)構(gòu)框圖。終端包括控制模塊、通信模塊、存儲單元、安全管理單元、電源模塊、顯示模塊等。其中：

（1）控制模塊。控制模塊采用低功耗處理器，主要控制通信模塊、存儲單元、安全管理單元、電源模塊和顯示模塊，確保終端的功能和實現(xiàn)，以及終端的長期運行。

（2）通信模塊。通信模塊支持數(shù)據(jù)采集和通信，以及終端和平臺之間的數(shù)據(jù)通信。終端支持ＲS485總線和MODBUS、OPC等工業(yè)協(xié)議實現(xiàn)與電表、油表、水表、煤氣表、煤氣表等能耗計量設備的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。終端具有以太網(wǎng)接口，支持終端與平臺之間的互聯(lián)互通；同時，平臺可以通過以太網(wǎng)接口實現(xiàn)終端的遠程監(jiān)控和配置功能，包括上傳地址、采集點信息、配置安裝、卸載、升級等參數(shù)，外部網(wǎng)絡主機部分的計算公式和其他參數(shù)。

（3）存儲單元。終端具有本地存儲功能。上傳的數(shù)據(jù)是通過HTTPS協(xié)議加密的。如果傳輸超時或失敗，設備將重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到成功接收反饋信息，以防止因斷電、網(wǎng)絡異常等事故而丟失數(shù)據(jù)。

（4）安全管理單元。設備采用“內(nèi)部網(wǎng)絡主機+外部網(wǎng)絡主機+安全數(shù)據(jù)交換單元"的“獨立雙主機2+1"架構(gòu)。其中，安全數(shù)據(jù)交換單元不同時與內(nèi)部網(wǎng)絡主機和外部網(wǎng)絡主機連接，以隔離內(nèi)部網(wǎng)絡和外部網(wǎng)絡，防止企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)泄露和外部病毒特洛伊木馬程序入侵，確保數(shù)據(jù)傳輸安全。

（5）電源模塊。電源模塊支持220V交流電壓±雙路冗余熱備電源輸入10%。

（6）顯示模塊。支持7英寸LCD觸摸屏，便于顯示監(jiān)控數(shù)據(jù)和設置參數(shù)。

2．2平臺軟件設計與研發(fā)

能耗在線監(jiān)控平臺是企業(yè)、節(jié)能安全監(jiān)管部門和其他用戶的窗口。軟件的主要功能模塊包括：基于B/S三層架構(gòu)的能耗單元子系統(tǒng)、政府子系統(tǒng)和公共服務子系統(tǒng)asp．實現(xiàn)net技術開發(fā)。

政府監(jiān)管子系統(tǒng)；用能單位管理子系統(tǒng)；公共服務子系統(tǒng)；

3應用案例

目前，基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗在線監(jiān)測平臺的總體方案已在山東省淄博市的一家化工企業(yè)得到實際應用。目前，企業(yè)主要使用的能源類型包括：原煤、電力、天然氣和蒸汽。其中，企業(yè)利用工業(yè)用水進行自發(fā)電，部分電力接入互聯(lián)網(wǎng)，并向周邊企業(yè)提供外部蒸汽。一些能源數(shù)據(jù)已被收集到企業(yè)自建的MES系統(tǒng)中。根據(jù)企業(yè)實際情況和相關政策要求，在平臺總體方案的基礎上，研究提出了滿足企業(yè)需求的能源在線監(jiān)測方案。在邊緣采集側(cè)，部署能耗監(jiān)測終端，與企業(yè)合作ＲJ45接口可以收集能耗數(shù)據(jù)，終端可以通過有線網(wǎng)絡/4G/無線局域網(wǎng)等數(shù)據(jù)通信模式定期向能耗在線監(jiān)控平臺發(fā)送能耗數(shù)據(jù)。在云服務平臺方面，信息技術服務主要面向企業(yè)和節(jié)能安全監(jiān)管部門，以軟件即服務的模式進行。

（1）企業(yè)云服務。企業(yè)登錄能耗在線監(jiān)測平臺，開展企業(yè)能耗信息化管理，管理企業(yè)實時能耗和計量儀器，分析企業(yè)歷史能耗和能耗趨勢，形成企業(yè)能耗指標預警、節(jié)能預警、能源儲備預警等各種預警信息，并為企業(yè)提供安全生產(chǎn)和能源使用的具體改進措施提供數(shù)據(jù)支持。例如，對企業(yè)的各種能耗比例進行同比或環(huán)比分析，并結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)情況進行分析，發(fā)現(xiàn)企業(yè)能耗過程中存在的問題，提出生產(chǎn)或能源使用的改進措施。

（2）節(jié)能安全監(jiān)管部門的云服務。依托平臺實現(xiàn)企業(yè)能源消耗信息的收集和分析，為節(jié)能安全監(jiān)管部門的管理提供數(shù)據(jù)和平臺支持。例如，監(jiān)管部門可以分析企業(yè)的能源消耗數(shù)據(jù)，分析行業(yè)和企業(yè)的能源結(jié)構(gòu)，為能源管理決策和規(guī)劃提供支持。

4Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一個基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的平臺，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標準。用戶只需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選擇網(wǎng)關，自行安裝后掃描代碼，即可使用手機和計算機獲得所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務。

該平臺提供多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問功能，包括數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)控、電能質(zhì)量分析、電力管理、預付款管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等。

（2）應用場所

該平臺適用于公寓出租人、連鎖超市、小工廠、建筑管理系統(tǒng)集成商、小物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑、通信基站、工業(yè)能源消耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平臺結(jié)構(gòu)