摘要: 針對制(zhi)造業(ye)智能(neng)(neng)制(zhi)造升級(ji)改造過(guo)程中(zhong)，設(she)(she)備電能(neng)(neng)監(jian)(jian)(jian)控(kong)管理(li)的(de)(de)需求，提出一種基于(yu)工(gong)業(ye)互聯網(wang)理(li)念的(de)(de)設(she)(she)備電能(neng)(neng)監(jian)(jian)(jian)控(kong)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)架構(gou)體系(xi)(xi)，研究系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)網(wang)絡架構(gou)以及平臺(tai)架構(gou)，進(jin)行電能(neng)(neng)監(jian)(jian)(jian)測，系(xi)(xi)統(tong)(tong)功能(neng)(neng)、系(xi)(xi)統(tong)(tong)界面(mian)的(de)(de)設(she)(she)計與(yu)開發(fa)。該系(xi)(xi)統(tong)(tong)采用(yong)智能(neng)(neng)電表監(jian)(jian)(jian)測設(she)(she)備的(de)(de)電能(neng)(neng)參(can)數(shu)，通過(guo)數(shu)據(ju)采集平臺(tai)把電表的(de)(de) Modbus 協議轉換成MOTT協議，并上傳(chuan)到云平臺(tai)。在某工(gong)廠(chang)實際場景下，進(jin)行系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)安裝部署及應用(yong)，實現(xian)設(she)(she)備電能(neng)(neng)參(can)數(shu)的(de)(de)實時采集、監(jian)(jian)(jian)控(kong)與(yu)統(tong)(tong)計分析，實現(xian)該工(gong)廠(chang)的(de)(de)設(she)(she)備、產線、車間用(yong)電的(de)(de)*確計量，提高了設(she)(she)備用(yong)電統(tong)(tong)計分析效率，有效地支撐了工(gong)廠(chang)電能(neng)(neng)管理(li)、用(yong)電優化，提高機器生產效率。該系(xi)(xi)統(tong)(tong)具有建(jian)設(she)(she)成本(ben)低(di)、容易實現(xian)、運(yun)行可靠利于(yu)復制(zhi)推廣的(de)(de)優點，可以基于(yu)工(gong)業(ye)互聯網(wang)平臺(tai)積(ji)累(lei)數(shu)據(ju)，進(jin)一步挖掘分析，構(gou)建(jian)能(neng)(neng)耗優化模(mo)型，實現(xian)工(gong)廠(chang)電能(neng)(neng)的(de)(de)智能(neng)(neng)管理(li)。

關鍵詞: 電能(neng)監(jian)控；工業(ye)互聯(lian)網(wang)；電能(neng)管(guan)理；能(neng)源管(guan)理；云平(ping)(ping)臺(tai)；工業(ye)互聯(lian)網(wang)平(ping)(ping)臺(tai)

0引言

在(zai)我國的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)(hao)中，企(qi)業是(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)(de)大戶，企(qi)業能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)(hao)量占全(quan)國能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)(hao)總量的(de)(de)70%左(zuo)右。電(dian)能(neng)(neng)消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)(hao)，是(shi)企(qi)業生產(chan)的(de)(de)主(zhu)要成(cheng)本，降低用(yong)電(dian)成(cheng)本，是(shi)生產(chan)過程的(de)(de)主(zhu)要關(guan)注點之一(yi)。建設一(yi)個集中統一(yi)的(de)(de)工(gong)廠電(dian)能(neng)(neng)監(jian)控(kong)系(xi)統，已成(cheng)為近年研究的(de)(de)熱點。通過獲取機器(qi)詳細用(yong)電(dian)數據，電(dian)能(neng)(neng)監(jian)控(kong)系(xi)統可實(shi)現對生產(chan)設備(bei)(bei)電(dian)能(neng)(neng)的(de)(de)集中采集、監(jian)控(kong)、計算(suan)、分(fen)析及處理，以直觀的(de)(de)數據和圖表向管(guan)理人員或者(zhe)決策層展示(shi)設備(bei)(bei)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)(hao)情況，便于(yu)找出高(gao)耗(hao)(hao)(hao)(hao)能(neng)(neng)點和不合理的(de)(de)耗(hao)(hao)(hao)(hao)能(neng)(neng)習慣，有(you)利(li)于(yu)電(dian)能(neng)(neng)消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)(de)*確分(fen)析與優(you)(you)化(hua)，有(you)效節約(yue)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)，從而在(zai)企(qi)業能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)平衡、調度(du)與優(you)(you)化(hua)、設備(bei)(bei)運行與能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)管(guan)理等方(fang)面發揮重(zhong)要作用(yong)。

近年(nian)來工(gong)(gong)業(ye)(ye)互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)發展日趨(qu)成(cheng)(cheng)熟，它融合了(le)先進制(zhi)(zhi)造技(ji)術以(yi)及互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)、云計算、物聯(lian)(lian)網(wang)、大數據等信息技(ji)術，是(shi)一種新型的(de)網(wang)絡(luo)化制(zhi)(zhi)造服(fu)務模式，是(shi)工(gong)(gong)業(ye)(ye)互(hu)聯(lian)(lian)的(de)信息*樞，是(shi)制(zhi)(zhi)造業(ye)(ye)與互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)融合的(de)新型基(ji)礎設(she)(she)(she)(she)(she)施在智慧工(gong)(gong)廠(chang)建設(she)(she)(she)(she)(she)或企業(ye)(ye)智能(neng)制(zhi)(zhi)造升(sheng)級改造中(zhong)，工(gong)(gong)業(ye)(ye)互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)正逐(zhu)步應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)于設(she)(she)(she)(she)(she)備(bei)管理(li)(li)、生產(chan)過程控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)、供應(ying)(ying)(ying)鏈管理(li)(li)安環管理(li)(li)!3-61等環節(jie)。本文將工(gong)(gong)業(ye)(ye)互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)的(de)設(she)(she)(she)(she)(she)計理(li)(li)念應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)于設(she)(she)(she)(she)(she)備(bei)電能(neng)監控(kong)(kong)系(xi)(xi)統，研究(jiu)了(le)基(ji)于工(gong)(gong)業(ye)(ye)互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)的(de)工(gong)(gong)廠(chang)設(she)(she)(she)(she)(she)備(bei)電能(neng)監控(kong)(kong)系(xi)(xi)統的(de)架構體系(xi)(xi)，設(she)(she)(she)(she)(she)計與開發了(le)該系(xi)(xi)統，并(bing)在實(shi)際工(gong)(gong)廠(chang)中(zhong)開展應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)，實(shi)現了(le)工(gong)(gong)廠(chang)設(she)(she)(she)(she)(she)備(bei)電能(neng)的(de)實(shi)時采(cai)集監控(kong)(kong)及處(chu)理(li)(li)與分析，有效地支(zhi)撐了(le)設(she)(she)(she)(she)(she)備(bei)電能(neng)優化應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)，優化生產(chan)計劃，提高(gao)生產(chan)效率、機(ji)器(qi)效能(neng)，降低用(yong)(yong)(yong)電成(cheng)(cheng)本。

1 架構設計

1.1 網絡架構

該系統的網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)構架如圖1所(suo)示(shi)，由設(she)備(bei)監控網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)、車間局(ju)(ju)域(yu)網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)、企業(ye)(ye)(ye)(ye)級(ji)網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)組(zu)成。設(she)備(bei)監控網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)主要負責設(she)備(bei)層(ceng)級(ji)聯網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)，是指(zhi)現場總線、工業(ye)(ye)(ye)(ye)以(yi)太網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)、Loral/WiFi/5G等設(she)備(bei)層(ceng)級(ji)局(ju)(ju)域(yu)網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang);車間局(ju)(ju)域(yu)網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)一般是以(yi)太網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)、光纖(xian)(xian)通信網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)或5G專網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)構建(jian)的車間級(ji)的監控網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)；企業(ye)(ye)(ye)(ye)生(sheng)產(chan)網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)是為(wei)企業(ye)(ye)(ye)(ye)生(sheng)產(chan)與辦公設(she)計(ji)的以(yi)太網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)或光纖(xian)(xian)通信網(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)。

在(zai)*點(dian)高耗能設(she)備(bei)上(shang)安裝智能電(dian)(dian)(dian)表，在(zai)車間或(huo)產線側(ce)部(bu)署(shu)數(shu)據(ju)采集(ji)終端，采集(ji)電(dian)(dian)(dian)表中的(de)電(dian)(dian)(dian)能參數(shu)并發送至云(yun)端，云(yun)平臺接(jie)收設(she)備(bei)電(dian)(dian)(dian)能數(shu)據(ju)后，進(jin)行處理(li)、存儲與展示分析(xi)。

1.2 基于工業(ye)互聯網(wang)的系統平臺(tai)架構(gou)

基于工業互聯網架構設(she)計理念17-201設(she)計的電(dian)能監控系統平(ping)臺架構如圖(tu)2所示，分別由邊緣層(ceng)、基礎設(she)施層(ceng)(IaaS)、工業平(ping)臺層(ceng)(PaaS)、工業應用層(ceng) (SaaS) 及工業安全(quan)防護(hu)模塊(kuai)組成。

邊緣層面(mian)向工廠設備(bei)、傳(chuan)感器(qi)接(jie)入(ru)與數(shu)據采(cai)集而設計，在能源監控(kong)管理(li)系統中(zhong)，主(zhu)要負責(ze)接(jie)入(ru)各(ge)類能源消耗相關傳(chuan)感器(qi)和儀表并采(cai)集數(shu)據。

IaaS層(ceng)是虛擬化的計(ji)算(suan)、存(cun)儲、網絡基礎(chu)設施資源(yuan)可(ke)以通(tong)過(guo) OpenStack、VMware 等軟件自行(xing)搭建(jian)，或者(zhe)選用華為云、阿里云等商業云搭建(jian)。

PaaS層主(zhu)要包含(han)中間件、通用(yong)PaaS平臺、工業建(jian)模(mo)(mo)(mo)和數(shu)據分析(xi)、應用(yong)開發(fa)、工業微服務(wu)(wu)庫等模(mo)(mo)(mo)塊。其中中間件提供(gong)電(dian)表接(jie)入、數(shu)據接(jie)收、預(yu)處理及(ji)存儲服務(wu)(wu)通用(yong)PaaS平臺模(mo)(mo)(mo)塊提供(gong)基礎(chu)資源的(de)管理與(yu)運(yun)維能(neng)力(li);工業建(jian)模(mo)(mo)(mo)和數(shu)據分析(xi)模(mo)(mo)(mo)塊提供(gong)電(dian)能(neng)模(mo)(mo)(mo)型、設(she)備建(jian)模(mo)(mo)(mo)、工廠(chang)建(jian)模(mo)(mo)(mo)等的(de)建(jian)模(mo)(mo)(mo)與(yu)分析(xi)能(neng)力(li);應用(yong)開發(fa)與(yu)工業微服務(wu)(wu)庫模(mo)(mo)(mo)塊提供(gong)平臺工具支(zhi)撐系統的(de)開發(fa)、運(yun)行與(yu)管理。

SaaS層為微(wei)服務化(hua)部署的(de)(de)(de)設(she)備(bei)電(dian)能(neng)(neng)(neng)監測、產線電(dian)能(neng)(neng)(neng)監控、能(neng)(neng)(neng)耗(hao)預警、電(dian)能(neng)(neng)(neng)統(tong)計分析、電(dian)能(neng)(neng)(neng)對比分析、能(neng)(neng)(neng)耗(hao)優化(hua)分析等應(ying)用，支撐工廠電(dian)能(neng)(neng)(neng)全要素、多維(wei)度(du)的(de)(de)(de)監控實現數據驅動的(de)(de)(de)分析改善，助(zhu)力電(dian)能(neng)(neng)(neng)管(guan)理(li)優化(hua)。

2 電能監測

2.1 電能監測點

工廠(chang)中用(yong)電(dian)消耗(hao)關注點主(zhu)要為高能耗(hao)的設備、產線車間，通用(yong)輔(fu)助(zhu)設備、設施及工廠(chang)等(deng)。首先需對工廠(chang)全(quan)域進行電(dian)能監測(ce)點的統計。某工廠(chang)電(dian)能監測(ce)點統計示例如表1所(suo)示。

2.2 智能(neng)電表選擇

工廠設(she)(she)備(bei)(bei)常(chang)用(yong)380 V三相電(dian)(dian)(dian)，考慮設(she)(she)備(bei)(bei)電(dian)(dian)(dian)能監(jian)測(ce)需(xu)要高(gao)精度(du)、高(gao)質量(liang)(liang)、安(an)(an)全可(ke)靠和經濟實惠，且外形緊湊具(ju)備(bei)(bei)通信接(jie)口，易(yi)于安(an)(an)裝的(de)需(xu)求，本(ben)文選擇(ze)安(an)(an)科瑞(rui)三相電(dian)(dian)(dian)能表ACR230ELH/ACR330ELH進行設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)電(dian)(dian)(dian)能監(jian)測(ce)它是針對電(dian)(dian)(dian)力系統、工礦企業(ye)、公(gong)共(gong)設(she)(she)施等的(de)電(dian)(dian)(dian)能監(jian)控需(xu)求而設(she)(she)計的(de)，符(fu)合 Class 0.5S/Class 1精度(du)標準，具(ju)有(you)三相交(jiao)流(liu)有(you)功(gong)功(gong)率、無(wu)功(gong)功(gong)率和視在功(gong)率測(ce)量(liang)(liang)與顯示(shi)具(ju)有(you) RS485 通信接(jie)口(Modbus RTU協議)，可(ke)用(yong)于供電(dian)(dian)(dian)質量(liang)(liang)的(de)綜(zong)合監(jian)控診斷以及電(dian)(dian)(dian)能管理。

2.3 電(dian)能數據(ju)采集(ji)

首先，通過串口(kou)服務器USR-N580-H7 連接(jie)智能電(dian)表(biao)，實現(xian)RS485-以太網(wang)(wang)(wang)接(jie)口(kou)轉換，將電(dian)表(biao)接(jie)入設備監控網(wang)(wang)(wang)中。然(ran)后(hou)，采用工業網(wang)(wang)(wang)關、SCADA或數據采集(ji)軟件實現(xian)電(dian)表(biao)參(can)數的采集(ji)。由(you)于電(dian)表(biao)的通信協(xie)議(yi)為 ModbusRTU，其協(xie)議(yi)棧簡單(dan)，考(kao)慮(lv)低成本、自主(zhu)可控因素，本文利用自行開發(fa)數據采集(ji)平(ping)臺，進(jin)行設備的電(dian)能采集(ji)。

3 系統設計

3.1 系統功能設計

電能(neng)監控系(xi)統的功(gong)能(neng)框圖如圖3所示。系(xi)統主要實現(xian)數(shu)據(ju)采集與處理、系(xi)統建模、數(shu)據(ju)展示與分(fen)析、能(neng)耗(hao)預警、權限控制等功(gong)能(neng).

(1) 數據(ju)采集(ji)與(yu)處理。在各用(yong)電(dian)計(ji)量節點及(ji)重要(yao)耗電(dian)設備的(de)配電(dian)柜荃癌傲憊斑(ban)艾(ai)挨卑啊奔耙豹愛豹拆(chai)斃滁胺班苞襖(ao)奔榜苞堡報內安裝智能電(dian)表，進行電(dian)能參數的(de)監測(ce)，利用(yong)邊(bian)緣(yuan)側的(de)數據(ju)采集(ji)平臺把電(dian)能參數發(fa)送到云端(duan)，云端(duan)中間件(jian)接收電(dian)能參數數據(ju)，進行數據(ju)的(de)解析、處理與(yu)存儲。

(2)系(xi)統建模(mo)。系(xi)統建模(mo)包(bao)括工(gong)(gong)(gong)廠(chang)建模(mo)和設(she)備建模(mo)工(gong)(gong)(gong)廠(chang)建模(mo)是指根(gen)據實(shi)(shi)施規劃，進行工(gong)(gong)(gong)廠(chang)的(de)實(shi)(shi)體建模(mo)，配(pei)置好工(gong)(gong)(gong)序、車間、工(gong)(gong)(gong)廠(chang)、基地、集(ji)團(tuan)等關系(xi)，并按照管理要求構建用電成本中心;設(she)備建模(mo)是指創(chuang)建設(she)備類(lei)型設(she)備屬性、設(she)備配(pei)置，并實(shi)(shi)例化現場設(she)備，包(bao)括:智能儀表、車間配(pei)電柜、網絡(luo)設(she)備等。

(3) 數(shu)(shu)據(ju)展示與(yu)分析(xi)(xi)。能源圖表以所建模(mo)型為原型將相關點設(she)備數(shu)(shu)據(ju)及實(shi)時電(dian)(dian)能參數(shu)(shu)在模(mo)型上(shang)打點，顯示實(shi)時采(cai)集數(shu)(shu)據(ju)值(zhi)和電(dian)(dian)能流(liu)向，并(bing)以顏色差異提(ti)供初步狀態提(ti)示，能按(an)產(chan)線、按(an)區域、按(an)設(she)備類型、按(an)時段(duan)展示與(yu)分析(xi)(xi)，查詢(xun)設(she)備的實(shi)時電(dian)(dian)能參數(shu)(shu)與(yu)狀態、歷史(shi)數(shu)(shu)據(ju)數(shu)(shu)據(ju)曲線，生成分析(xi)(xi)報表等。

(4)能耗預警。設(she)置(zhi)系統中的(de)(de)報警類型以及報警之(zhi)后對應的(de)(de)應對措施。當設(she)備(bei)發生能耗異常報警，以短信微信、郵件、頁面消息等方式通(tong)知到對應的(de)(de)責任(ren)人。

(5) 權限(xian)控(kong)制(zhi)。主要是(shi)部(bu)門、角(jiao)色、用戶、菜單的(de)系統(tong)賬(zhang)號及(ji)賬(zhang)號的(de)權限(xian)管理。

3.2 系統界面設(she)計

(1)設(she)備電能(neng)監控界(jie)面

系統通過(guo)監(jian)控界面進行數據(ju)展(zhan)示(shi)與分析，設備(bei)電能監(jian)控界面如(ru)圖4所示(shi)，主(zhu)要實(shi)現設備(bei)、產線、車(che)間的電能參數的實(shi)時監(jian)控與展(zhan)示(shi)。

(2)設(she)備(bei)電能統計(ji)及趨勢分析界面

以一(yi)臺 (套(tao))機(ji)器(qi)的(de)(de)能(neng)耗(hao)作(zuo)為(wei)分析(xi)(xi)對象，依(yi)據(ju)機(ji)器(qi)的(de)(de)性能(neng)及(ji)技術(shu)參數，結合生(sheng)產(chan)運行(xing)數據(ju)，對機(ji)器(qi)的(de)(de)電能(neng)數據(ju)建模計(ji)算分析(xi)(xi)，以可視(shi)化的(de)(de)圖(tu)表，展示機(ji)器(qi)的(de)(de)性能(neng)及(ji)生(sheng)產(chan)運行(xing)是否(fou)經濟、高效，生(sheng)成計(ji)劃、維護、維修建議，讓機(ji)器(qi)保(bao)持高效運行(xing)。設備電能(neng)統計(ji)及(ji)趨勢分析(xi)(xi)界面(mian)如(ru)圖(tu)5所示。

(3)廠(chang)區/車間/產線能耗對比分析(xi)界(jie)面

系統能(neng)實現(xian)以時(shi)間(jian)為(wei)維(wei)度(du)，查(cha)詢與展示(shi)生產(chan)(chan)和非生產(chan)(chan)時(shi)段(duan)的(de)設備、產(chan)(chan)線(xian)(xian)、車間(jian)的(de)耗能(neng)情況以及趨勢(shi)，能(neng)夠進行電能(neng)數據分(fen)析、統計，可(ke)以展開廠區(qu)、車間(jian)、產(chan)(chan)線(xian)(xian)能(neng)耗同(tong)比(bi)、環比(bi)、量化對比(bi)分(fen)析。廠區(qu)、車間(jian)、產(chan)(chan)線(xian)(xian)能(neng)耗對比(bi)分(fen)析界面如(ru)圖6所示(shi)。

通過統(tong)計分(fen)析，整(zheng)體把握工(gong)廠能(neng)(neng)耗(hao)情(qing)況，并與上一(yi)周、月(yue)或年的數據做(zuo)橫(heng)向對比，可結合產(chan)量，將能(neng)(neng)耗(hao)預分(fen)配到(dao)一(yi)個單(dan)位(wei)的產(chan)品耗(hao)能(neng)(neng)上。在此(ci)基礎(chu)上細分(fen)，可下(xia)分(fen)到(dao)產(chan)線、班組、工(gong)位(wei)等。以此(ci)可分(fen)析出(chu)企業(ye)整(zheng)體耗(hao)能(neng)(neng)情(qing)況，*點耗(hao)能(neng)(neng)區域，做(zuo)總體量化(hua)自身趨勢(shi)分(fen)析。根據不同(tong)的方式和(he)算法(fa)進行分(fen)析處理，挖掘(jue)出(chu)其中(zhong)的某種規律并給(gei)出(chu)節(jie)能(neng)(neng)優(you)化(hua)建議(yi)，提供給(gei)管理人員作(zuo)為參(can)考(kao)決策實現工(gong)廠電能(neng)(neng)的優(you)化(hua)管理。

4系統實施

4.1智(zhi)能電表安裝部署

在某工廠(chang)現場實際設(she)備的控制柜中安裝電(dian)流互感器(qi)與智能電(dian)表(biao)。通過安裝電(dian)流互感器(qi)感應回路(lu)中電(dian)流的大小，智能電(dian)表(biao)與電(dian)流互感器(qi)連接，進行回路(lu)電(dian)流、電(dian)壓、功率(lv)、電(dian)耗(hao)等電(dian)能參(can)(can)數(shu)(shu)的監(jian)測，來(lai)獲取車間、產線(xian)、機器(qi)的電(dian)能參(can)(can)數(shu)(shu)。

4.2系統配置

智能電表(biao)配(pei)置(zhi)(zhi)參(can)數:協議(yi)ModbusRTU，波特率9600停止位1位，偶檢(jian)驗;串(chuan)口服務器(qi)USR-N580-H7的配(pei)置(zhi)(zhi)參(can)數是通信方式設置(zhi)(zhi)為雙向透明傳輸，其他參(can)數設置(zhi)(zhi)與智能電表(biao)相同:參(can)數配(pei)置(zhi)(zhi)完成后，需要(yao)給智能電表(biao)串(chuan)口服務器(qi)重新上電，實現(xian)重啟。

4.3系統具體應用

某(mou)工(gong)廠(chang)中實際場景下部署(shu)的(de)設備電(dian)能數(shu)據采集(ji)平臺如圖7所示(shi)。系統實現了 75臺智能電(dian)表的(de)電(dian)能參(can)數(shu)監測與采集(ji)，并以MOTT協議(yi)把(ba)采集(ji)到的(de)電(dian)能參(can)數(shu)上傳云(yun)端。

電能監控系統實(shi)際應用(yong)中(zhong)的 WEB 界(jie)面(部分截圖) 如圖8所(suo)示(shi)。實(shi)現設(she)備電能參數的實(shi)時(shi)采(cai)集、監控與統計分析(xi)，實(shi)現該工廠的設(she)備、產線(xian)、車間用(yong)電的*確計量。

在該工(gong)廠(chang)(chang)的(de)實際應用(yong)中(zhong)，通過設(she)備(bei)電(dian)能(neng)監控系統實現了(le)設(she)備(bei)電(dian)能(neng)數(shu)據(ju)統計(ji)分析(xi)效(xiao)(xiao)率(lv)提高(gao)(gao) 300%，有效(xiao)(xiao)地支撐了(le)工(gong)廠(chang)(chang)電(dian)能(neng)管理、用(yong)電(dian)優(you)化。結(jie)合設(she)備(bei)生產(chan)運(yun)行(xing)數(shu)據(ju)系統以可(ke)視化的(de)圖(tu)表展示(shi)機(ji)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)及生產(chan)運(yun)行(xing)是否經濟、高(gao)(gao)效(xiao)(xiao)，為生產(chan)計(ji)劃、設(she)備(bei)維護、維修提供建議，提高(gao)(gao)機(ji)器(qi)生產(chan)效(xiao)(xiao)率(lv)。

5 安科(ke)瑞(rui)Acrel-3000WEB電能管理解決方案

5.1概述

  用(yong)戶(hu)端(duan)消耗著整個電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網80%的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)能，用(yong)戶(hu)端(duan)智(zhi)(zhi)能化用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)管(guan)理(li)對用(yong)戶(hu)可靠、安全、節(jie)約用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)有十分重要的(de)意義。構建(jian)智(zhi)(zhi)能用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)服務體系，推廣用(yong)戶(hu)端(duan)智(zhi)(zhi)能儀表、智(zhi)(zhi)能用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)管(guan)理(li)終端(duan)等(deng)設備用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)管(guan)理(li)解決方案，實現(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網與(yu)用(yong)戶(hu)的(de)雙向良(liang)性互動。用(yong)戶(hu)端(duan)急需(xu)解決的(de)研究內容主要包括：先進的(de)表計，智(zhi)(zhi)能樓宇、智(zhi)(zhi)能電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器、增值服務、客(ke)戶(hu)用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)管(guan)理(li)系統、需(xu)求側(ce)管(guan)理(li)等(deng)課題(ti)。

   安科(ke)瑞Acrel-3000WEB電能管(guan)理解決(jue)(jue)方案通(tong)過對用戶端用電情況進行(xing)細(xi)分和統計，以直觀的(de)(de)數據和圖表向管(guan)理人員或決(jue)(jue)策(ce)層展示(shi)各分項用電的(de)(de)使用消耗情況，便(bian)于找出高耗能點或不合理的(de)(de)耗能習慣，有效節(jie)約電能，為用戶進一步(bu)節(jie)能改造或設備升級提供準確的(de)(de)數據支(zhi)撐。

5.2應用場所

   （1）辦公建筑（商(shang)務辦公、大型公共建筑等）；

   （2）商(shang)業建筑(zhu)（商(shang)場、金融(rong)機構建筑(zhu)等）；

   （3）旅游建(jian)筑（賓館(guan)飯店、娛樂場所等）；

   （4）科(ke)教文(wen)衛建筑（文(wen)化、教育、科(ke)研、醫療衛生(sheng)、體育建筑等）；

   （5）通信建筑（郵(you)電(dian)、通信、廣播、電(dian)視(shi)、數(shu)據中(zhong)心等）；

   （6）交(jiao)通運(yun)輸(shu)建筑（機場、車站(zhan)、碼(ma)頭建筑等）。

5.3系統結構

5.4系統功能

1）實時監測

系統人機界面友好，以配(pei)(pei)電(dian)一次圖(tu)的形(xing)式直觀顯示配(pei)(pei)電(dian)線(xian)路的運行狀態，實時監測各回(hui)路電(dian)壓、電(dian)流、功(gong)率、功(gong)率因數、電(dian)能等電(dian)參數信(xin)息，動(dong)態監視(shi)各配(pei)(pei)電(dian)回(hui)路斷路器、隔離(li)開關、地刀(dao)等合、分狀態，以及有(you)關故障(zhang)、告(gao)警等信(xin)號。

2）電能統計報表

系(xi)統以豐(feng)富(fu)的(de)報表支撐計(ji)量(liang)體系(xi)的(de)完整性(xing)。系(xi)統具備定時抄表匯總統計(ji)功能，用(yong)戶可以自由查(cha)詢自系(xi)統正(zheng)常(chang)運(yun)行以來任意時間段內各配(pei)電節(jie)(jie)點的(de)用(yong)電情況，即該節(jie)(jie)點進線用(yong)電量(liang)與各分支回路消耗電量(liang)的(de)統計(ji)分析報表。該功能使(shi)得用(yong)電可視透明，并在用(yong)電誤差偏大時可分析追溯(su)，維護計(ji)量(liang)體系(xi)的(de)正(zheng)確性(xing)。

3）詳細電參量查詢

在配電(dian)一(yi)次圖中(zhong)，當鼠(shu)(shu)標移動到每個回路附近(jin)時(shi)，鼠(shu)(shu)標指(zhi)針變(bian)為(wei)手形，鼠(shu)(shu)標單擊可查看該回路詳細(xi)電(dian)參量，包括三(san)相電(dian)流、三(san)相電(dian)壓、三(san)相總(zong)(zong)有功(gong)功(gong)率、總(zong)(zong)無功(gong)功(gong)率、總(zong)(zong)功(gong)率因數、正向有功(gong)電(dian)能，并可以查看24小(xiao)時(shi)相電(dian)流趨勢(shi)(shi)曲線(xian)及24小(xiao)時(shi)電(dian)壓趨勢(shi)(shi)曲線(xian)。

4）運行報表

系統具有(you)實時電(dian)力參(can)數和歷(li)史電(dian)力參(can)數的(de)存儲和管理功能，所有(you)實時采(cai)集的(de)數據、順(shun)序(xu)事件記錄等(deng)均可保存到數據庫，在查(cha)詢界面中能夠(gou)自定義(yi)需要查(cha)詢的(de)參(can)數、時間或選擇查(cha)詢更新的(de)記錄數據等(deng)，并通(tong)過報(bao)(bao)表(biao)方式顯示出來。用戶(hu)可以根據需要定制運行日報(bao)(bao)、月報(bao)(bao)，支持導出Excel格(ge)(ge)式文件，還可以根據用戶(hu)要求導出PDF格(ge)(ge)式文件。

5）變壓器運行監視

系統(tong)對配電(dian)系統(tong)總進線(xian)(xian)(xian)、主變(bian)壓(ya)器(qi)、重要負(fu)荷(he)出線(xian)(xian)(xian)的運(yun)(yun)行(xing)(xing)狀態(tai)進行(xing)(xing)在(zai)線(xian)(xian)(xian)實時監視，用曲線(xian)(xian)(xian)顯示電(dian)流(liu)、變(bian)壓(ya)器(qi)運(yun)(yun)行(xing)(xing)溫(wen)度(du)、有功(gong)需(xu)量、有功(gong)功(gong)率(lv)(lv)(lv)、視在(zai)功(gong)率(lv)(lv)(lv)、變(bian)壓(ya)器(qi)負(fu)荷(he)率(lv)(lv)(lv)等運(yun)(yun)行(xing)(xing)趨勢，分析變(bian)壓(ya)器(qi)負(fu)荷(he)率(lv)(lv)(lv)及損(sun)耗，方便運(yun)(yun)行(xing)(xing)維護(hu)人員及時掌(zhang)握運(yun)(yun)行(xing)(xing)水平(ping)和用電(dian)需(xu)求，確保供電(dian)安全可靠(kao)。

6）實時報警

系(xi)統具有實時(shi)報警功能(neng)，系(xi)統能(neng)夠(gou)對配電回路斷路器、隔(ge)離開關、接地刀分、合動(dong)作(zuo)等(deng)(deng)遙信變位，保(bao)護動(dong)作(zuo)、事故跳閘，以及電壓、電流、功率(lv)(lv)、功率(lv)(lv)因數越(yue)限等(deng)(deng)事件進行實時(shi)監(jian)測，并(bing)根據事件等(deng)(deng)級發出告警。系(xi)統報警時(shi)自動(dong)彈(dan)出實時(shi)報警窗口，并(bing)發出聲(sheng)音或語音提醒(xing)。

7）歷史事件查詢

系(xi)統能夠對遙信變位，保護動(dong)作、事(shi)故跳(tiao)閘，以及(ji)電(dian)壓、電(dian)流、功率(lv)(lv)、功率(lv)(lv)因數越限等事(shi)件(jian)記(ji)錄進(jin)(jin)行(xing)存儲和(he)管理(li)，方便用戶對系(xi)統事(shi)件(jian)和(he)報警進(jin)(jin)行(xing)歷史追溯，查(cha)詢(xun)統計(ji)、事(shi)故分析。

8）電能質量監測

系統可以對整(zheng)個配(pei)電系統范圍內的(de)電能質量(liang)進行(xing)持續性的(de)監測，運行(xing)維(wei)護人員可以通過諧(xie)(xie)波(bo)(bo)分析棒圖、報(bao)表(biao)掌握(wo)進線、變(bian)壓器、重要回路的(de)電壓、電流諧(xie)(xie)波(bo)(bo)畸變(bian)率、諧(xie)(xie)波(bo)(bo)含量(liang)、電壓不平(ping)衡(heng)度等，及時采取相應的(de)措(cuo)施，降低諧(xie)(xie)波(bo)(bo)損耗(hao)，減少因諧(xie)(xie)波(bo)(bo)造成的(de)異常和(he)事故(gu)(該功(gong)能需要選(xuan)配(pei)帶諧(xie)(xie)波(bo)(bo)監測功(gong)能的(de)電力儀表(biao)，不需要可刪除。

9）遙控操作

系統支持(chi)對斷(duan)路器、隔離開關、接地(di)刀等進行分、合遙控(kong)(kong)操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)。系統具有嚴格的密(mi)碼保(bao)護和操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)權限管理功能(neng)，對于每(mei)次遙控(kong)(kong)操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)，系統自動生成操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)記(ji)錄(lu)(lu)，記(ji)錄(lu)(lu)內容(rong)包含操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)人、操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)時間、操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)類型等。實現該功能(neng)需要斷(duan)路器本身(shen)具有電操(cao)(cao)(cao)機構及保(bao)護保(bao)測控(kong)(kong)裝置具備遙控(kong)(kong)功能(neng)等硬件(jian)設備的支持(chi)。

10）用戶權限管理

系(xi)統(tong)為保障系(xi)統(tong)安全(quan)穩定運行，設置了用戶權(quan)(quan)限管(guan)理功能。通過(guo)用戶權(quan)(quan)限管(guan)理能夠(gou)防止未經授權(quan)(quan)的操(cao)作（如配(pei)電回(hui)路名稱修改(gai)等）。可(ke)(ke)以定義不同級別(bie)用戶的登錄名、密碼及(ji)操(cao)作權(quan)(quan)限，為系(xi)統(tong)運行、維護、管(guan)理提供可(ke)(ke)靠(kao)的安全(quan)保障。

11）通訊狀態圖

系(xi)統(tong)(tong)支持(chi)實時(shi)監視(shi)接(jie)入(ru)系(xi)統(tong)(tong)的(de)各(ge)設備的(de)通訊(xun)狀態，能(neng)夠完(wan)整(zheng)的(de)顯(xian)示整(zheng)個系(xi)統(tong)(tong)網絡結(jie)構；可在線診斷設備通訊(xun)狀態，發(fa)生網絡異(yi)常時(shi)能(neng)自動在界面上顯(xian)示故(gu)障設備或元件及(ji)其故(gu)障部位。從而方便(bian)運(yun)行維護人員(yuan)實時(shi)掌握現場各(ge)設備的(de)通訊(xun)狀態，及(ji)時(shi)維護出現異(yi)常的(de)設備，保證系(xi)統(tong)(tong)的(de)穩定運(yun)行。

12）視頻監控

視頻監(jian)控展示了(le)當(dang)前實時(shi)畫面（視頻直(zhi)播），選(xuan)中某一個變配(pei)電站，即(ji)可查看該變配(pei)電站內視頻信息(xi)。

13）用戶報告

用(yong)戶(hu)報告頁(ye)面主要用(yong)于(yu)對(dui)選定的變(bian)配(pei)電站(zhan)自動匯總一(yi)個(ge)月的運行數據，對(dui)變(bian)壓器負荷、配(pei)電回路(lu)用(yong)電量、功率因數、報警(jing)事件等進行統計分析。

14）APP支持

電(dian)力運(yun)維手(shou)機支(zhi)持“監控系(xi)統"、“設備檔(dang)案"、“待(dai)(dai)辦事(shi)項(xiang)"、“巡檢(jian)記(ji)錄(lu)"和“缺(que)陷記(ji)錄(lu)"五(wu)大(da)模塊，支(zhi)持一次(ci)圖(tu)、需(xu)量(liang)、用(yong)電(dian)量(liang)、視頻(pin)、曲(qu)線、溫濕(shi)度、同比、環比、電(dian)能質量(liang)、各種事(shi)件(jian)報(bao)警查詢，設備檔(dang)案查詢、待(dai)(dai)辦事(shi)件(jian)處理、巡檢(jian)記(ji)錄(lu)查詢等。

5.5系(xi)統硬件配(pei)置清單(dan)

6 結束語

本文研究了(le)一種基(ji)于工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯(lian)網平臺架構(gou)(gou)體系(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)備電(dian)(dian)(dian)能(neng)監(jian)控系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)，進行(xing)了(le)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)功能(neng)、架構(gou)(gou)、電(dian)(dian)(dian)能(neng)監(jian)測以及用(yong)戶交(jiao)互(hu)界面的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)計與開發，并在(zai)實(shi)際(ji)工(gong)(gong)廠中落(luo)地應用(yong)，實(shi)現了(le)工(gong)(gong)廠設(she)(she)備電(dian)(dian)(dian)能(neng)的(de)(de)(de)(de)實(shi)時采集、電(dian)(dian)(dian)能(neng)監(jian)控、設(she)(she)備用(yong)電(dian)(dian)(dian)統(tong)(tong)計分(fen)析，以及廠區、車間、產(chan)線的(de)(de)(de)(de)多維度能(neng)耗對比(bi)分(fen)析，有效(xiao)地支撐了(le)設(she)(she)備電(dian)(dian)(dian)能(neng)優化(hua)(hua)應用(yong)，優化(hua)(hua)生(sheng)產(chan)計劃(hua)，提高(gao)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)、機器效(xiao)能(neng)，降(jiang)低(di)用(yong)電(dian)(dian)(dian)成(cheng)本。該系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)具有建設(she)(she)成(cheng)本低(di)、容(rong)易實(shi)現、運行(xing)可靠、利于復(fu)制推廠的(de)(de)(de)(de)優點。利用(yong)工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯(lian)網平臺，可以積累數據，進一步挖(wa)掘分(fen)析，構(gou)(gou)建能(neng)耗優化(hua)(hua)模型，實(shi)現工(gong)(gong)廠電(dian)(dian)(dian)能(neng)的(de)(de)(de)(de)智能(neng)管理。未來系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)進一步擴展，可建成(cheng)工(gong)(gong)廠的(de)(de)(de)(de)水(shui)、電(dian)(dian)(dian)、汽、熱等(deng)全要(yao)素能(neng)源智慧管理系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)。

安科瑞侯文莉