浅谈企业用电设备能耗分析系统的设计与实现
时间：2023-08-15 阅读：305
摘要：企业在生产过程中需要大量的能源消耗，而大量的消耗数据得不到充分的利用，从而导致企业定位不到具体的问题，将导致生产效率提升减缓。本文设计一套能耗分析系统，能够对生产过程中的数据进行分析挖掘，并对其数据进行分析和可视化展示，实时监控和预测企业的能耗情况，提升对行业及区域工业发展的掌控能力。
关键词：企业能耗管理，物联网云平台，能耗分析，电能质量分析，用电管理
1引言
当今工业的快速发展，与数据的发掘已经密不可分。自发展以来，工业生产过程中产生的数据已成为企业的战略资源。如何充分有效的利用生产过程的数据变得重要，传统的能耗记录需要大量的人工去抄写大量的设备数据，大量的设备与数据难免会出现人工的误差，还需要支付工人薪水，增加企业运营成本。同样这些数据抄写的周期也变得尤为重要，有可能做不到及时的上报，从而延缓整体数据的分析，企业就找不到对应的问题，提升就会变的尤为缓慢。生产过程中产生的数据如何能得到充分的利用就变得尤为的重要。
随着信息时代的发展，人工智能、物联网、工业互联网等新兴技术的迅速崛起，这些新兴技术已经在迅速推动工业生产的发展，为提升工业生产过程中能耗数据的利用率，设计了一套企业设备能耗分析系统。实现企业实时、随地可以监测设备生产中产生的数据，整个系统具备一套完整的操作，从设备端到用户端的处理，实现减少人工操作、降低人为误差、记录周期等问题，从而提升企业的生产效率，加快企业的发展。
2019年10月日报发表《中国工业70年发展与战略演进》，其中讲到对新技术的应用，将成为决定国家力量对比的关键因素，也是影响和决定工业发展的根本动力。企业设备能耗分析系统将助力企业的发展。
2总体方案
2.1系统架构
企业设备能耗分析系统一共有四层，分别是设备传感层、网络传输层、物联网平台层和数据观察层。系统结构如图1所示。
图1 企业设备能耗分析系统总体结构图
(1)设备传感层
当时设备打开并运行时，设备传感层与设备相连接，负责监测设备的资源用量，比如水、电、气等。实时记录，增量记录，记录默认存储在设备中，在上传到云端后自行删除。
(2)网络传输层
该层在工业设备工作后，利用内置的网络设备，建立设备与物联网平台的数据传输。工业设备的生产数据通过内置的网络设备，发送到物联网平台。
(3)物联网平台层
该层部署在云服务器，与设备的内置网络设备相连接，提供设备的注册、接入，数据的采集、存储功能，用户需要通过身份验证才能进入，对设备进行操作，物联网平台层实现对数据的接收、处理、转发和备份。服务器实现对数据的转化和存入数据库。
(4)数据观察层
数据观察层直接部署在服务器上，工业生产中产生的数据存储在服务器的数据库当中，监测用户查询的数据同样来源于数据库，通过浏览手机上的企业设备能耗分析系统，来实施观测转化过后的数据。对比于直接的能源消耗数据，转化过后的数据，变得更为直观，易于操作。
2.2系统功能模块
(1)数据管理
为充分保障数据传输过程中的数据的安全性、数据的完整性。针对非本企业员工或其他不明用户人员在数据传输的过程中被不法拦截、恶意捕捉、恶意篡改。故采用特定的网络传输方式对数据进行传输，确保了数据的安全。云端服务在完整的接收完所有数据，再对收到的数据进行解析录入。整个过程中能够始终保障数据的安全性，有效保证数据的完整性，且能够很好保护企业的隐私。
(2)用户管理
企业设备能耗分析系统具有完整的用户管理功能，用户角色包含操作人员、管理人员、普通用户，针对不同的使用用户，给予不同的操作权限。操作人员负责管理数据，对数据进行录入修改，管理人员负责发放企业账号，对普通用户进行操作管理，普通用户只能进行简单的查看浏览。各级用户的权限可由系统的管理员进行分配修改。
图2平台功能模块图
(3)查询管理
实时监测功能是指，用户可以随时随地对工业设备的数据进行查询。用户能够实时了解到各个设备的能源消耗，平台支持可视化，使数据变的简单易懂，一改传统手动统计。并且采用图例展示，更为直观的反应数据。使基础数据变的不会复杂，相对于传统的文本统计，数据的可视化，图形化就显得尤为的重要、便捷。
为了用户查询更为简便，平台会在给予提示的基础上，让用户想要查询的数据变的简单。当用户发送数据到云端服务器，云端就将会对数据进行处理，判断查询条件，当查询条件满足系统设定的范围内，即可查询，反之需要重新编辑。查询管理如图3所示。
图3查询处理逻辑流程
3系统设计
3.1数据采集与发送
目前数据需要数据库直接导入或客户端手动输入。需要直接测量工业设备消耗的资源，比如水、电、气等消耗数值。需操作员登陆数据库进行录入和修改，批量数据推荐数据库直接导入，少量数据可选择在平台中直接录入，同时可在平台中修改部分存有误差的数据。由于前期环境，在后续的开发中，拟采用传感器直接录入到云端的数据存储，其行为减少人为直接操控数据库，从而降低人工成本。
3.2数据接收与存储
云端服务接收来自操作员上传的数据，并将数据整理存储在云端，从而提升数据的安全性，然后将数据整理分类，存储在云端的数据库当中。各条数据通过特定的公式将转化成生产效率比、能耗比、产能等数据。还要对不同工厂、车间的数据进行比较，例如各个车间的水、电、气等能源的消耗进行一个初步的排名。大量的能耗数据发送传输到云端服务，本平台采用循环批量的入库方式，避免单条数据在录入时发生大量重复利用的情况，造成数据库的使用效率低下，即单条记录包含企业同一条件下录入多个能源消耗量。该方法能有效减少数据库的访问次数，单次数据库存入的数据量，因而大幅提升数据库使用效率，存储量。
图4企业能耗综合占比
4系统实现
系统采用数据库批量注入或客户端手动输入，云端服务便使用当前热门的Java编程语言来实现数据的高并发请求和数据接收，且后端使用SpringMVC编程框架实现前后端分离。且采用Android实现能耗数据的可视化，实现在手机上随时随地可以浏览查阅。企业能耗综合占比：整合水、电、气的特定月份占比与详细数值，并且集合了三种能源的近六月消耗数值，如图4所示。企业分厂用能数据：展示企业的不同分厂、车间、时间的
能耗数据和产能，如图5所示。
图5企业分厂用能数据
5Acrel-EIOT能源物联网云平台
（1）概述
Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。
该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。
（2）应用场所
本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。
（3）平台结构
（4）平台功能
电力集抄
电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。
变压器监控
配电图
能耗分析
能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用*的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。
能耗概况
预付费管理
1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；
2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；
3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；
4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；
5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；
6）报表中心：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。
预付费看板
充电桩管理
通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。
智能照明
智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。
监控页面
安全用电
安全用电采用自主研发的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器，对引发电气火灾的主要因素（导线温度、电流和剩余电流）进行不间断的数据跟踪与统计分析，并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员，指导企业实现排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。
智慧消防
通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。补充原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。
（5）系统硬件配置
6.结语
对于工业生产中产生的数据，从制造过程中的副产品变成备受企业关注的战略资源，所以本平台对于企业生产过程中产生的数据收集分析并应用，使数据发挥它的价值。首先给出系统设计的细节，包括拟采用的数据采集与发送，数据接收和数据存储；最后实现系统，充分利用工业生产应用，构建出一套包含数据采集、传输、存储和数据显示的完整系统。从目前初步测试表明，本平台运行流畅、性能稳定，充分贴合实际应用。