前言
能耗監(jiān)測系統(tǒng)是一種用于監(jiān)測和管理建筑能源消耗的系統(tǒng)，它可以幫助建筑業(yè)主和管理者實時監(jiān)測建筑的能源消耗，并及時發(fā)現(xiàn)和解決能源浪費問題。隨著對節(jié)能減排的重視，能耗監(jiān)測系統(tǒng)的市場需求不斷增加，未來市場前景十分廣闊。
一方面，隨著對環(huán)保和能源利用的關(guān)注度不斷提高，各國不斷出臺相關(guān)政策，鼓勵建筑行業(yè)采取節(jié)能措施，并強(qiáng)制要求一些公共建筑和高能耗建筑安裝能耗監(jiān)測系統(tǒng)。同時，隨著建筑節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，建筑能源消耗不斷降低，能耗監(jiān)測系統(tǒng)的市場需求也在不斷增加。
另一方面，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，能耗監(jiān)測系統(tǒng)也將不斷升級和完善，具備加智能化、化的特點，能夠好地滿足市場需求。例如，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，實時監(jiān)測建筑的能源消耗和設(shè)備運行狀態(tài)，提高建筑能源利用效率和管理效率。
總體來說，能耗監(jiān)測系統(tǒng)具有廣闊的市場前景，未來將繼續(xù)保持快速增長的態(tài)勢。
本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗在線監(jiān)測平臺總體方案，并針對企業(yè)級、平臺級的軟硬件進(jìn)行設(shè)計、研發(fā)，并在化工企業(yè)能耗管理方面進(jìn)行了實踐應(yīng)用，探索我國行業(yè)節(jié)能降耗的信息化支撐。
一、平臺總體方案概述
基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗在線監(jiān)測平臺總體方案架構(gòu)，該方案從采集層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層等層面，對實現(xiàn)能耗監(jiān)測的技術(shù)和方案進(jìn)行分析，為下步開展具體的軟硬件設(shè)計和研發(fā)打下基礎(chǔ)。采集層與物理層直接通訊，主要基于部署在企業(yè)端的用能單位能耗采集端設(shè)備實現(xiàn)對能源消耗數(shù)據(jù)的采集、對能源計量器具的識別和動態(tài)管理。
目前，能耗數(shù)據(jù)的采集主要基于三種方式實現(xiàn):一是通過傳感器、數(shù)據(jù)采集器等設(shè)備實現(xiàn)現(xiàn)場級數(shù)據(jù)采集，支持多種不同協(xié)議的能源計量傳感器，可同時對電表、水表、燃?xì)獗淼榷喾N智能儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集; 二是通過與 PLC、DCS、OPC 服務(wù)器等管理系統(tǒng)對接實現(xiàn)控制級數(shù)據(jù)采集; 三是部分無法通過在線采集方式的能耗數(shù)據(jù)，通過手工填報方式采集。為減少平臺端數(shù)據(jù)處理的壓力，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)拆分、清洗，將來自不同儀表、不同傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成平臺可以識別的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議數(shù)據(jù)，經(jīng)過解析和校驗，進(jìn)行歸一化處理，傳輸至平臺端。
二、平臺設(shè)計與研發(fā)
1.能耗采集終端設(shè)計
能耗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、實時采集是平臺運用的基礎(chǔ)。在該方案中，能耗采集終端主要實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的實時采集。終端整體結(jié)構(gòu)框圖。該終端包括控制模塊、通訊模塊、存儲單元、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，主要實現(xiàn)對通訊模塊、存儲單元、管理單元、電源模塊、顯示模塊的控制，確保終端功能和實現(xiàn)，以及終端的長時間運行。
(2) 通訊模塊。通訊模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)采集通訊、以及終端與平臺間的數(shù)據(jù)通訊。終端支持 ＲS485總線以及 MODBUS、OPC 等工業(yè)協(xié)議，實現(xiàn)與電表、油表、水表、氣表、煤氣表等能耗計量設(shè)備的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。終端具備以太網(wǎng)接口，支持終端與平臺間的互聯(lián)互通; 同時平臺通過該以太網(wǎng)接口，實現(xiàn)對終端的遠(yuǎn)程監(jiān)控和配置功能，包括: 主機(jī)部分的上傳地址、點信息、計算公式等參數(shù)的配置以及安裝、卸載、升級等操作。
(3) 存儲單元。終端具備本地存儲功能，上傳數(shù)據(jù)經(jīng)過 HT 協(xié)議加密，如果傳輸**時或失敗，設(shè)備將重發(fā)數(shù)據(jù)，直到接收成功反饋消息，防止因為斷電、網(wǎng)絡(luò)異常等意外事故導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。
(4) 管理單元。設(shè)備采用“內(nèi)網(wǎng)主機(jī)+主機(jī)+數(shù)據(jù)交換單元”的“立雙主機(jī) 2+1”架構(gòu)，其中，數(shù)據(jù)交換單元不同時與內(nèi)主機(jī)連接，以此將內(nèi)網(wǎng)與隔離，防止企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)泄露和外部病毒木馬程序入侵，保證。
(5) 電源模塊。電源模塊支持交流電壓 220V±10%，雙路冗余熱備電源輸入。
(6) 顯示模塊。支持 7 寸液晶觸摸屏，方便顯示監(jiān)控數(shù)據(jù)以及設(shè)置參數(shù)等操作。
2．平臺軟件設(shè)計與研發(fā)
能耗在線監(jiān)測平臺是面向企業(yè)、節(jié)能監(jiān)管部門等用戶的窗口。軟件部分主要功能模塊包括:用能單位子系統(tǒng)、**子系統(tǒng)、公眾服務(wù)子系統(tǒng)，基于 B /S 三層架構(gòu)、asp．net 技術(shù)開發(fā)實現(xiàn)。
1）能耗系統(tǒng)
(1) 能耗監(jiān)測。提供對用能單位的能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析功能，包括: 能源消費強(qiáng)度、能源消費構(gòu)成及各能源品種消費量指標(biāo)統(tǒng)計分析; 基于 GIS的企業(yè)和區(qū)域能耗分析，并形成圖表等可視化表示形式;服務(wù)**各級節(jié)能部門的數(shù)據(jù)匯總，報表填報等信息化工作需求。
(2) 能效分析。提供從宏觀監(jiān)測、地區(qū)、行業(yè)及產(chǎn)品的角度進(jìn)行能效的統(tǒng)計分析功能，基于歷史能效指標(biāo)狀況預(yù)測能效趨勢。
(3) 節(jié)能管理。提供總量及強(qiáng)度控制、節(jié)能業(yè)務(wù)管理、節(jié)能監(jiān)察、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)與技術(shù)產(chǎn)品發(fā)布等功能; 對能源“雙控”指標(biāo)進(jìn)行分配并對節(jié)能形勢進(jìn)行分析和預(yù)測預(yù)警; 對企業(yè)管理崗位、主要負(fù)責(zé)人進(jìn)行備案; 提供節(jié)能公司和節(jié)能審核機(jī)構(gòu)的注冊與查詢功能。
(4) 計量管理。提供用能單位計量器具配備情況匯總查詢功能，對用能單位計量器具的配備數(shù)、配備率、檢定校準(zhǔn)情況進(jìn)行匯總查詢，對即將到期或已到期的進(jìn)行標(biāo)注預(yù)警。
2 ）用能單位管理子系統(tǒng)
用能單位管理子系統(tǒng)主要為企業(yè)用戶提供相關(guān)能耗數(shù)據(jù)、計量器具、政策法規(guī)等信息的維護(hù)查詢。
(1) 能耗監(jiān)測。對能耗監(jiān)測終端采集的煤、油、水、電、氣、汽等實時能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)。
(2) 能效分析。企業(yè)內(nèi)部能耗數(shù)據(jù)，進(jìn)行能耗分析和成本分析，主要包括需量配置、需量查詢、峰平谷電耗分析、能源綜合成本分析的查詢功能，并支持企業(yè)與**業(yè)其他企業(yè)進(jìn)行相應(yīng)節(jié)能指標(biāo)的對比分析和改進(jìn)指導(dǎo)。
(3) 能源報表。匯總企業(yè)的電力損耗信息、能耗綜合成本、單位產(chǎn)品能耗、班次單位產(chǎn)品能耗、班組單位產(chǎn)品能耗、峰平谷電耗、能耗單位匯總、能耗成本單位匯總、能耗費用匯總、能耗比較等報表信息。
(4) 能耗預(yù)警。統(tǒng)計各報警類型的報警次數(shù)和報警時長，為企業(yè)開展能耗管理決策提供參考。
(5) 能源計量器具管理。對企業(yè)能源計量器具的使用、檢驗、計量等情況進(jìn)行記錄和管理，從而提升企業(yè)能耗監(jiān)測的準(zhǔn)確性和有效性。
(6) 能源管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范查詢。方便企業(yè)及企業(yè)人員實時在線查詢國家有關(guān)法律法規(guī)、政策文件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等資料。
3 ）公眾服務(wù)子系統(tǒng)
公眾服務(wù)子系統(tǒng)主要面向社會公眾提供服務(wù)，具備發(fā)布相關(guān)的政策法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、新聞動態(tài)、節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品等信息的功能，是平臺的門戶窗口，為實現(xiàn)節(jié)能降耗的多元共治局面提供支撐。
三、 應(yīng)用案例
基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗在線監(jiān)測平臺總體方案目前已在山東省淄博市某化工企業(yè)進(jìn)行了實際應(yīng)用。該企業(yè)目前主要使用的能源類型包括: 原煤、電、氣、蒸汽，其中: 企業(yè)利用工業(yè)水進(jìn)行自發(fā)電，部分電力上網(wǎng)，同時有外供蒸汽給周邊企業(yè)使用。部分能源數(shù)據(jù)已經(jīng)采集到企業(yè)自建的 MES 系統(tǒng)中。根據(jù)企業(yè)實際情況，結(jié)合有關(guān)政策要求，在平臺總體方案的基礎(chǔ)上，研究提出了符合企業(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)的 MES 系統(tǒng)進(jìn)行對接，通過ＲJ45 接口實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的采集，同時終端通過有線網(wǎng)絡(luò)/4G/無線局域網(wǎng)等數(shù)據(jù)通訊模式將能耗數(shù)據(jù)定時發(fā)送到能耗在線監(jiān)測平臺。在云服務(wù)平臺側(cè)，主要面向企業(yè)、節(jié)能監(jiān)管部門，以軟件即服務(wù)的模式開展信息技術(shù)服務(wù)。
(1) 面向企業(yè)的云服務(wù)。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，對本企業(yè)實時能耗情況、計量器具情況等進(jìn)行管理，對企業(yè)歷史能耗情況、能耗趨勢等進(jìn)行分析，形成各類預(yù)警信息，如企業(yè)能耗指標(biāo)預(yù)警、節(jié)能量預(yù)警、能源儲備預(yù)警等，并為企業(yè)提出生產(chǎn)和能源使用的具體改進(jìn)措施提供數(shù)據(jù)支撐。如: 針對企業(yè)各類能耗比例進(jìn)行同比或環(huán)比分析，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)企業(yè)能耗過程中的問題，提出生產(chǎn)或能源使用的改進(jìn)措施。
(2) 面向節(jié)能監(jiān)管部門的云服務(wù)。依托平臺實現(xiàn)企業(yè)能耗信息的匯聚和分析，為節(jié)能監(jiān)管部門開展管理提供數(shù)據(jù)化和平臺化支撐。如: 監(jiān)管部門可通過分析企業(yè)的能耗數(shù)據(jù)，分析行業(yè)和企業(yè)能源結(jié)構(gòu)，為能源管理決策和規(guī)劃提供支撐。
四、Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺
（1）概述
Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。
該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。
（2）應(yīng)用場所
本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。
（3）平臺結(jié)構(gòu)
（4）平臺功能
◆電力集抄
電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè)備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。
變壓器監(jiān)控
配電圖
◆能耗分析
能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù)，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程**結(jié)合起來，運用**的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
能耗概況
◆預(yù)付費管理
1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；
2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；
3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及查詢等操作；
4）售電管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及查詢等操作；
5）售水管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、查詢等操作；
6）報表：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。
預(yù)付費看板
◆充電樁管理
通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。
充電樁看板
◆智能照明
智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。
監(jiān)控頁面
◆用電
用電采用*的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測器，對引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實現(xiàn)及時的排查和治理，達(dá)到潛在電氣火災(zāi)隱患，實現(xiàn)“防患于未然”的目的。
◆智慧消防
通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。了原先針對“九小場所”和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細(xì)化”的實際需求。
（5）系統(tǒng)硬件配置
五、結(jié)語
基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗在線監(jiān)測平臺總體方案基于**強(qiáng)化能源管理等各方需求，具有較好的推廣應(yīng)用前景。
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