摘要：針對當前企業中能耗設備繁雜、能耗量大的現狀，分析了一種基于物聯網的企業能效管理平臺參考模型方案，利用物聯網技術與數據挖掘技術對動態采集的能耗信息進行分析，為企業能效的管理決策以及制定節能減排規劃提供決策支撐。

關鍵詞：企業能效管理；物聯網；決策支持

智慧城市的建設，讓節能減排成為企業綠色可持續發展的必然趨勢。電能能效管理是節能戰略的重要組成部分，隨著企業電能消耗大幅度上升，優化用電質量，改善傳統用電方式，提升電能利用率的任務迫在眉睫。目前，很多企業逐漸在能耗管理方面加大投入，但仍然缺乏統一的企業能耗監測指標和能耗評價體系，過分強調節能目標，而在能耗管理方面缺乏相應的技術支撐。雖然一些能耗監控系統在企業電能消耗統計方面發揮了一定的作用，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，因此對企業實施有效化、智能化的節能降耗管理工作勢在必行。

1 基于物聯網的企業能效管理平臺研究設計思路

基于物聯網的企業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測系統中，在此基礎上，利用數據存儲技術和數據挖掘技術，為企業實時、直觀地反映設備能耗趨勢、能耗分布狀況、設備運行狀態，從而形成對全局能源形勢的監控。在能效管理服務平臺上為高能耗企業與節能設備提供商搭建信息橋梁，企業根據可行的節能方案選用設備，通過不同部門之間的協作達到互利共贏。基于物聯網的企業能效管理平臺參考模型主要分為以下兩大步：

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

2）分析能耗數據，制定節能方案，建設“基于物聯網的企業能效管理平臺"向企業提供節電服務。

1.1 建設“企業能效管理系統"服務重要企業，對企業用電數據進行采集，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測儀，實現對企業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，為電力用戶企業能效管理云平臺的統計、分析與展現提供實時、準確、完善、有效的統計結果數據。

1.2 分析能耗數據，制定節能方案，建設“基于物聯網的企業能效管理平臺"向企業提供節電服務。

構建云計算樞紐，將基于物聯網的企業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 基于物聯網的企業能效管理平臺邏輯功能劃分圖

物理資源層為支撐系統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管理人員及終端用戶提供系統管理及系統使用的功能，包括系統管理、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，使系統具有更好的移植性，以適應企業能效管理平臺應用環境復雜、業務規則多變、信息發布的需要，以及系統將來的擴展需要。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。根據本系統業務特點，應用層進一步細分為采集子層和業務子層、對外接口等。主站軟件通過對外接口與外系統交互。

表現層：提供統一的業務應用操作界面和信息門戶展示窗口，是系統直接面向操作用戶的部分。

業務層：實現具體業務邏輯，是系統主站的核心層，根據系統的應用特點，業務層可分為采集子層、業務子層、對外接口等。業務子層，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：提供全局通用的業務服務、安全服務等組件服務支持，并實現本系統的業務邏輯服務，為業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 基于物聯網的企業能效管理平臺優勢分析

3.1可以豐富企業能效管理手段

企業能效管理服務云平臺對企業的能耗數據加以收集、整理、分析，形成企業能效分析報告，使企業用戶可以更直觀地了解企業用電效率的整體水平，合理安排生產、科學安裝選用節電設備、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展

企業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展。同時該平臺將作為企業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節能的發展。

3.3可以促進節能產業和市場的發展

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

3.4應用水泥企業案例預期效益分析

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

表1 企業能效管理平臺前期投入預期

表2 企業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 安科瑞企業能耗管理系統介紹

安科瑞企業能源管控系統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、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計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節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、木材、工業園區、醫院、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。

6 系統結構

現場通過廠區局域網和平臺通訊，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 系統功能

平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理。實時監測企業各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節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，展示企業及各區域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、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、分類能耗等企業級統計數據。

7.4數據監控

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

·       能源實時監控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，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、門禁水浸狀態及能耗數據。

·       實時統計：實時統計工廠、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、系統彈窗等報警提示；

7.5視頻監控

接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

7.6變壓器監控

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劃。通過各種運行參數狀態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用能統計

從能源使用種類、監測區域、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用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，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。

7.1 成本分析

統計各個監測節點（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產品單耗統計

與企業MES系統對接，通過產品產量以及系統采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。同時將產品單耗與行業/國家/國際指標對標，以便企業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、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、規定時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

7.13運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視。可直接從動態監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，查看企業各個節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環比報表，支持導出報表。

7.15同比、環比

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

同比

環比

7.16分析報告

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

7.17能耗設備用能

監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

7.18線損分析

根據節點、能源分類，查詢各個節點線路上的能源損耗數據，及時發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

按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，并進行同環比分析。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，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

7.20電能質量監測

實時監測諧波含量、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，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，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，幫助企業提前預警，避免發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，可對報警進行派發與閉環處理。

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計分析，為企業分時用電，優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，支持模型與監測點位的自定義綁定。

7.29 3D子系統

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

7.30工業組態

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

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

對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、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，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、產線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

7.34知識產權證書

8 系統硬件配置

9 結語

企業能耗的有效管理關系著企業的運營成本，基于物聯網的企業能效管理平臺研究在優化用電質量、提升用電效率，為企業管理層檢查節能減排效果、制定節能減排規劃，降低企業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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