浅谈无线物联网能耗在线监测系统的构建--安科瑞张田田

摘要：为加强能耗管理，改变人工抄表的现状，柴里煤矿利用信息化技术、网络技术、数据库实时技术，

建立了能耗在线监测平台，对能源介质的生产、输送和消耗及供能、用能设备状态进行动态监控和数字化管理，通过实施运行，实现了能源的科学调度，能损隐患及时排查，规避了用能浪费，具有较高的推广应用价值。

关键词:能耗在线；物联网；节能降耗；智慧矿山

0引言

目前柴里煤矿能耗管理仍然依靠较为传统的人工操作方式，这种方式不仅速度慢，而且极易产生

误差，同时无法对数据进行动态分析、动态预警、对标管理，只能事后控制，已经无法满足该矿自身

对能耗管理的需要。

柴里煤矿年综合能源消费量16000t标准煤，属于国家重点用能单位，耗电4725万kW•h，耗蒸

汽293478万t，耗水21.89万t，年折合价值分别达到2646万元、1681万元、32.84万元。按照国家能源战略和《节约能源法》及国家发展改革委发布的《重点用能单位节能管理办法》的要求，作为重

点用能单位，必须加强节能管理，提高能源利用效率，控制能源消费总量，促进生态文明建设。为达

到上述目标，必须积极推进能源在线系统平台建设。

1构建能耗在线监测平台的总体思路及技术

1.1总体思路

该平台利用目前比较先进的lora技术进行组网。lora是一种基于扩频技术的远距离低功耗广域网无

线传输方式，属于物联网通信技术之一，它的大特点就是低功耗、远距离，可以有效地抗击干扰并实现加密。软件开发采用Java语言进行设计，后台数据库采用Oracle存储，整个系统采用B/S架构。该平台利用物联网技术，结合自动采集、信息化管理、数据分析等现代化手段，构建适应柴里煤矿实际需要的能耗在线监测系统，并组织实施，从而逐步提升柴里煤矿能耗管理水平。

1.2流程实现及主要架构

整个系统平台划分为三个层级：层级为能效数据采集层，第二层级为网络通信层，第三层级为中心管理层。能效数据采集层是对各种用能设备进行能耗数据在线监测，包括对耗水、耗电、耗汽等信息参数进行采集。网络传输层是通过网络通信方式，将现场采集到的各类参数数据传送到数据采集服务器。中心管理层由路由器、数据库服务器、数据采集服务器、WEB服务器等设备组成。系统通过对柴里煤矿的整体用能信息处理、分析和展现，可以动态了解当前的能耗和生产情况，并客观地做出更好的能源管理决策、管理和调度，建立一种高效落实的生产能源管理体系。

1.3系统软件设计思想及技术

根据能源管理系统实时性、分布式计算，以及与其他子系统互联的要求，采用了开放分布式的设计思想，采用IEC61970CIM/CIS，面向柴里煤矿电、水、蒸汽等能源介质，对计量数据统一采集、处理、管理，并预留扩展功能，实现了基于Internet的远程维护和网上浏览功能，为矿井能源管理实现全面信息化提供一套先进的、开放的、可扩展的、可靠的管理平台，并在此平台上支持对矿井各种能源数据的分析应用。

2构建能耗在线监测平台数据采集系统

2.1硬件设施

按照用能单位能源计量器具配备和管理要求，该平台的电气计量设施设备全部采用新国网规范

的国网表，精度为0.5s级。该类型计量设备具有计量准确性高、数据格式符合国网规范等优点。用水

设施采用外夹式超声波水表，该类型水表具有不需要切割原来的管道、不会对生产生活造成停水、安

装方便快捷、计量准确等特点。蒸汽数据采用隔离器将三路输入信号一分为二，新增二次表计的方式，

该方式不会对原来表的使用造成影响。

2.2通讯与组网技术

该通信系统基于Lora技术进行组网，实现各类参数与命令的下达、数据的采集及上传，主要由通

信基站、计算机终端、集成通信模块的用户设备、具备通信功能的用户设备等组成，如图1。系统采用了分时间片的组网方式，解决了无线串口收发模块可以一发多收，不能同时多发一收的障碍。如图2，这种组网方式是先由主机发起广播时间，从机收到后，首先校对并同步本地时间，然后根据配置的编号进行陆续上传，从而实现多发一收的功能。这种组网方式收发数据节约大量时间，并且能够防止同时收发造成的系统冲突。

3构建能耗在线监测平台数据监测终端

3.1监测系统

所有电、水、蒸汽等计量设备的数据传输采用全新的基于Lora技术的无线模块来完成。该技术是

一种低功耗局域网无限标准，改变了计量设备的有线数据传输方式，每一处采集点采集到的数据汇总到lora无线模块，而后，此模块以lora协议将数据传输至服务器端的无线接收模块，接收模块再将数据送至数据集中器。该设备替代了本该在每个采集点放置的数据集中器，并且省去很多的485通讯线等辅材及潜在的施工工时，在保证数据稳定的情况下，数据质量完全达到了项目要求。该方案的实施，一是极大地降低了成本，由于本项目表计众多，位置复杂，旧表走线复杂，安装分散，无线模块在不改变旧表通讯线走线的情况下直接将数据送至服务器，可以节约大量成本；二是缩短了施工时间，确保了该项目如期完成并通过上级主管部门验收；三是极大地避免了重复施工问题和很多潜在的施工安全隐患。

3.2通信设计

本系统组网通信主要是有线485方式和无线Lora方式，通信方式为RTU，通讯协议为MODBUS，确保可以实现点对点通信和点（基站）对多（模块）通信。

4构建能耗在线监测平台信息管理系统

4.1软件功能设计

能源在线监测系统平台总体架构遵循SOA设计理念，采用多层分布式体系架构，在具体实现技术的选择上，针对本项目的功能需求，系统采用C++和JAVA混合的技术路线。其中系统的采集计算平台主要面向采集设备，对于系统的性能、实时性、稳定性和可靠性要求较高，采用C++技术实现；系统中的数据应用主要面向操作人员实现管理分析功能，对于系统的易用性、易维护性和功能的可扩展性要求较高，采用JavaEE技术实现。

4.2软件系统功能特点

4.2.1能耗在线监测系统功能

通过采集安装在现场的各种智能表计、DCS/ERP等系统提供的能耗数据、生产过程数据、设备状态数据、质量数据等，上送至系统主站中，包含电、水、汽、热等能源数据的采集和手工补录、集中器电表等设备的运行状态、越限告警、异常告警等。

4.2.2实时监测功能

可根据实际配电系统组态模拟高压系统图、低压线路图，对高压、低压回路进行实时监控，监测

电度、电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素等参数。

4.2.3能源数据的分析功能

通过对不同对象的数据及趋势曲线分析，有助于管理者了解各个能源系统的工作状态，并迅速做出决策。

4.2.4能耗报警管理功能

通过能耗分析系统智能感知，将能耗异常（用能定额超标、待机能耗、夜间常流水等）通知相关责任人。

4.2.5报表打印功能

该系统不单能够实现标准模板的打印，同时可以实现自定义数据功能。客户可以对各类报表进行自定义管理、显示，并能够实现全图形、全汉化的显示和打印功能，人机界面较好。系统采用交互式、多窗口技术，可以方便快捷进行窗口调用。

4.2.6后台管理功能

包含档案维护、权限管理、设备管理等功能。

5实施效果

能耗在线监测平台在柴里煤矿实现自动化操作以来，不仅减少人工投入，还大大提高数据的时效性和准确性，据测算，每年可节省电、汽、水抄录、汇总等人工费用90余万元。2020年综合能耗6.02kgce/t，较去年同期（8.50kgce/t）下降2.48kgce/t，能源消费量5404tce，较去年同期（6380tce）下降976tce，初步测算节能效率达15%，节约能源消耗成本70余万元。日常对水、电、蒸汽费用的消耗情况进行实时预警，有效地降低了各项成本费用的支出，合计降低557.75万元。

6Acrel-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

◆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，运用先进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。

◆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。

◆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。

7结论

该平台的构建是利用信息技术推动节能降耗,是提升企业精细化管理水平的重要举措，为企业准确把握和分析节能降耗发展趋势,科学利用能源提供技术支撑，也为政府节能管理部门掌握、分析信息、研究节能改造和制定相关政策措施提供科学的依据。该平台的构建在枣庄矿业集团公司范围内属首例，具有较高的推广、应用价值。