淺談基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗在線監(jiān)測平臺構(gòu)建與實施

時間：2024-11-13作者：安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司瀏覽：283

1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，而且較易產(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**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)。


2構(gòu)建能耗在線監(jiān)測平臺的總體思路及技術(shù)
2.1總體思路
  該平臺利用目前比較**的lora技術(shù)進行組網(wǎng)。lora是一種基于擴頻技術(shù)的遠距離低功耗廣域網(wǎng)無線傳輸方式，屬于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)之一，它的特點就是低功耗、遠距離，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Mysql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。


2.2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，*二層級為網(wǎng)絡(luò)通信層，*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，并客觀地做出較好的能源管理決策、管理和調(diào)度，建立一種高效落實的生產(chǎn)能源管理體系。


2.3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，采用標(biāo)準(zhǔn)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**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。


3構(gòu)建能耗在線監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
3.1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。


3.2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。




4構(gòu)建能耗在線監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)監(jiān)測終端
4.1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)量完全達到了項目要求。該方案的實施，一是很大程度地降低了成本，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；三是很大程度地避免了重復(fù)施工問題和很多潛在的施工安全隱患。


4.2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。


5構(gòu)建能耗在線監(jiān)測平臺信息管理系統(tǒng)
5.1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)。


5.2軟件系統(tǒng)功能特點
5.2.1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。


5.2.2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)。


5.2.3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*做出決策。


5.2.4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**標(biāo)、待機能耗、夜間常流水等）通知相關(guān)責(zé)任人。


5.2.5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。


5.2.6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。


6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。


7安科瑞重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)
  根據(jù)《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)推廣建設(shè)工作方案》的要求，重點用能單位接入端系統(tǒng)部署在重點用能單位內(nèi)部，由重點用能單位負(fù)責(zé)建設(shè)。
  主要功能:通過計量儀表、工控系統(tǒng)等采集、匯總本單位能耗數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳至省級平臺，或直接上傳至國家平臺；重點用能單位接入端系統(tǒng)要通過網(wǎng)閘、*墻、隔離等安全措施，確保內(nèi)部系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)安全；要具備遠程升級維保、一端多傳、接收國家和省級平臺推送信息和用能單位自身能源管理所需的功能。
  安科瑞可為企業(yè)接入端系統(tǒng)提供完整解決方案：

  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)。





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