摘要】：為監(jiān)測大型用電設(shè)備的電能消耗情況，實現(xiàn)安全用電和設(shè)備的高效管理，本課題建立了一個基于云平臺大數(shù)據(jù)智能化運維的用電設(shè)備安全高效運行管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于*能IXMS云平臺，利用GET-SMT-107信息采集器完成用電量、負載率和電壓等信息采集，上傳至云端服務(wù)器處理，并儲存于本地的服務(wù)器或云平臺內(nèi)，同時客戶端顯示，完成用電設(shè)備安全高效運行的信息化管理。該系統(tǒng)成功運用于水廠的*要能耗設(shè)備上，實現(xiàn)了對設(shè)備用電的實時監(jiān)測和能耗管理。通過試運行結(jié)果分析，本系統(tǒng)可以廣泛用于用電設(shè)備監(jiān)測，提高設(shè)備管理效率，為電能優(yōu)化提供分析依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】：電能管理；云平臺；耗能設(shè)備；安全用電

0.引言

城市給、排水工程是城市基礎(chǔ)設(shè)施的*要組成部分，是現(xiàn)代化城市發(fā)展的基本保障。物聯(lián)網(wǎng)通過在機器內(nèi)部嵌入無線通信模塊，可以滿足水廠對設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和測量、科學(xué)管理等方面的信息化需求[1]。給排水廠站用電設(shè)備能耗大，安全要求高，其安全高效運行管理是水務(wù)現(xiàn)代化管理的*要組成部分。在用電設(shè)備運行和監(jiān)測方面，李紓伯[2]就用電設(shè)備選型、運行和維護等方面進行初步探討。GabrielTanasescu[3]等人開發(fā)了專用軟件DiagConsole，可以估計電氣設(shè)備的健康指數(shù)、維護類型等，自動生成狀態(tài)評估報告。姚大光[4]在自來水廠廠區(qū)的配電網(wǎng)建立監(jiān)測點，實現(xiàn)實時監(jiān)測、故障報警等功能。

全國現(xiàn)在已實現(xiàn)智能電表全覆蓋。智能電表是以微處理器應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為核心的智能化儀表，具有自動計量、數(shù)據(jù)處理、雙向通信和功能擴展等能力[5]。在能耗監(jiān)測方面，高霞[6]在某大型公立醫(yī)院建立了能耗監(jiān)控系統(tǒng)，可以查詢醫(yī)院實時用電、水等，為節(jié)能方案提供依據(jù)。劉盛等[7]在第四水廠南站（即第七水廠）開發(fā)電能管理系統(tǒng)，以對電能質(zhì)量進行實時監(jiān)控。

目前，自來水廠與污水處理廠缺乏高效用電管理系統(tǒng)來評估大型用電設(shè)備的用電效率和電能損耗狀況，針對廠區(qū)及用電設(shè)備統(tǒng)籌實現(xiàn)云平臺管理及安全閉環(huán)管理的研究成果也不夠完善?，F(xiàn)階段，智能電表基本用于數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測，而在通過監(jiān)測高耗能設(shè)備的用電情況，計算設(shè)備更新壽命，來控制設(shè)備的使用時間方面應(yīng)用較少。通過對國內(nèi)外研究的調(diào)研和分析，本課題利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)收集與處理技術(shù)，從集團用電設(shè)備實際需求出發(fā)，針對大型用電設(shè)備數(shù)量多、部分設(shè)備老化，運行效率低，存在一定的安全用電隱患，且電能損耗嚴*等問題，設(shè)計并建立用電設(shè)備安全高效運行管理系統(tǒng)，利用智能電表監(jiān)測，實現(xiàn)用電安全及生產(chǎn)運行精細化管理。

1.軟件系統(tǒng)功能介紹

設(shè)備安全高效運行管理系統(tǒng)包括數(shù)智采集設(shè)備、云系統(tǒng)、本地系統(tǒng)及終端應(yīng)用。通過在關(guān)鍵用能設(shè)備的配電柜中加裝數(shù)智電力采集裝置,即GET-SMT-107數(shù)智電力采集終端，管理系統(tǒng)可以完成對用電量、負載率、電壓、剩余電流、電流和溫度等數(shù)據(jù)的采集和加密工作，實現(xiàn)對設(shè)備電能數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，為下一步的能耗分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。管理系統(tǒng)既可以將能耗數(shù)據(jù)上傳到云系統(tǒng)，實現(xiàn)云計算和大數(shù)據(jù)分析；也可以將數(shù)據(jù)儲存在本地系統(tǒng)中，完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析與計算工作。通過終端應(yīng)用，包括監(jiān)控中心、電腦端、移動端及監(jiān)管平臺，管理系統(tǒng)實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控與設(shè)備的全壽命高效管理。

管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)了以下幾個功能：

（1）人員、權(quán)限管理。系統(tǒng)管理員從工作頁面和設(shè)備頁面兩個維度，按照用戶單位的實際情況設(shè)置用戶角色分配，設(shè)置負責(zé)廠區(qū)，完成權(quán)限設(shè)置，對編輯內(nèi)容進行分級管理，提高設(shè)備管理效率。

（2）直觀呈現(xiàn)能耗情況。用戶可以同時查看多個廠區(qū)的能耗情況，直觀查看系統(tǒng)界面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)及圖表說明，概覽不同廠區(qū)設(shè)備的當(dāng)日能耗、歷史日均能耗以及總用電量等能耗信息，方便快捷。

（3）實時電力數(shù)據(jù)監(jiān)測。平臺實現(xiàn)綜合電力監(jiān)測，將用電量、負載率、電壓、剩余電流、電流和溫度等耗能設(shè)備采集信息即時上傳至云端服務(wù)器處理，在客戶端實時顯示設(shè)備耗能數(shù)據(jù)，并展示一次接線圖、3D圖等，為電力能耗分析提供實時數(shù)據(jù)支持，便于管理者及時掌控電能質(zhì)量與能源消耗情況。

（4）電力數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)匯總云平臺數(shù)據(jù)，計算日總用電量、廠區(qū)設(shè)備耗能等信息，對用電數(shù)據(jù)進行對比分析，計算設(shè)備電能消耗效率，反映用電點的電力指標(biāo)、電能質(zhì)量指標(biāo)變化情況，為電能質(zhì)量優(yōu)化提供分析依據(jù)。

（5）安全閉環(huán)管理。根據(jù)GETSMT-107報警設(shè)計值，管理系統(tǒng)通過實時監(jiān)控電力參數(shù)及線路、環(huán)境溫度等設(shè)備運行監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)分類、分級報警管理，按照權(quán)限設(shè)置，將報警信息上傳至不同用戶，接收人需進行故障查驗，填寫記錄，完成故障處理閉環(huán)。

（6）設(shè)備統(tǒng)籌管理。設(shè)備全生命周期信息均上傳到系統(tǒng)，系統(tǒng)集成顯示設(shè)備的電力數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、安全閉環(huán)管理以及運維閉環(huán)管理的關(guān)鍵信息，并對系統(tǒng)壽命進行評估，便于用戶快速查看設(shè)備信息，高效查找異常狀態(tài)的設(shè)備，直觀了解設(shè)備運行壽命。

（7）運維閉環(huán)管理。管理系統(tǒng)將線上和線下方式相結(jié)合，巡檢人員定期巡檢*定分配的廠區(qū)和設(shè)備，對設(shè)備狀態(tài)做出評估并線上提交巡檢單。告警的設(shè)備由系統(tǒng)線上智能分配人員進行維修處理，并上傳維修信息，完成巡檢、維修、報廢閉環(huán)管理。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)備安全高效運行管理系統(tǒng)的平臺架構(gòu)由用電設(shè)備、采集設(shè)備、云系統(tǒng)及本地系統(tǒng)、終端應(yīng)用四個部分組成。平臺架構(gòu)圖如圖1所示。

*點用電設(shè)備是指水廠的高耗能設(shè)備，包括原水水泵、清水水泵、脫泥機、鼓風(fēng)機和提升泵。數(shù)智采集設(shè)備即GET-SMT-10數(shù)智采集終端，當(dāng)終端完成對這些設(shè)備的用電量、電流、電壓等電能數(shù)據(jù)的采集工作后，將數(shù)據(jù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過加密后，將數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)器處理，并儲存于本地的服務(wù)器內(nèi)或者云系統(tǒng)。云平臺是系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，云系統(tǒng)及本地系統(tǒng)再將處理好的數(shù)據(jù)上傳至終端應(yīng)用，在監(jiān)控中心及PC端顯示。通過對*點用電設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)測及處理，平臺實現(xiàn)了七大功能，其功能圖如圖2所示。

3.系統(tǒng)應(yīng)用

用戶在軟件系統(tǒng)通過密碼權(quán)限驗證登錄后，可以在在導(dǎo)航樹中查找相應(yīng)的功能模塊與文檔目錄。系統(tǒng)的功能模塊分為四個部分：系統(tǒng)管理、能源監(jiān)測分析、報警管理、設(shè)備管理和運維管理模塊。其中，系統(tǒng)管理實現(xiàn)了人員權(quán)限管理功能，能源監(jiān)測分析實現(xiàn)直觀呈現(xiàn)能耗、實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和電力數(shù)據(jù)分析三個功能，報警管理實現(xiàn)安全閉環(huán)管理功能，設(shè)備管理和運維管理模塊實現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)籌管理和運維閉環(huán)管理功能。

3.1系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理主要是設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)和用戶日志查詢級系統(tǒng)表單，分為人員管理和角色管理兩個方面。人員管理界面如圖3所示，系統(tǒng)管理員根據(jù)實際情況分配所屬人員的管理范圍和角色。角色管理界面如圖4所示，管理員可以在該界面設(shè)置所有角色的權(quán)限。角色權(quán)限可以分為查看權(quán)限、菜單權(quán)限、編輯權(quán)限三種。

3.2能源監(jiān)測分析模塊

在軟件系統(tǒng)界面設(shè)置上，能源監(jiān)測分析模塊包括多個小功能模塊：綜合概況、能源監(jiān)測和用戶及角色管理模塊。其中，綜合概況模塊位于平臺首頁，如圖5所示。界面左上角顯

示系統(tǒng)運行狀態(tài)，包括設(shè)備數(shù)量、報警量和日總用電量統(tǒng)計；右上角設(shè)置實時報警提醒，報

警提醒下方的報警記錄里詳細記錄了故障設(shè)備的位置、故障時間、報警類型及處理狀態(tài)。處于正下方界面的數(shù)據(jù)概覽圖可以直觀顯示各個廠區(qū)的當(dāng)日能耗及日均能耗對比圖。能源監(jiān)測模塊包括綜合電力監(jiān)測和一次接線圖/3D圖兩個部分，可以從多個角度的圖表實時監(jiān)測電力數(shù)據(jù)。電力能源分析模塊通過對比分析、用電計算、電能質(zhì)量分析三個部分，逐步漸進，

深度分析電力數(shù)據(jù)，為提高用電效率提供基礎(chǔ)。

3.3報警管理模塊

報警記錄分為報警記錄、報警分析、推送配置三個部分。報警記錄的界面如圖6顯示，

顯示報警的設(shè)備所在廠區(qū)、設(shè)備名稱、安裝位置、報警類型、報警級別、報警時間及處理狀

態(tài)。報警分析里面會詳細分析設(shè)備故障情況及報警數(shù)據(jù)，分析故障原因。在報警推送配置方

面，軟件系統(tǒng)存在平臺告警、微信告警和短信告警三種告警方式。系統(tǒng)會在平臺實時展現(xiàn)報警數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)智電力采集終端報警閾值，將*級報警信息推送至不同的用戶手機和微信中。接收告警的用戶需要到現(xiàn)場查驗故障設(shè)備，及時處理故障問題，并填寫消缺記錄，完成安全閉環(huán)管理。

3.4設(shè)備管理和運維管理模塊

設(shè)備管理包括設(shè)備列表、設(shè)備全生命周期和設(shè)備高效管理。設(shè)備列表如圖7所示，用戶可以在左上方下拉列表里篩選設(shè)備所在廠區(qū)，查看設(shè)備名稱、型號及運行天數(shù)，還可以查看設(shè)備的壽命異常狀態(tài)。設(shè)備的全生命周期如圖8所示，界面全方面覆蓋設(shè)備的周期信息，包括設(shè)備基礎(chǔ)信息、關(guān)鍵參數(shù)、電力數(shù)據(jù)監(jiān)控、壽命曲線、運維記錄和告警記錄。界面結(jié)合曲線圖和表格，便于用戶提取設(shè)備關(guān)鍵信息，實現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)籌管理和高效管理。

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.4系統(tǒng)功能

1）實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。

2）電能統(tǒng)計報表

系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。

3）詳細電參量查詢

在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動到每個回路附近時，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?，鼠?biāo)單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。