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摘要：企業在生產過程中需要大量的能源消耗，而大量的消耗數據得不到充分的利用，從而導致企業定位不到具體的問題，將導致生產效率提升減緩。本文設計一套能耗分析系統，能夠對生產過程中的數據進行分析挖掘，并對其數據進行分析和可視化展示，實時監控和預測企業的能耗情況，提升對行業及區域工業發展的掌控能力。 關鍵詞：企業能耗管理，物聯網云平臺，能耗分析，電能質量分析，用電管理 1引言當今工業的快速發展，與數據的發掘已經密不可分。自發展以來，工業生產過程中產生的數據已成為企業的戰略資源。如何充分有效的利用生產過程的數據變得重要，傳統的能耗記錄需要大量的人工去抄寫大量的設備數據，大量的設備與數據難免會出現人工的誤差，還需要支付工人薪水，增加企業運營成本。同樣這些數據抄寫的周期也變得尤為重要，有可能做不到及時的上報，從而延緩整體數據的分析，企業就找不到對應的問題，提升就會變的尤為緩慢。生產過程中產生的數據如何能得到充分的利用就變得尤為的重要。 隨著信息時代的發展，人工智能、物聯網、工業互聯網等新興技術的迅速崛起，這些新興技術已經在迅速推動工業生產的發展，為提升工業生產過程中能耗數據的利用率，設計了一套企業設備能耗分析系統。實現企業實時、隨地可以監測設備生產中產生的數據，整個系統具備一套完整的操作，從設備端到用戶端的處理，實現減少人工操作、降低人為誤差、記錄周期等問題，從而提升企業的生產效率，加快企業的發展。 2019年10月日報發表《中國工業70年發展與戰略演進》，其中講到對新技術的應用，將成為決定國家力量對比的關鍵因素，也是影響和決定工業發展的根本動力。企業設備能耗分析系統將助力企業的發展。 2總體方案 2.1系統架構 企業設備能耗分析系統一共有四層，分別是設備傳感層、網絡傳輸層、物聯網平臺層和數據觀察層。系統結構如圖1所示。 圖1 企業設備能耗分析系統總體結構圖 (1)設備傳感層 當時設備打開并運行時，設備傳感層與設備相連接，負責監測設備的資源用量，比如水、電、氣等。實時記錄，增量記錄，記錄默認存儲在設備中，在上傳到云端后自行刪除。 (2)網絡傳輸層 該層在工業設備工作后，利用內置的網絡設備，建立設備與物聯網平臺的數據傳輸。工業設備的生產數據通過內置的網絡設備，發送到物聯網平臺。 (3)物聯網平臺層 該層部署在云服務器，與設備的內置網絡設備相連接，提供設備的注冊、接入，數據的采集、存儲功能，用戶需要通過身份驗證才能進入，對設備進行操作，物聯網平臺層實現對數據的接收、處理、轉發和備份。服務器實現對數據的轉化和存入數據庫。 (4)數據觀察層 數據觀察層直接部署在服務器上，工業生產中產生的數據存儲在服務器的數據庫當中，監測用戶查詢的數據同樣來源于數據庫，通過瀏覽手機上的企業設備能耗分析系統，來實施觀測轉化過后的數據。對比于直接的能源消耗數據，轉化過后的數據，變得更為直觀，易于操作。 2.2系統功能模塊 (1)數據管理 為充分保障數據傳輸過程中的數據的安全性、數據的完整性。針對非本企業員工或其他不明用戶人員在數據傳輸的過程中被不法攔截、惡意捕捉、惡意篡改。故采用特定的網絡傳輸方式對數據進行傳輸，確保了數據的安全。云端服務在完整的接收完所有數據，再對收到的數據進行解析錄入。整個過程中能夠始終保障數據的安全性，有效保證數據的完整性，且能夠很好保護企業的隱私。 (2)用戶管理 企業設備能耗分析系統具有完整的用戶管理功能，用戶角色包含操作人員、管理人員、普通用戶，針對不同的使用用戶，給予不同的操作權限。操作人員負責管理數據，對數據進行錄入修改，管理人員負責發放企業賬號，對普通用戶進行操作管理，普通用戶只能進行簡單的查看瀏覽。各級用戶的權限可由系統的管理員進行分配修改。 圖2平臺功能模塊圖 實時監測功能是指，用戶可以隨時隨地對工業設備的數據進行查詢。用戶能夠實時了解到各個設備的能源消耗，平臺支持可視化，使數據變的簡單易懂，一改傳統手動統計。并且采用圖例展示，更為直觀的反應數據。使基礎數據變的不會復雜，相對于傳統的文本統計，數據的可視化，圖形化就顯得尤為的重要、便捷。 為了用戶查詢更為簡便，平臺會在給予提示的基礎上，讓用戶想要查詢的數據變的簡單。當用戶發送數據到云端服務器，云端就將會對數據進行處理，判斷查詢條件，當查詢條件滿足系統設定的范圍內，即可查詢，反之需要重新編輯。查詢管理如圖3所示。 圖3查詢處理邏輯流程 3系統設計 3.1數據采集與發送 目前數據需要數據庫直接導入或客戶端手動輸入。需要直接測量工業設備消耗的資源，比如水、電、氣等消耗數值。需操作員登陸數據庫進行錄入和修改，批量數據推薦數據庫直接導入，少量數據可選擇在平臺中直接錄入，同時可在平臺中修改部分存有誤差的數據。由于前期環境，在后續的開發中，擬采用傳感器直接錄入到云端的數據存儲，其行為減少人為直接操控數據庫，從而降低人工成本。 3.2數據接收與存儲 云端服務接收來自操作員上傳的數據，并將數據整理存儲在云端，從而提升數據的安全性，然后將數據整理分類，存儲在云端的數據庫當中。各條數據通過特定的公式將轉化成生產效率比、能耗比、產能等數據。還要對不同工廠、車間的數據進行比較，例如各個車間的水、電、氣等能源的消耗進行一個初步的排名。大量的能耗數據發送傳輸到云端服務，本平臺采用循環批量的入庫方式，避免單條數據在錄入時發生大量重復利用的情況，造成數據庫的使用效率低下，即單條記錄包含企業同一條件下錄入多個能源消耗量。該方法能有效減少數據庫的訪問次數，單次數據庫存入的數據量，因而大幅提升數據庫使用效率，存儲量。 圖4企業能耗綜合占比 4系統實現 系統采用數據庫批量注入或客戶端手動輸入，云端服務便使用當前熱門的Java編程語言來實現數據的高并發請求和數據接收，且后端使用SpringMVC編程框架實現前后端分離。且采用Android實現能耗數據的可視化，實現在手機上隨時隨地可以瀏覽查閱。企業能耗綜合占比：整合水、電、氣的特定月份占比與詳細數值，并且集合了三種能源的近六月消耗數值，如圖4所示。企業分廠用能數據：展示企業的不同分廠、車間、時間的 能耗數據和產能，如圖5所示。 圖5企業分廠用能數據 5Acrel-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套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。 該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。 （2）應用場所 本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、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 電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。 變壓器監控 配電圖 能耗分析 能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用先進的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。 能耗概況 預付費管理 1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統日志等功能； 2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置； 3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作； 4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作； 5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作； 6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。 預付費看板 充電樁管理 通過物聯網技術，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。 智能照明 智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。 監控頁面 安全用電 安全用電采用自主研發的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業實現排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然"的目的。 智慧消防 通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。補充原先針對“九小場所"和危化品生產企業無法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實際需求。 （5）系統硬件配置 6.結語 對于工業生產中產生的數據，從制造過程中的副產品變成備受企業關注的戰略資源，所以本平臺對于企業生產過程中產生的數據收集分析并應用，使數據發揮它的價值。首先給出系統設計的細節，包括擬采用的數據采集與發送，數據接收和數據存儲；最后實現系統，充分利用工業生產應用，構建出一套包含數據采集、傳輸、存儲和數據顯示的完整系統。從目前初步測試表明，本平臺運行流暢、性能穩定，充分貼合實際應用。 |
