基于物聯(lián)網(wǎng)技術的能耗企業(yè)節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)研究

楊 磊（山東科技職業(yè)學院，山東 濰坊 261053）

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的能耗企業(yè)節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)研究

楊 磊
（山東科技職業(yè)學院，山東 濰坊 261053）

節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)是以計量技術手段為基礎，結合物聯(lián)網(wǎng)技術，在保證用能單位能源計量結果準確可靠的同時，建立對重點耗能企業(yè)的能源數(shù)據(jù)采集、分析和監(jiān)管，對重點耗能企業(yè)的水、電等主要能源的能耗計量數(shù)據(jù)進行實時采集、綜合分析和有效應用，為政府實施能源管理及單位GDP能耗統(tǒng)計、節(jié)能減排目標考核評價提供科學、準確、權威的能源數(shù)據(jù)，為城市能源管理和用能單位節(jié)能減排工作發(fā)揮重要作用。

能耗監(jiān)測；企業(yè)節(jié)能；物聯(lián)網(wǎng)技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.064

0　前言

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的能耗企業(yè)節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)主要應用與大型節(jié)能工程中，如中央空調(diào)機組、大型建筑物、高耗能企業(yè)等，主要用于重要參數(shù)的監(jiān)測和節(jié)能量的計量，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的布線方式，更加方便的獲取節(jié)能信息。節(jié)能監(jiān)測主要指根據(jù)我們國家能源相關的法規(guī)和標準，來對用能單位的能源使用狀況進行測試和評價。節(jié)能監(jiān)測是由政府授權的節(jié)能監(jiān)測機構經(jīng)能源行政主管部門委托進行的執(zhí)法活動。本項目的目的就是設計一種基于物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)能耗監(jiān)測系統(tǒng)。

1　研究現(xiàn)狀

企業(yè)節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)主要難點在于無線傳感系統(tǒng)，國內(nèi)外都開展了相關領域的研究，但仍處在性能仿真和小規(guī)模實驗階段。目前在國內(nèi)外研究節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)主要有以下幾種：

（1）采用RS485接口的儀表。該方式主要通過傳感器采集參數(shù)，采用有線的方式通過變送器傳送到到儀表來顯示參數(shù)并計算出能耗值，這種方式系統(tǒng)布線受到空間的限制，而且系統(tǒng)維護麻煩，擴展性較差，不利于舊系統(tǒng)的改造。

（2）采用PLC+工控機。通過PLC接收傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過PLC技術出能耗數(shù)值，傳到上位機進行顯示，這種方式性能穩(wěn)定，但人采用布線的方式，PLC的通用性和開放性還有待提高。

（3）采用無線通信技術。從目前幾種無線通信技術來看，耗費資源較多，成本較高，也比較復雜。藍牙使得短距離無線通信成為可能，但協(xié)議復雜、成本較高，目前還難以在工業(yè)控制上推廣使用。

2　系統(tǒng)設計

無線傳感器網(wǎng)絡對帶寬要求不高，但需要較低的功耗，以便能使無線傳感器網(wǎng)絡中的設備使用時間更長，同時考慮低成本的要求。本系統(tǒng)采用一種低復雜度、低功耗、低成本、低速率的短距離無線通信技術—ZigBee技術。該技術主要為低速率傳感器網(wǎng)絡而提出，能夠滿足小型、低成本設備的無線網(wǎng)要求，能廣泛地應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

2.1功能設計

能源計量是科學管理的重要基礎工作，能源計量管理是指配備和用好計量器具，保證儀器、儀表安全運行，準確、完整、及時地提供各種有關能源數(shù)據(jù)。 企業(yè)能耗監(jiān)測系統(tǒng)主要功能如下：

（1）數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)可準確可靠的采集電表、能量表、水表等的數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)軟件將采集的數(shù)據(jù)進行處理和加工，包括：公式計算、數(shù)據(jù)換算、分時段統(tǒng)計、數(shù)據(jù)存儲管理和越限值判斷等功能；計劃管理功能、計算超欠值和超欠率并產(chǎn)生超欠報警；數(shù)據(jù)存儲備份和瀏覽查看功能。

（3）實時監(jiān)測和報警。能實時采集監(jiān)測能量表數(shù)據(jù)，并提供全方位報警功能。

（4）計量自動化。系統(tǒng)自動將各種計量儀表（水、電表，能量表）、采集設備的監(jiān)測以及計量數(shù)據(jù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)自動傳遞給計算機系統(tǒng)。

（5）統(tǒng)計分析。各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析功能，可分班、日、月、季、年統(tǒng)計，并顯示分析結果。

（6）報表管理。系統(tǒng)提供自定義報表功能，也提供Excel格式的電子表格輸出功能，對人工修改的內(nèi)容加以標識。

2.2結構設計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的能耗企業(yè)節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)主要有節(jié)能參數(shù)監(jiān)測和節(jié)能量計量等功能，包括：傳感器、zigbee無線通信節(jié)點、多節(jié)點協(xié)調(diào)器、上位機部分。在采用zigbee無線通信技術上，充分參考各個行業(yè)能耗分析技術，形成一個完整的系統(tǒng)。

能耗計量監(jiān)測系統(tǒng)由軟、硬件兩部分組成，其中：硬件主要由各種計量表、能耗數(shù)據(jù)采集器、zigbee無線節(jié)點模塊、數(shù)據(jù)服務器等其他計量和網(wǎng)絡設備構成；系統(tǒng)軟件是監(jiān)控主站軟件，軟件功能包括參數(shù)設置、數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)報表等模塊。

（1）數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器是在一個區(qū)域內(nèi)進行電能和其它能耗信息采集的設備，它通過信道對范圍內(nèi)的各類表計的信息進行采集、處理和存儲，并通過遠程信道與數(shù)據(jù)中心交換數(shù)據(jù)。

（2）系統(tǒng)的軟件架構。① 數(shù)據(jù)采集器的軟件設計。數(shù)據(jù)采集器采用輪詢方式對各個節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集，從而可以避免由于多路數(shù)據(jù)同時傳輸而引起的通信混亂，確保采集數(shù)據(jù)的準確性。采用被動輪詢方式，對節(jié)點逐個發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，相應節(jié)點接收到命令后開始采集命令并上傳數(shù)據(jù)。② 監(jiān)測主站軟件功能。能耗計量監(jiān)測主站主要實現(xiàn)分項能耗數(shù)據(jù)采集、存儲、分析，并實現(xiàn)用能對比、實時報警等功能。

2.3系統(tǒng)特點

（1）能耗數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和報警。定時采集參數(shù)并上傳，用戶可實時查詢能耗，能夠全面監(jiān)測能耗，通過程序控制達到最佳運行狀態(tài)，達到良好的節(jié)能效果。用戶可以設定不同的報警上限值，系統(tǒng)會自動根據(jù)數(shù)據(jù)庫分析出能耗情況，發(fā)出報警信息

（2）能夠直接顯示節(jié)能量，方便用戶和節(jié)能監(jiān)察部門掌握節(jié)能效果，為能耗決策提供依據(jù)。

（3）采用zigbee技術，大量減少了布線的工作量，特別對于不方便布線的地方，起到不可替代的作用；網(wǎng)絡擴展性強，方便維護。

（4）zigbee采用碰撞避免機制，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突，保證了各個節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)信息的高可靠性。

（5）zigBee網(wǎng)絡使數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理變得更加容易，便于整合數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在線節(jié)能和及時節(jié)能改造。

3　結束語

采用ZigBee無線網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，使得數(shù)據(jù)傳輸更加方便、易實現(xiàn)、能有效提高能耗計量監(jiān)測系統(tǒng)的搭建效率，大大降低了系統(tǒng)的改造費用，更加適應現(xiàn)場應用需求，能真正達到節(jié)能增效的目的。

［1］馮西安.能耗監(jiān)測系統(tǒng)及分項計量技術的應用與研究［J］.電子技術與軟件工程，2016（07）.

［2］林志明，黃興，張珂.建筑能耗監(jiān)測平臺構建及實現(xiàn)技術研究［J］.節(jié)能，2014（01）.

［3］鄭平.基于能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建筑用電分析及節(jié)能探討［J］.機電技術，2013（01）.

楊磊（1982-），男，本科，講師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術。