摘要：企業(yè)在生產(chǎn)過程中需要大量的能源消耗，而大量的消耗數(shù)據(jù)得不到充分的利用，從而導(dǎo)致企業(yè)定位不到具體的問題，將導(dǎo)致生產(chǎn)效率提升減緩。本文設(shè)計(jì)一套能耗分析系統(tǒng)，能夠?qū)ιa(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和可視化展示，實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測(cè)企業(yè)的能耗情況，提升對(duì)行業(yè)及區(qū)域工業(yè)發(fā)展的掌控能力。
關(guān)鍵詞：企業(yè)能耗管理，物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，能耗分析，電能質(zhì)量分析，用電管理
1引言
當(dāng)今工業(yè)的快速發(fā)展，與數(shù)據(jù)的發(fā)掘已經(jīng)密不可分。自發(fā)展以來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)已成為企業(yè)的戰(zhàn)略資源。如何充分有效的利用生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)變得重要，傳統(tǒng)的能耗記錄需要大量的人工去抄寫大量的設(shè)備數(shù)據(jù)，大量的設(shè)備與數(shù)據(jù)難免會(huì)出現(xiàn)人工的誤差，還需要支付工人薪水，增加企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。同樣這些數(shù)據(jù)抄寫的周期也變得尤為重要，有可能做不到及時(shí)的上報(bào)，從而延緩整體數(shù)據(jù)的分析，企業(yè)就找不到對(duì)應(yīng)的問題，提升就會(huì)變的尤為緩慢。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)如何能得到充分的利用就變得尤為的重要。
隨著信息時(shí)代的發(fā)展，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的迅速崛起，這些新興技術(shù)已經(jīng)在迅速推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，為提升工業(yè)生產(chǎn)過程中能耗數(shù)據(jù)的利用率，設(shè)計(jì)了一套企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)企業(yè)實(shí)時(shí)、隨地可以監(jiān)測(cè)設(shè)備生產(chǎn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)具備一套完整的操作，從設(shè)備端到用戶端的處理，實(shí)現(xiàn)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(yè)的生產(chǎn)效率，加快企業(yè)的發(fā)展。
2019年10月日?qǐng)?bào)發(fā)表《中國(guó)工業(yè)70年發(fā)展與戰(zhàn)略演進(jìn)》，其中講到對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用，將成為決定國(guó)家力量對(duì)比的關(guān)鍵因素，也是影響和決定工業(yè)發(fā)展的根本動(dòng)力。企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)將助力企業(yè)的發(fā)展。
2總體方案
2.1系統(tǒng)架構(gòu)
企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)一共有四層，分別是設(shè)備傳感層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層和數(shù)據(jù)觀察層。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
(1)設(shè)備傳感層
當(dāng)時(shí)設(shè)備打開并運(yùn)行時(shí)，設(shè)備傳感層與設(shè)備相連接，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)設(shè)備的資源用量，比如水、電、氣等。實(shí)時(shí)記錄，增量記錄，記錄默認(rèn)存儲(chǔ)在設(shè)備中，在上傳到云端后自行刪除。
(2)網(wǎng)絡(luò)傳輸層
該層在工業(yè)設(shè)備工作后，利用內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，建立設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸。工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。
(3)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層
該層部署在云服務(wù)器，與設(shè)備的內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連接，提供設(shè)備的注冊(cè)、接入，數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)功能，用戶需要通過身份驗(yàn)證才能進(jìn)入，對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的接收、處理、轉(zhuǎn)發(fā)和備份。服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化和存入數(shù)據(jù)庫(kù)。
(4)數(shù)據(jù)觀察層
數(shù)據(jù)觀察層直接部署在服務(wù)器上，工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，監(jiān)測(cè)用戶查詢的數(shù)據(jù)同樣來(lái)源于數(shù)據(jù)庫(kù)，通過瀏覽手機(jī)上的企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)，來(lái)實(shí)施觀測(cè)轉(zhuǎn)化過后的數(shù)據(jù)。對(duì)比于直接的能源消耗數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化過后的數(shù)據(jù)，變得更為直觀，易于操作。
2.2系統(tǒng)功能模塊
(1)數(shù)據(jù)管理
為充分保障數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)的安全性、數(shù)據(jù)的完整性。針對(duì)非本企業(yè)員工或其他不明用戶人員在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中被不法攔截、惡意捕捉、惡意篡改。故采用特定的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，確保了數(shù)據(jù)的安全。云端服務(wù)在完整的接收完所有數(shù)據(jù)，再對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析錄入。整個(gè)過程中能夠始終保障數(shù)據(jù)的安全性，有效保證數(shù)據(jù)的完整性，且能夠很好保護(hù)企業(yè)的隱私。
(2)用戶管理
企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)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(duì)不同的使用用戶，給予不同的操作權(quán)限。操作人員負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入修改，管理人員負(fù)責(zé)發(fā)放企業(yè)賬號(hào)，對(duì)普通用戶進(jìn)行操作管理，普通用戶只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的查看瀏覽。各級(jí)用戶的權(quán)限可由系統(tǒng)的管理員進(jìn)行分配修改。
圖2平臺(tái)功能模塊圖
(3)查詢管理
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能是指，用戶可以隨時(shí)隨地對(duì)工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。用戶能夠?qū)崟r(shí)了解到各個(gè)設(shè)備的能源消耗，平臺(tái)支持可視化，使數(shù)據(jù)變的簡(jiǎn)單易懂，一改傳統(tǒng)手動(dòng)統(tǒng)計(jì)。并且采用圖例展示，更為直觀的反應(yīng)數(shù)據(jù)。使基礎(chǔ)數(shù)據(jù)變的不會(huì)復(fù)雜，相對(duì)于傳統(tǒng)的文本統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)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(jiǎn)便，平臺(tái)會(huì)在給予提示的基礎(chǔ)上，讓用戶想要查詢的數(shù)據(jù)變的簡(jiǎn)單。當(dāng)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)到云端服務(wù)器，云端就將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷查詢條件，當(dāng)查詢條件滿足系統(tǒng)設(shè)定的范圍內(nèi)，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(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1數(shù)據(jù)采集與發(fā)送
目前數(shù)據(jù)需要數(shù)據(jù)庫(kù)直接導(dǎo)入或客戶端手動(dòng)輸入。需要直接測(cè)量工業(yè)設(shè)備消耗的資源，比如水、電、氣等消耗數(shù)值。需操作員登陸數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行錄入和修改，批量數(shù)據(jù)推薦數(shù)據(jù)庫(kù)直接導(dǎo)入，少量數(shù)據(jù)可選擇在平臺(tái)中直接錄入，同時(shí)可在平臺(tái)中修改部分存有誤差的數(shù)據(jù)。由于前期環(huán)境，在后續(xù)的開發(fā)中，擬采用傳感器直接錄入到云端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其行為減少人為直接操控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，從而降低人工成本。
3.2數(shù)據(jù)接收與存儲(chǔ)
云端服務(wù)接收來(lái)自操作員上傳的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)整理存儲(chǔ)在云端，從而提升數(shù)據(jù)的安全性，然后將數(shù)據(jù)整理分類，存儲(chǔ)在云端的數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。各條數(shù)據(jù)通過特定的公式將轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)效率比、能耗比、產(chǎn)能等數(shù)據(jù)。還要對(duì)不同工廠、車間的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，例如各個(gè)車間的水、電、氣等能源的消耗進(jìn)行一個(gè)初步的排名。大量的能耗數(shù)據(jù)發(fā)送傳輸?shù)皆贫朔?wù)，本平臺(tái)采用循環(huán)批量的入庫(kù)方式，避免單條數(shù)據(jù)在錄入時(shí)發(fā)生大量重復(fù)利用的情況，造成數(shù)據(jù)庫(kù)的使用效率低下，即單條記錄包含企業(yè)同一條件下錄入多個(gè)能源消耗量。該方法能有效減少數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問次數(shù)，單次數(shù)據(jù)庫(kù)存入的數(shù)據(jù)量，因而大幅提升數(shù)據(jù)庫(kù)使用效率，存儲(chǔ)量。
圖4企業(yè)能耗綜合占比
4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)批量注入或客戶端手動(dòng)輸入，云端服務(wù)便使用當(dāng)前熱門的Java編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高并發(fā)請(qǐng)求和數(shù)據(jù)接收，且后端使用SpringMVC編程框架實(shí)現(xiàn)前后端分離。且采用Android實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的可視化，實(shí)現(xiàn)在手機(jī)上隨時(shí)隨地可以瀏覽查閱。企業(yè)能耗綜合占比：整合水、電、氣的特定月份占比與詳細(xì)數(shù)值，并且集合了三種能源的近六月消耗數(shù)值，如圖4所示。企業(yè)分廠用能數(shù)據(jù)：展示企業(yè)的不同分廠、車間、時(shí)間的
能耗數(shù)據(jù)和產(chǎn)能，如圖5所示。
圖5企業(yè)分廠用能數(shù)據(jù)
5Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)
（1）概述
Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺(tái)，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺(tái)。用戶僅需購(gòu)買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。
該平臺(tái)提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報(bào)警和記錄、運(yùn)維管理等功能，并支持多平臺(tái)、多語(yǔ)言、多終端數(shù)據(jù)訪問。
（2）應(yīng)用場(chǎng)所
本平臺(tái)適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運(yùn)維等領(lǐng)域。
（3）平臺(tái)結(jié)構(gòu)
（4）平臺(tái)功能
?電力集抄
電力集抄模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測(cè)'、遙信、遙控控制，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測(cè)和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè)備運(yùn)行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。
變壓器監(jiān)控
配電圖
?能耗分析
能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來(lái)，運(yùn)用*的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析與管理，實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
能耗概況
?預(yù)付費(fèi)管理
1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；
2）系統(tǒng)配置：對(duì)建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；
3）用戶管理：對(duì)商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；
4）售電管理：對(duì)已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；
5）售水管理：對(duì)已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作；
6）報(bào)表中心：提供售電、售水財(cái)務(wù)報(bào)表、用能報(bào)表、報(bào)警報(bào)表等查詢，本系統(tǒng)所有的報(bào)表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。
預(yù)付費(fèi)看板
?充電樁管理
通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營(yíng)的所有功能，包括城市級(jí)大屏、交易管理、財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。
?智能照明
智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，也可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)策略配置及后臺(tái)遠(yuǎn)程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。
監(jiān)控頁(yè)面
?安全用電
安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測(cè)器，對(duì)引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計(jì)分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實(shí)現(xiàn)排查和治理，達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實(shí)現(xiàn)“防患于未然”的目的。
?智慧消防
通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。補(bǔ)充原先針對(duì)“九小場(chǎng)所”和?；飞a(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細(xì)化”的實(shí)際需求。
（5）系統(tǒng)硬件配置
6.結(jié)語(yǔ)
對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，從制造過程中的副產(chǎn)品變成備受企業(yè)關(guān)注的戰(zhàn)略資源，所以本平臺(tái)對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)收集分析并應(yīng)用，使數(shù)據(jù)發(fā)揮它的價(jià)值。首先給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，包括擬采用的數(shù)據(jù)采集與發(fā)送，數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；最后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，充分利用工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，構(gòu)建出一套包含數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)顯示的完整系統(tǒng)。從目前初步測(cè)試表明，本平臺(tái)運(yùn)行流暢、性能穩(wěn)定，充分貼合實(shí)際應(yīng)用。
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