智慧城市的建設，讓節(jié)能減排成為企業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。電能能效管理是節(jié)能戰(zhàn)略的重要組成部分，隨著企業(yè)電能消耗大幅度上升，優(yōu)化用電質量，改善傳統(tǒng)用電方式，提升電能利用率的任務迫在眉睫。目前，很多企業(yè)逐漸在能耗管理方面加大投入，但仍然缺乏統(tǒng)一的企業(yè)能耗監(jiān)測指標和能耗評價體系，過分強調節(jié)能目標，而在能耗管理方面缺乏相應的技術支撐。雖然一些能耗監(jiān)控系統(tǒng)在企業(yè)電能消耗統(tǒng)計方面發(fā)揮了一定的作用，但是用電設備分布廣泛、分類繁多的情況下，并不能對大量分散能耗數據進行有效采集、存儲、分析與預測，因此對企業(yè)實施有效化、智能化的節(jié)能降耗管理工作勢在必行。

1 基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺研究設計思路

基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺參考模型將嵌入式技術、傳感器技術和通訊技術融入系統(tǒng)的數據采集層和傳輸層，對能耗數據進行智能采集，并將其數據上傳到能耗監(jiān)測系統(tǒng)中，在此基礎上，利用數據存儲技術和數據挖掘技術，為企業(yè)實時、直觀地反映設備能耗趨勢、能耗分布狀況、設備運行狀態(tài)，從而形成對全局能源形勢的監(jiān)控。在能效管理服務平臺上為高能耗企業(yè)與節(jié)能設備提供商搭建信息橋梁，企業(yè)根據可行的節(jié)能方案選用設備，通過不同部門之間的協作達到互利共贏?；谖锫摼W的企業(yè)能效管理平臺參考模型主要分為以下兩大步：

1）建設“企業(yè)能效管理系統(tǒng)”服務重要企業(yè)，對企業(yè)用電數據進行采集，存儲并加以分析。

2）分析能耗數據，制定節(jié)能方案，建設“基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺”向企業(yè)提供節(jié)電服務。

1.1 建設“企業(yè)能效管理系統(tǒng)”服務重要企業(yè)，對企業(yè)用電數據進行采集，存儲并加以分析

通過采用基于嵌入式技術和虛擬儀器平臺的電能質量實時監(jiān)測儀，實現對企業(yè)的用電數據信息進行采集與電能質量分析，將多線程異步通信技術和海量數據存儲技術結合起來，實現大量采集終端的并發(fā)能耗數據可靠傳輸與存儲；采用數據清洗、數據挖掘技術從大量的實際數據中，還原和糾正因檢測設備故障而缺失或錯誤的用電數據，并提取隱含在其中的潛在有用的信息，為電力用戶企業(yè)能效管理云平臺的統(tǒng)計、分析與展現提供實時、準確、完善、有效的統(tǒng)計結果數據。

1.2 分析能耗數據，制定節(jié)能方案，建設“基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺”向企業(yè)提供節(jié)電服務。

構建云計算樞紐，將基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺在邏輯功能方面劃分為物理資源層、云計算基礎服務層、云計算管理層三層。

圖1 基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺邏輯功能劃分圖

物理資源層為支撐系統(tǒng)運行的基礎設施集合。

云計算基礎服務層包括數據采集、數據傳輸、數據檢測、數據存儲、數據清洗、數據分析等功能。

云計算管理層為系統(tǒng)管理人員及終端用戶提供系統(tǒng)管理及系統(tǒng)使用的功能，包括系統(tǒng)管理、用電需求側管理、運行維護管理等功能。

2 基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺技術原理

為了構建高可用性、安全性、可靠性、可伸縮性和擴展性的基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺，主站軟件使用成熟、標準的J2EE[5（] Java 2 Enterprise Edition）企業(yè)平臺架構搭建，采用多層的分布式應用模型、組件再用、一致化的安全模型及靈活的事務控制，使系統(tǒng)具有更好的移植性，以適應企業(yè)能效管理平臺應用環(huán)境復雜、業(yè)務規(guī)則多變、信息發(fā)布的需要，以及系統(tǒng)將來的擴展需要。技術原理如下圖所示：

圖2 基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺技術原理圖

平臺采用分布式多層結構，典型的軟件架構分表現層、應用層、服務層、數據層。根據本系統(tǒng)業(yè)務特點，應用層進一步細分為采集子層和業(yè)務子層、對外接口等。主站軟件通過對外接口與外系統(tǒng)交互。

表現層：提供統(tǒng)一的業(yè)務應用操作界面和信息門戶展示窗口，是系統(tǒng)直接面向操作用戶的部分。

業(yè)務層：實現具體業(yè)務邏輯，是系統(tǒng)主站的核心層，根據系統(tǒng)的應用特點，業(yè)務層可分為采集子層、業(yè)務子層、對外接口等。業(yè)務子層，負責對現場采集數據進行清洗和挖掘，將檢測數據轉化為決策知識，并在決策知識的形成階段融入專家群智能。

服務層：提供全局通用的業(yè)務服務、安全服務等組件服務支持，并實現本系統(tǒng)的業(yè)務邏輯服務，為業(yè)務層提供通用的技術支撐。

數據層：實現海量信息的存儲、訪問、整理，為系統(tǒng)提供數據的管理支持。數據層通過大型關系型數據庫實現。

3 基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺優(yōu)勢分析

3.1可以豐富企業(yè)能效管理手段

企業(yè)能效管理服務云平臺對企業(yè)的能耗數據加以收集、整理、分析，形成企業(yè)能效分析報告，使企業(yè)用戶可以更直觀地了解企業(yè)用電效率的整體水平，合理安排生產、科學安裝選用節(jié)電設備、合理分配用電負荷，為提高用電效率、降低單位GDP能耗指標在數據層面上提供支持。

3.2可以促進電力需求側管理和合同能源管理的發(fā)展

企業(yè)能效管理服務云平臺主要以合同能源管理的方式對外提供服務，推動合同能源管理的發(fā)展。同時該平臺將作為企業(yè)和電力需求側管理的中堅力量，推動電力需求側管理和企業(yè)節(jié)能的發(fā)展。

3.3可以促進節(jié)能產業(yè)和市場的發(fā)展

企業(yè)能效管理服務云平臺可以幫助企業(yè)建立起完善的用電監(jiān)管系統(tǒng)，通過數據分析，結合企業(yè)的自身情況，為企業(yè)定制節(jié)能方案，達到節(jié)能效果。在節(jié)能方案的實施中，會拉動節(jié)能設備制造商、項目施工單位等一系列市場。

3.4應用水泥企業(yè)案例預期效益分析

以水泥企業(yè)中高能耗設備生料磨排風機、窯尾收塵排風機、原料磨循環(huán)風機為例，應用基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺后的節(jié)能收益預期如下表1、2所示。

表1 企業(yè)能效管理平臺前期投入預期

表2 企業(yè)能效管理平臺預期收益

注：按年運行7200h（300天）計算，電價0.45元/kW·h。

4 安科瑞企業(yè)能耗管理系統(tǒng)介紹

安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎數據和支持。

5 應用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業(yè)、木材、工業(yè)園區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業(yè)。

6 系統(tǒng)結構

現場通過廠區(qū)局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

系統(tǒng)可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統(tǒng)必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監(jiān)測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規(guī)約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

7 系統(tǒng)功能

平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理。實時監(jiān)測企業(yè)各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)能改造提供數據依據。

7.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

7.2大屏展示

用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業(yè)及各區(qū)域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區(qū)域展示該區(qū)域的分類能耗、產值等相關信息。

7.3首頁

首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業(yè)級統(tǒng)計數據。

7.4數據監(jiān)控

對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠實時的監(jiān)測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業(yè)削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

·           能源實時監(jiān)控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監(jiān)測，確保用能環(huán)節(jié)的持續(xù)穩(wěn)定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網絡圖、能源計量網絡圖等功能。

·           能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統(tǒng)彈窗報警提示等；

·           配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數、門禁水浸狀態(tài)及能耗數據。

·           實時統(tǒng)計：實時統(tǒng)計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

·           數據展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區(qū)域、不同設備的不同的能耗參數；

·           檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關處理操作，可以對報警參數進行在線設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統(tǒng)彈窗等報警提示；

7.5視頻監(jiān)控

接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內實際情況。

7.6變壓器監(jiān)控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規(guī)劃。通過各種運行參數狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

7.7儀表實時監(jiān)控

展示各個水電氣儀表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

7.8能源中控

將所有有關能源的能源參數集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現各個產業(yè)線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

7.9用能統(tǒng)計

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

7.10、成本分析

統(tǒng)計各個監(jiān)測節(jié)點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

7.11產品單耗統(tǒng)計

與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產品產量以及系統(tǒng)采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。同時將產品單耗與行業(yè)/國家/國際指標對標，以便企業(yè)能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

7.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區(qū)域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、規(guī)定時段績效統(tǒng)計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節(jié)能潛力，評定能源消耗是否合理。

7.13運行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監(jiān)測設備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視?？芍苯訌膭討B(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

7.14自定義能耗報表

用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產各種報表，查看企業(yè)各個節(jié)點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環(huán)比報表，支持導出報表。

7.15同比、環(huán)比

提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環(huán)比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統(tǒng)計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環(huán)比

7.16分析報告

以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統(tǒng)計分析，讓用戶更加了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發(fā)現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

7.17能耗設備用能

監(jiān)控耗能設備運行、停機及異常狀態(tài)，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

7.18線損分析

根據節(jié)點、能源分類，查詢各個節(jié)點線路上的能源損耗數據，及時發(fā)現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。

7.19碳排放管理

按照區(qū)域對碳排放總量的變化趨勢進行統(tǒng)計，并進行同環(huán)比分析。對單位產值碳排放量進行計算，并結合減排指標實現超標預警，提升區(qū)域減排水平，促進碳達峰目標實現。

7.20電能質量監(jiān)測

實時監(jiān)測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

7.21運維管理

系統(tǒng)支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執(zhí)行巡檢、完成工單、巡檢發(fā)現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養(yǎng)需要。

7.22報警管理

針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業(yè)提前預警，避免發(fā)生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發(fā)與閉環(huán)處理。

7.23能耗抄表

可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

7.24能耗分析自定義時間抄表

可自定義時間段內各個拓撲節(jié)點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

7.25容需量報表

提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業(yè)實現容改需，降低基本電費。

7.26復費率報表

對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統(tǒng)計分析，為企業(yè)分時用電，優(yōu)化成本效益提供數據支持。

7.27文檔管理

對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統(tǒng)管理，支持文件的上傳和下載。

7.28 3D可視化大屏

對場景進行虛擬仿真，展示各區(qū)域運行及能源消耗情況，可實現分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監(jiān)測點位的自定義綁定。

7.29 3D子系統(tǒng)

對各動力子系統(tǒng)進行虛擬仿真，展示子系統(tǒng)的動力管線、設備的實時狀態(tài)及能源消耗情況，可實現動態(tài)的能源流向效果。

7.30工業(yè)組態(tài)

可通過圖形化的編輯方式自定義組態(tài)圖，展示設備運行狀態(tài)及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監(jiān)測數據。

7.31自定義駕駛艙

可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類統(tǒng)計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

7.32基礎數據管理

對系統(tǒng)的項目、探測器、設備型號、電參量、節(jié)點、能源、公示、及相關參數進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

7.33手機APP

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、產線比對、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、事件記錄、運行監(jiān)視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

7.34知識產權證書

8 系統(tǒng)硬件配置

9 結語

企業(yè)能耗的有效管理關系著企業(yè)的運營成本，基于物聯網的企業(yè)能效管理平臺研究在優(yōu)化用電質量、提升用電效率，為企業(yè)管理層檢查節(jié)能減排效果、制定節(jié)能減排規(guī)劃，降低企業(yè)成本等方面有著重要的研究意義和價值。

參考文獻

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