工业企业能耗监控系统：物联网技术助力节能减排与智能化管理

摘要：针对工业制造企业能耗高、污染高的问题，提出工业企业能耗监测多级网络系统。该系统可以完成企业内部的电力、水资源、燃气等能源消耗的智能监测，并将监测结果存储在Web服务器和后端数据库中，并显示在前端用户交互面板上，实现对企业能源消耗进行系统监控和管理。目标。

关键词：物联网（IoT）；工业企业；能源消耗监测。

0. 简介

将无线或有线传感装置、网络通信技术、数据处理技术等物联网技术应用于工业企业能耗监测系统建设中，可以通过不同用能设备的工作状态等指标构建企业能耗情况和实时能源消耗。监控系统，开发企业能耗监控和节能管理的系统化解决方案，监控能耗数据采集、数据信息处理和实时能耗反馈。因此，基于物联网感知层、控制层、网络层、应用层的多层系统架构，加强能耗数据感知采集、统计分析、监测结果展示，实现实时监测基于关系模型的工业企业能源消耗状况研究，问题处理的目标。

1、公共建筑能耗分析

1 工业制造企业能耗监测物联网关键技术

1.1环境信息传感设备

目前，工业制造企业用于能耗监测的传感设备包括功率传感器、温度传感器、ESR气体传感器、温度隔离变送器和水位计等，用于感知、采集、处理和分析多源环境信息。射频识别（RFID）技术常通过电子标签记录各种环境信息，能够自动、准确地识别供电状态信息和设备维护操作信息。系统开启后，可以实时监测并记录相关环境信息，并及时传回后台进行处理。

1.2 网络通信技术

在工业制造企业的能耗监测过程中，通常采用无线网络通信技术、CC1100无线接收模块、全球移动通信系统（GSM）模块来感知和传输物联网环境信息。 ，形成节点之间的数据通信和资源共享。目前用于外部环境能耗监测的网络通信技术包括NSA/SA通信技术和窄带物联网（NB-IoT）。 NSA/SA是常见的5G网络通信技术和双模通信模式。上行支持256正交调幅（QAM）和HPUE，下行支持探测参考信号（SRS），可满足不同场景下的物联网数据传输需求。 NB-IoT是一种小空间内的无线移动通信网络。主要依托5G移动蜂窝网络，部署在企业不同的生产设备中，包括网络上/下行基带信号和独立载波的部署，从而保证网络数据信息的传输和智能业务分发的控制。

1.3 数据处理技术

物联网能耗监测系统和传感器设备用于接收网络数据信息，这些信息通常传输到多个网络节点进行处理。用于数据处理控制的网络节点主要分为互联网信息物理系统（CPS）节点、主动CPS节点和被动CPS节点。其中，互联网CPS节点可以对海量网络数据信息进行能量消耗。监测数据计算与分析。主/被动CPS节点通过多个节点之间的连接构建物联网系统的信息控制中心，用于处理和存储少量的能耗监测数据信息。这样就可以完成简单能耗数据的处理，而无需发送到核心处理器。

2、物联网传感与传输技术框架结构

建议构建工业企业数据采集、处理、传输、存储和共享的多层次结构。因此，依靠智能传感器设备、网络通信协议、网关服务器、后台数据库等软硬件以及其他可扩展组件，可以完成物联网网络系统的组网，以及工业能源消耗的数据信息可以自动收集、整理、保存。目前，物联网技术的框架包括感知层、网络层、控制层和应用层。

网络层和控制层是物联网能耗监测系统的重要组成部分。其中，网络层包括网络通信协议、网关服务器、以太网卡、无线通信模块和控制输出接口结构，主要用于建立控制层和应用层之间的网络连接。采用物理层通信协议来控制数据采集，但难以保证数据传输和处理的安全性。数据链路层协议通过引入多个网络节点的数据处理技术，可以控制和复制物理通道的传输和使用，并读取、写入和分析加载的数据信息。控制层属于感知层和网络层的中间层。通常通过多功能电表、智能水表、燃气表以及多种设备控制器传输网络传感器采集的各种能耗信息，实现传感器采集信息的传输。设备状态信息、能耗监测指令、能耗信息存储与调用等功能控制，网络层返回的能耗数据信息存储在后台数据库中。

3、基于物联网技术的工业企业能耗监测系统设计

3.1工业企业能耗分析

工业制造企业在日常生产经营中通常使用水、煤、电、气等能源。煤炭和电力是工业生产和制造业消耗最多的能源，但煤炭的利用效率仅为55%~70%。环境污染严重，煤炭能源消耗近年来大幅下降。特别是工业企业的电机驱动过程，通常要经过热处理、切割、成型、干燥、粘接、装配等工序，并涉及能耗的分配、测量和监控等控制环节。

3.2 工业企业能耗监测系统结构

基于物联网技术的工业企业能耗监控系统是一个独立的、分布式的监控管理系统平台。通常采用浏览器/服务器（B/S）架构和JavaScript脚本语言来建立综合能耗监测和数据库管理控制的平台。

首先，依托物联网系统的感知层包括红外探测器、温湿度传感器、压力传感器、流量计、RFID智能识别卡等环境信息监测设备，以及多场景的内部控制设备。功能电表、智能水表、燃气表。相关人员检测采集企业内部的环境信息和不同运行设备的能耗信息，智能识别水、煤、电、气的能耗情况，采用网络通讯协议、红外通讯协议、RS485通讯模块和GSM通讯模块，网关服务器上传到系统后台数据库进行处理。其次，灯具、空调、风扇、切削车床等设备控制器参与能耗网关控制和节能管理。具体设备控制器进行网络层和感知层命令的传输控制，包括网络层命令下发和感知。层命令上传。最后，利用NSA/SA通信技术、NB-IoT组网技术、传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）、RS485无线通信模块、433M通信模块、GSM通信模块自组织网络，从而实现网络的开通和可设置多台生产设备的关闭时间，实时监控和远程控制企业的能耗状况，实现智能系统的节能目标。

4、基于物联网技术实现工业企业系统能耗监控管理功能

目前，工业企业能耗监测系统依靠B/S架构、JavaScript脚本语言、无线通信协议、RS485总线、网络计算机、数据库服务器、平台服务器和用户客户端来搭建数据采集、能耗监控、节能管理及系统 管理模块可在各区域独立监控子系统的带领下，进行企业系统管理环境状态监测、能耗监测、产能分析、设备控制、节能管理等功能操作。

4.1 系统管理功能

工业企业能耗监控系统的基础管理设置主要围绕用户访问、操作权限、设备配置、网元调试等服务功能，构建系统基础信息配置、人员及运行管理等监控模块。

4.1.1 用户管理

为了保证外部用户访问的安全，对于用户注册、登录、信息访问和调用的操作过程，采用Segment token数据表和token范围登录信息验证机制，由后端服务器进行用户名和密码验证并生成信息数据，用于用户应用程序编程接口（ApplicationProgrammingInterface，API）请求调用和令牌认证。

4.1.2 网络保护和网元权限管理

工业企业生产操作的权限管理包括网络权限、网元权限、功能权限等权限控制要素。在物联网能耗监测系统的管理过程中，首先应采集通信网络的相关设备状态信息，包括交换机、路由器、传输设备等运行状态信息，并对现有网络配置、设备异常或故障进行监控实时。这里基本上是通过远程发送指令来进行网络传输通道设置、设备修改或删除等重新配置。

4.1.3 耗能设备及视频管理

基于不同物联网传感器采集到的能耗信息，必须通过内控设备对相关文档、视频、音频数据信息进行监控和管理，如配置摄像机的焦距、焦距、亮度、颜色等信息，以及红外探测器、温湿度传感器、压力传感器、流量计、RFID智能识别卡等传感器件，完成对设备运行状态和详细参数的合理监控和管理。

4.2 能耗监控功能

工业企业能耗监测管理功能主要面向园区内煤炭系统、变配电系统、供水系统和天然气系统，包括锅炉碎浆机、精炼机、水泵、操作塔等设备。对网关服务器采集的历史能耗和实时能耗数据进行统计分析、导出和展示。能耗监测间隔设置为每次1小时。

4.2.1 煤炭能源消耗监测

基于大数据云服务器和B/S Web服务架构，采用环境传感器和智能能源监测设备，采集企业某一站点的煤耗和设备实时状态信息，并显示能耗数据、报警以及当前时间的统计数据。 ，以统计表、条形图、饼图等形式展示能耗信息，获取设备在一定时间内的能耗值。

4.2.2 功耗监控

企业生产经营中的用电监控主要是对厂内不同回路，包括变压器、变电站、配电站等装置的电能消耗状况进行采集、统计和记录，并显示和记录故障自动报警及故障问题。日志数据实现了变配电系统的实时监测和控制功能。

4.2.3 供水能耗监测

供水监控系统通常有两个配水池，为企业提供生产恒压供水和消防喷淋供水。这种情况下，供水干管进入厂区后可分为两路，分别与生产水管网和消防水管网的控制设备相连。为保证供水能耗的准确检测，可在配水池和主供水管道上同时安装水位计、流量计、压力表等供水监测装置，对水位、用水量进行监测。实时测量计量池内的供水压力和供水流量。

4.2.4 天然气能耗监测

工业企业内有多处热源和隔压站。为了统计各监测点的天然气能耗数据，通常采用集散控制系统（DCS）热网监控系统，根据天然气的产量和热耗，对天然气的瞬时流量、累计流量和输送压力进行监测。天然气。等待数据信息。通过在一定时间内启动和停止生产设备，利用天然气门站计量装置观察传感器、阀门执行器和终端设备的参数变化，产生实时天然气流量和压力回传到后台数据库，多设备燃气整合使用状态数据并分类存储，最大程度保证能源消耗供需规划和供需分配的合理性。

4.3 容量和节能管理功能

工业企业根据每台机器的生产班次和班次能力，采集、统计、录入和分析产能信息。管理人员接到生产工作后参与，统计各班次的产能信息，生成能耗与产量统计对照表，获得企业一定时间内的产能趋势图和能耗变化趋势图一段时间内，依次录入上述产能和能耗数据信息，以反映企业各产出生产班次的能源效率。

5、AcrelCloud-5000 Acrel能源管理系统解决方案

为贯彻落实国发〔2007〕15号精神，住房和城乡建设部印发《关于印发国家办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设技术导则的通知》（建科[2008]114号）组织编制了《国家办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统》系列技术导则和验收标准。该指南统一了能源消费数据的分类、分项方法和编码规则，实现了分项能源消费数据的实时采集、准确传输、科学处理和有效存储。我公司AcrelCloud-5000能耗监测系统严格按照指南要求开发，满足指南要求的所有技术要求。

六、系统架构

计量层：主要安装各类计量仪表（电表、水表、燃气表、冷热量表等）；支持RS485、LORA、4G直传等方式。

传输层：传输层的核心是采用ANet系列网关；其主要特点是支持断点续传、多种协议转换、保密数据传输。

服务层：能耗系统的中心，主要用于接收网关或4G终端传输的数据，存储数据，并提供数据接口供用户访问。

显示层：主要为用户提供访问平台数据的功能，支持跨平台访问。用户可以通过PC浏览器和手机APP随时了解项目能耗情况。

七、系统主要功能介绍

7.1 综合仪表板

包含GIS地图，可以显示所有建筑物的分布。本周和上周建筑能耗的增减分别用红色和蓝色图表表示。平台可根据单位面积能耗和折算后的综合能耗显示当前平台前10名的建筑信息。平台可以显示平台接入的仪表数量、平台接入的建筑物总面积、平台接入的建筑物上个月的总能耗等。同时，该页面还显示显示不同维度数据的大数据分析结果。

7.2 单体建筑能耗对比分析

单栋建筑能耗主要分析单栋建筑分类分项的能耗数据。分类子项是按照平台的标准和要求严格划分的，如图左侧的树形结构所示。

数据可以以表格、条形图、曲线的形式进行统计显示。您可以直观地观察分类能耗与分项能耗之间的数据关联是否正常。

7.3 多栋建筑对比分析

多建筑能耗分析主要是将多个建筑的分类或分项能耗放到统一的界面中。您可以按小时、天、月或年查看所选建筑物的细分或明细数据。数据以图表或表格形式呈现。

7.4 数据异常判定

该平台访问并维护来自多个建筑物的数据。施工现场条件多种多样。为保证系统持续稳定运行以及数据的准确性和可靠性，平台增加了数据异常检查功能。经检查，数据不符合预定条件。此时及时产生报警并生成工单并发送给维护经理的邮箱。

7.5 用户报告

用户报告的主要内容包括各类别能源消耗趋势分析、对比分析、占比分析等，以及数据异常统计和订单调度等。

八、系统硬件配置

9. 结论

物联网技术作为互联网信息产业的新兴技术，通常采用外部信息传感数据采集技术，包括温度传感器、光电传感器、声音传感器、RFID射频识别等软硬件，对电能、电能和电能进行采集。涉及工业企业生产经营的其他数据。水资源、燃气等能源消耗数据。因此，对于电力、水资源、燃气等工业生产的能耗，可以通过传感器设备信息采集和标签读写来采集和处理能耗数据，并可设置多个设备控制端口，进行监控和提供向企业反馈实时能耗，满足国家对企业节能降耗的控制要求。

公司介绍

√安科瑞电气股份有限公司（股票代码：300286）成立于2003年，2012年在创业板上市，是一家为企业提供能效系统和用电安全解决方案的高科技股份制企业。公司解决方案涵盖电力、环保、新能源、消防、数据中心、智慧楼宇、智慧校园、智慧医院、智慧工厂、智慧交通、市政工程等领域。

√公司总部位于上海嘉定。具备从云平台软件到终端组件的一站式服务能力，形成“云边端”能源互联网生态圈。目前，已有20000多个系统解决方案在全国运行。在各地为企业节能降耗、实现能源数字化建设提供数据服务，具备为用户能效管理提供一站式服务的能力。公司在全国各大城市设有销售和技术支持团队，快速响应客户需求，为用户提供良好的服务体验。

√生产基地位于无锡江阴市-江苏安科瑞电器制造有限公司是安科瑞电器股份有限公司的全资子公司，采用自动化无铅生产技术，并获得国家实验室认证和认可（CNAS）产品检测中心，加上信息管理系统，为公司产品的产业化和规模化实施提供了保障。

√公司解决方案覆盖电力、新能源、环保、消防等多个领域以及数据中心、智慧医院、智慧楼宇、智慧校园、智慧工厂、智慧交通等多个行业，为用户提供安全、可靠、高效、有序的服务。用能源提供解决方案、提供数据支撑，实现“碳达峰、碳中和”。