淺析無線物聯網的能耗在線監測平臺研究與應用

摘要：圍繞工業生產等領域節能降耗的實際需要，提出基于物聯網的在線能耗監測平臺總體規劃，為政府、行業和企業提供能耗管理信息化管理和服務；研究和設計能耗監測終端，支持各種工業總線和工業協議，收集電表、油表、水表、氣表、氣表等能耗計量設備和工業控制系統的能耗數據；開發能耗在線監測平臺，實現能耗實時監測、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進行了應用示范，有效改善了企業的運營

關鍵詞：實時監控；物聯網能耗

引言

能源是人類社會發展的物質基礎，能源消耗水平與環境、生態、全球氣候變化密切相關。隨著節能工作向系統化、精細化、信息化方向的發展，利用物聯網、大數據等信息技術手段深入挖掘節能潛力已成為節能領域的必然趨勢。對先進技術的能源消耗監測和能源管理系統的研究和應用進行了探索。通過對現有能源消耗在線監測系統的研究，企業能源消耗監測系統是基礎，關鍵是實現能源消耗監測終端的功能和性能；平臺級能源消耗監測系統是支撐，關鍵是如何為企業提供能源

基于此，本文提出了基于物聯網的在線能耗監測平臺的總體方案，設計和開發了企業級和平臺級的軟硬件，并將其應用于化工企業的能耗管理，探索了中國產業節能降耗的信息支持。

1平臺總體規劃

基于物聯網在線能耗監測平臺的總體方案架構，該方案從采集層、網絡層、數據層、應用層等方面分析了能耗監測的技術和方案，為下一步的具體軟硬件設計和研發奠定了基礎。

2平臺設計與研發

2．1.能耗采集終端設計

能源消耗數據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能源消耗數據的實時采集。終端的整體結構框圖。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，以及終端的長期運行。

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

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

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

（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，便于顯示監控數據和設置參數。

2．2平臺軟件設計與研發

能耗在線監控平臺是企業、節能安全監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三層架構的能耗單元子系統、政府子系統和公共服務子系統asp．實現net技術開發。

政府監管子系統；用能單位管理子系統；公共服務子系統；

3應用案例

目前，基于物聯網的能耗在線監測平臺的總體方案已在山東省淄博市的一家化工企業得到實際應用。目前，企業主要使用的能源類型包括：原煤、電力、天然氣和蒸汽。其中，企業利用工業用水進行自發電，部分電力接入互聯網，并向周邊企業提供外部蒸汽。一些能源數據已被收集到企業自建的MES系統中。根據企業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需求的能源在線監測方案。在邊緣采集側，部署能耗監測終端，與企業合作ＲJ45接口可以收集能耗數據，終端可以通過有線網絡/4G/無線局域網等數據通信模式定期向能耗在線監控平臺發送能耗數據。在云服務平臺方面，信息技術服務主要面向企業和節能安全監管部門，以軟件即服務的模式進行。

（1）企業云服務。企業登錄能耗在線監測平臺，開展企業能耗信息化管理，管理企業實時能耗和計量儀器，分析企業歷史能耗和能耗趨勢，形成企業能耗指標預警、節能預警、能源儲備預警等各種預警信息，并為企業提供安全生產和能源使用的具體改進措施提供數據支持。例如，對企業的各種能耗比例進行同比或環比分析，并結合企業的生產情況進行分析，發現企業能耗過程中存在的問題，提出生產或能源使用的改進措施。

（2）節能安全監管部門的云服務。依托平臺實現企業能源消耗信息的收集和分析，為節能安全監管部門的管理提供數據和平臺支持。例如，監管部門可以分析企業的能源消耗數據，分析行業和企業的能源結構，為能源管理決策和規劃提供支持。

4Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一個基于物聯網數據中心的平臺，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務，建立統一的上下行數據標準。用戶只需購買安科瑞物聯網傳感器，選擇網關，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數據服務。

該平臺提供多平臺、多語言、多終端數據訪問功能，包括數據駕駛艙、電氣安全監控、電能質量分析、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、建筑管理系統集成商、小物業、智慧城市、變配電站、建筑、通信基站、工業能源消耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

電力集抄；能耗分析；預付款管理；充電樁管理；智能照明；安全用電；智能消防；

（5）系統硬件配置

5結語

基于物聯網的能耗在線監控平臺總體規劃基于政府加強能源管理等各方需求，具有良好的推廣應用前景。

參考文獻

[1]楊作明，張治東，李娟，李良．物聯網的能耗在線監測平臺研究與應用

[2]徐強．加快建設重點用能單位能耗在線監測系統助推生態文明與綠色發展［J］．中國能源，2018，40( 4) : 5－6，9．

[3]林玲．水泥單位產品能耗數據在線監測系統的研究［J］．質量技術監督研究，2012( 4) : 21－23．

[4]吳孟輝．基于能源計量的水泥能耗監測系統研究與應用［J］．計量與測試技術，2018，45( 3) : 55－57．

[5]盧苗，孫恒超，李猛．用能單位能耗在線監測系統架構研究［J］．電信快報，2017( 2) : 43－46．

[6]吳曉．企業能耗在線監測系統規劃與建設［J］．通信電源技術，2018．35( 1) : 104－106．

[7]企業微電網設計與應用手冊2022.05版.