淺談無線物聯(lián)網(wǎng)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建--安科瑞張?zhí)锾?/h1>

更新時間：2023-08-15   點擊次數(shù)：585次

摘要：為加強能耗管理，改變?nèi)斯こ淼默F(xiàn)狀，柴里煤礦利用信息化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫實時技術(shù)，

建立了能耗在線監(jiān)測平臺，對能源介質(zhì)的生產(chǎn)、輸送和消耗及供能、用能設(shè)備狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理，通過實施運行，實現(xiàn)了能源的科學(xué)調(diào)度，能損隱患及時排查，規(guī)避了用能浪費，具有較高的推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞:能耗在線；物聯(lián)網(wǎng)；節(jié)能降耗；智慧礦山

0引言

目前柴里煤礦能耗管理仍然依靠較為傳統(tǒng)的人工操作方式，這種方式不僅速度慢，而且極易產(chǎn)生

誤差，同時無法對數(shù)據(jù)進行動態(tài)分析、動態(tài)預(yù)警、對標(biāo)管理，只能事后控制，已經(jīng)無法滿足該礦自身

對能耗管理的需要。

柴里煤礦年綜合能源消費量16000t標(biāo)準(zhǔn)煤，屬于國家重點用能單位，耗電4725萬kW•h，耗蒸

汽293478萬t，耗水21.89萬t，年折合價值分別達到2646萬元、1681萬元、32.84萬元。按照國家能源戰(zhàn)略和《節(jié)約能源法》及國家發(fā)展改革委發(fā)布的《重點用能單位節(jié)能管理辦法》的要求，作為重

點用能單位，必須加強節(jié)能管理，提高能源利用效率，控制能源消費總量，促進生態(tài)文明建設(shè)。為達

到上述目標(biāo)，必須積極推進能源在線系統(tǒng)平臺建設(shè)。

1構(gòu)建能耗在線監(jiān)測平臺的總體思路及技術(shù)

1.1總體思路

該平臺利用目前比較先進的lora技術(shù)進行組網(wǎng)。lora是一種基于擴頻技術(shù)的遠(yuǎn)距離低功耗廣域網(wǎng)無

線傳輸方式，屬于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)之一，它的大特點就是低功耗、遠(yuǎn)距離，可以有效地抗擊干擾并實現(xiàn)加密。軟件開發(fā)采用Java語言進行設(shè)計，后臺數(shù)據(jù)庫采用Oracle存儲，整個系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)。該平臺利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合自動采集、信息化管理、數(shù)據(jù)分析等現(xiàn)代化手段，構(gòu)建適應(yīng)柴里煤礦實際需要的能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，并組織實施，從而逐步提升柴里煤礦能耗管理水平。

1.2流程實現(xiàn)及主要架構(gòu)

整個系統(tǒng)平臺劃分為三個層級：層級為能效數(shù)據(jù)采集層，第二層級為網(wǎng)絡(luò)通信層，第三層級為中心管理層。能效數(shù)據(jù)采集層是對各種用能設(shè)備進行能耗數(shù)據(jù)在線監(jiān)測，包括對耗水、耗電、耗汽等信息參數(shù)進行采集。網(wǎng)絡(luò)傳輸層是通過網(wǎng)絡(luò)通信方式，將現(xiàn)場采集到的各類參數(shù)數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。中心管理層由路由器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、WEB服務(wù)器等設(shè)備組成。系統(tǒng)通過對柴里煤礦的整體用能信息處理、分析和展現(xiàn)，可以動態(tài)了解當(dāng)前的能耗和生產(chǎn)情況，并客觀地做出更好的能源管理決策、管理和調(diào)度，建立一種高效落實的生產(chǎn)能源管理體系。

1.3系統(tǒng)軟件設(shè)計思想及技術(shù)

根據(jù)能源管理系統(tǒng)實時性、分布式計算，以及與其他子系統(tǒng)互聯(lián)的要求，采用了開放分布式的設(shè)計思想，采用IEC61970CIM/CIS，面向柴里煤礦電、水、蒸汽等能源介質(zhì)，對計量數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、處理、管理，并預(yù)留擴展功能，實現(xiàn)了基于Internet的遠(yuǎn)程維護和網(wǎng)上瀏覽功能，為礦井能源管理實現(xiàn)全面信息化提供一套先進的、開放的、可擴展的、可靠的管理平臺，并在此平臺上支持對礦井各種能源數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用。

2構(gòu)建能耗在線監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2.1硬件設(shè)施

按照用能單位能源計量器具配備和管理要求，該平臺的電氣計量設(shè)施設(shè)備全部采用新國網(wǎng)規(guī)范

的國網(wǎng)表，精度為0.5s級。該類型計量設(shè)備具有計量準(zhǔn)確性高、數(shù)據(jù)格式符合國網(wǎng)規(guī)范等優(yōu)點。用水

設(shè)施采用外夾式超聲波水表，該類型水表具有不需要切割原來的管道、不會對生產(chǎn)生活造成停水、安

裝方便快捷、計量準(zhǔn)確等特點。蒸汽數(shù)據(jù)采用隔離器將三路輸入信號一分為二，新增二次表計的方式，

該方式不會對原來表的使用造成影響。

2.2通訊與組網(wǎng)技術(shù)

該通信系統(tǒng)基于Lora技術(shù)進行組網(wǎng)，實現(xiàn)各類參數(shù)與命令的下達、數(shù)據(jù)的采集及上傳，主要由通

信基站、計算機終端、集成通信模塊的用戶設(shè)備、具備通信功能的用戶設(shè)備等組成，如圖1。系統(tǒng)采用了分時間片的組網(wǎng)方式，解決了無線串口收發(fā)模塊可以一發(fā)多收，不能同時多發(fā)一收的障礙。如圖2，這種組網(wǎng)方式是先由主機發(fā)起廣播時間，從機收到后，首先校對并同步本地時間，然后根據(jù)配置的編號進行陸續(xù)上傳，從而實現(xiàn)多發(fā)一收的功能。這種組網(wǎng)方式收發(fā)數(shù)據(jù)節(jié)約大量時間，并且能夠防止同時收發(fā)造成的系統(tǒng)沖突。

3構(gòu)建能耗在線監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)監(jiān)測終端

3.1監(jiān)測系統(tǒng)

所有電、水、蒸汽等計量設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸采用全新的基于Lora技術(shù)的無線模塊來完成。該技術(shù)是

一種低功耗局域網(wǎng)無限標(biāo)準(zhǔn)，改變了計量設(shè)備的有線數(shù)據(jù)傳輸方式，每一處采集點采集到的數(shù)據(jù)匯總到lora無線模塊，而后，此模塊以lora協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器端的無線接收模塊，接收模塊再將數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)集中器。該設(shè)備替代了本該在每個采集點放置的數(shù)據(jù)集中器，并且省去很多的485通訊線等輔材及潛在的施工工時，在保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定的情況下，數(shù)據(jù)質(zhì)量達到了項目要求。該方案的實施，一是極大地降低了成本，由于本項目表計眾多，位置復(fù)雜，舊表走線復(fù)雜，安裝分散，無線模塊在不改變舊表通訊線走線的情況下直接將數(shù)據(jù)送至服務(wù)器，可以節(jié)約大量成本；二是縮短了施工時間，確保了該項目如期完成并通過上級主管部門驗收；三是極大地避免了重復(fù)施工問題和很多潛在的施工安全隱患。

3.2通信設(shè)計

本系統(tǒng)組網(wǎng)通信主要是有線485方式和無線Lora方式，通信方式為RTU，通訊協(xié)議為MODBUS，確?？梢詫崿F(xiàn)點對點通信和點（基站）對多（模塊）通信。

4構(gòu)建能耗在線監(jiān)測平臺信息管理系統(tǒng)

4.1軟件功能設(shè)計

能源在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺總體架構(gòu)遵循SOA設(shè)計理念，采用多層分布式體系架構(gòu)，在具體實現(xiàn)技術(shù)的選擇上，針對本項目的功能需求，系統(tǒng)采用C++和JAVA混合的技術(shù)路線。其中系統(tǒng)的采集計算平臺主要面向采集設(shè)備，對于系統(tǒng)的性能、實時性、穩(wěn)定性和可靠性要求較高，采用C++技術(shù)實現(xiàn)；系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)應(yīng)用主要面向操作人員實現(xiàn)管理分析功能，對于系統(tǒng)的易用性、易維護性和功能的可擴展性要求較高，采用JavaEE技術(shù)實現(xiàn)。

4.2軟件系統(tǒng)功能特點

4.2.1能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)功能

通過采集安裝在現(xiàn)場的各種智能表計、DCS/ERP等系統(tǒng)提供的能耗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等，上送至系統(tǒng)主站中，包含電、水、汽、熱等能源數(shù)據(jù)的采集和手工補錄、集中器電表等設(shè)備的運行狀態(tài)、越限告警、異常告警等。

4.2.2實時監(jiān)測功能

可根據(jù)實際配電系統(tǒng)組態(tài)模擬高壓系統(tǒng)圖、低壓線路圖，對高壓、低壓回路進行實時監(jiān)控，監(jiān)測

電度、電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因素等參數(shù)。

4.2.3能源數(shù)據(jù)的分析功能

通過對不同對象的數(shù)據(jù)及趨勢曲線分析，有助于管理者了解各個能源系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并迅速做出決策。

4.2.4能耗報警管理功能

通過能耗分析系統(tǒng)智能感知，將能耗異常（用能定額超標(biāo)、待機能耗、夜間常流水等）通知相關(guān)責(zé)任人。

4.2.5報表打印功能

該系統(tǒng)不單能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模板的打印，同時可以實現(xiàn)自定義數(shù)據(jù)功能?？蛻艨梢詫Ω黝悎蟊磉M行自定義管理、顯示，并能夠?qū)崿F(xiàn)全圖形、全漢化的顯示和打印功能，人機界面較好。系統(tǒng)采用交互式、多窗口技術(shù)，可以方便快捷進行窗口調(diào)用。

4.2.6后臺管理功能

包含檔案維護、權(quán)限管理、設(shè)備管理等功能。

5實施效果

能耗在線監(jiān)測平臺在柴里煤礦實現(xiàn)自動化操作以來，不僅減少人工投入，還大大提高數(shù)據(jù)的時效性和準(zhǔn)確性，據(jù)測算，每年可節(jié)省電、汽、水抄錄、匯總等人工費用90余萬元。2020年綜合能耗6.02kgce/t，較去年同期（8.50kgce/t）下降2.48kgce/t，能源消費量5404tce，較去年同期（6380tce）下降976tce，初步測算節(jié)能效率達15%，節(jié)約能源消耗成本70余萬元。日常對水、電、蒸汽費用的消耗情況進行實時預(yù)警，有效地降低了各項成本費用的支出，合計降低557.75萬元。

6Acrel-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)中臺，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、電氣安全監(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、連鎖小超市、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

◆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)以及使用的全過程有機結(jié)合起來，運用先進的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進行離線生產(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，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

◆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、儀表及默認(rèn)參數(shù)進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：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)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

◆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過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預(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。

7結(jié)論

該平臺的構(gòu)建是利用信息技術(shù)推動節(jié)能降耗,是提升企業(yè)精細(xì)化管理水平的重要舉措，為企業(yè)準(zhǔn)確把握和分析節(jié)能降耗發(fā)展趨勢,科學(xué)利用能源提供技術(shù)支撐，也為節(jié)能管理部門掌握、分析信息、研究節(jié)能改造和制定相關(guān)政策措施提供科學(xué)的依據(jù)。該平臺的構(gòu)建在棗莊礦業(yè)集團公司范圍內(nèi)屬，具有較高的推廣、應(yīng)用價值。

 

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