物联网在节能领域的应用--海天驱动提出《工业物联网能源可视化管理系统》解决方案
【摘要】随着物联网技术的发展，基于物联网的信息化建设逐渐应用到生活的各个领域，节能减排也逐渐走向信息化管理，将物联网技术应用到企业能耗管理中，通过物联网的智能感知、远程管理控制等特性，可使能耗管理系统成为一个统一的可视化管理网络。本文介绍了由本公司自主研发的能源可视化管理系统在工业节能领域的应用，基于云服务的数据平台能随时随地为企业能耗决策提供数据支持，通过对设备状态及实时能耗的监测，可对异常能耗进行及时预警，基于大数据的多样化能耗分析报告能有效帮助企业达成降低能耗、增加收益的目标。
【关键字】节能 能源可视化 工业物联网
大数据分析
1 行业背景及政策形势
继十三五提倡绿色能源以来，政府对企业“节能减排”的绿色环保要求显著提高，工业用电管控、资源利用率方面有着巨大的提升潜力和空间，是实施“绿色制造工程”的大势所趋。在国际工业发展进程中，智能设备与工业的结合为节能提供了精细化管理和深入挖潜的可能，利用工业能源大数据进行能源诊断、改造和提升是未来工业节能的重要方向。通过信息技术、物联网技术、数值模拟、智能体等对工艺流程及能源消耗进行优化，提高组织效率，是节能技术的重要突破点。对于工厂而言，产线、设备等是最主要的用电项目，但这些项目分布分散、用电数据庞杂、人工监控不仅危险且难以准确统计。这些问题常常会对工厂在节能减排的效率造成极大滞后，增加其日常运营成本。
2 基于物联网的能源可视化解决方案
2.1 概述
海天驱动专门面向有能源管理和节能减排需求的工厂推出可视化能源管理系统。该系统由基于STM架构多串口数据采集终端HT-DTU和海天驱动自主研发的能源可视化管理平台组成，作为各个项目中的能源服务器。用户可将该能源服务器配置在楼层、产线、车间或设备等的需要进行电力数据收集处的配电箱中。通过RS-485接口连接电表，采集电表内电流、电压等数据，传输至云端进行数据分析，实现不同区域电流、电压的可视化管理。平台软件界面操作简单，功能全面、实现数据采集、数据存储、数据可视化、数据分析和控制输出功能。
2.2 结构
2.2.1 网络拓扑图
2.2.2 终端采集设备
采用高性能智能电表作为终端采集设备，可实时精准采集多项能耗指标，高速处理性能为高频采样提供了支持。
2.2.3 数据传输单元（DTU）
随着网络信息化的不断发展，GPRS 产品在数据传输领域的应用日益广泛，基于提供一种简便实用的GPRS网络等通讯解决方案的需求。内置无线核心模块，提供RS-232 /RS-485 /RS-422 /TTL 标准接口，内嵌TCP/IP协议，解决了用户在使用普通模块时无TCP/IP协议栈而需在客户机系统嵌入TCP/IP的局限性，利用可靠的2G网络实现数据信息的透明传输。适用于使用串口通讯的单片机数据采集传输系统、PLC或RTU以及工控机等，它可以使客户原有的有线串口设备无须改动立即变为无线网络通讯设备,减少了系统更新的投入。
2.2.4 云计算中心
提供海天云技术中心提供计算和数据支持，通过资源集约化实现的动态资源调配，可以实时根据企业的数据量和计算量实现弹性资源扩展和快速调度，也可根据企业特殊需要进行传统IDC单独部署。
2.2.5 能源可视化管理平台
海天驱动HI物联云平台是海天驱动专为工业物联网打造的SCADA物联网服务平台，为工业制造型企业、物联网开发公司以及融资租赁公司提供基于物联网的设备管理，为用户提供集监控、预警、大数据统计分析于一体的综合性解决方案。
基于Hi物联云平台的电量管理模块为企业提供功能多样、直观、易操作的能源可视化管理平台。
2.3 特点
(1) 多终端远程监控
支持多终端远程监控，企业的不同能源管理部门可以随时随地在网页端、PC端及移动端进行数据监测，实时查看现场所需能源的运营状态，规范数据管理。
(2) 精简部署方式
广泛适配的采集终端和简单的配置过程为系统提供了快速接入能力。单个DTU支持一带多接入方式，增加监控对象只需简单的设置即可，同时DTU具有远程固件升级功能，方便了系统的后续扩展升级。
(3) 安全数据管理
先进的服务器加密技术、简单的网络拓扑结构及各功能模块的冗余复用方式使得系统运行更加安全可靠，对于不同的管理职能提供了不同的管理权限，前后端的多重验证保证了数据操作的安全性。
(3) 高实时精准数据采集
系统拥有高性能的硬件基础，稳定高效的通讯方式，服务器使用集群技术，配合高效边缘计算算法为企业提供高实时性的精准数据采集。
(4) 能耗多维统计
根据能源监控与分析的需要，能源可视化管理平台能耗数据统计维度分为：时间、设备资源、量纲。时间维度按照“年度、月份、日、小时、分钟、实时”进行分层组织。设备资源维度按照“制造公司、使用公司、产品、分组、设备”进行分层组织。量纲维度则根据数据应用分为正向有功电能、正向无功电能、视在功率、功率因数、单元能耗、预计电费等，企业也可根据需要增加监控的量纲量。
(5) 智能可视化呈现方式
系统依托现代信息和网络技术，通过对耗能设备地理信息、状态信息资源的有序整合，实现多维的集中扁平化的动态监控和数字化管理，灵活地生成纵向和横向对比报告，可定制的能耗报告可为企业实时监控重要的统计数据，智能分析能耗状况，从而使能源可视化管理平台的展示更加直观和智能化，帮助企业改进和优化能源平衡，有效对企业能源的消耗进行全方位的监管与考核，供决策人员更加方便快捷的进行科学评估、综合分析。
(6)阈值报警机制
可定制的报警机制可为企业实时监控重点阈值并自动上报报警信息，在能源系统异常和事故时，有利于及时调度，快速和准确地处置，把能源系统故障所造成的影响控制在最低限度，确保能源系统稳定运行。也能够进行数据汇总和计算分析，对能源消耗计量数据进行汇总，并按照系统设定各种能耗定额指标，生成对比分析图表，超过指标系统立即报警提示。通过报警提示，企业能够及时发现能源浪费现象和能源消耗异常情况，及时进行纠正与改进，及时有效控制。
3 未来展望
工业4.0是一个漫长的过程，就像中国的发展一样,坚实的基础建设,才能逐步走向规划中，那美好的明天。本系统致力于为工业领域提供普适化的能源可视化解决方案，在响应国家绿色节能号召的同时，为企业提升效益。有了可视以及量化的数据，我们可以实现数字化工厂、互联网工厂、精益生产、节能改造等工业4.0的发展需求。
在实际应用的过程中我们也发现存在的一些问题，比如在极端环境下的数据断线恢复问题，复杂边缘计算的效率问题等，这些都将在日后的升级中解决，同时我们也正在研发更加完备的功能和更加人性化的交互方式。通过前端数据采集的积累，也将形成更加完备的中心大数据应用分析平台，为企业提供能耗预测、最优调配、能效评估、成本分析、自动节能等更加智能便利的功能。
