基于物聯網技術的新礦集團能源監(jiān)測系統平臺研究

劉元明 田 偉 單紹磊

（新汶礦業(yè)集團有限責任公司節(jié)能環(huán)保處，山東省新泰市，271233）

基于物聯網技術的新礦集團能源監(jiān)測系統平臺研究

劉元明 田 偉 單紹磊

（新汶礦業(yè)集團有限責任公司節(jié)能環(huán)保處，山東省新泰市，271233）

介紹了新礦集團能源監(jiān)測存在的問題，分析了新礦集團能源監(jiān)測系統的設計目標，構建了基于物聯網技術的新礦集團能源監(jiān)測系統平臺。該系統平臺能夠幫助新礦集團改變傳統的能源管理方式，實現集團公司能源管理的在線實時監(jiān)測、統計和分析功能，最終幫助新礦集團解決存在的用能結構不合理而導致的能源浪費狀況。

物聯網 能源監(jiān)測 能源管理 耗能設備

能源消耗是企業(yè)最重要的核算成本之一，將能源進行有效地監(jiān)測與管理已經成為增強企業(yè)競爭力的重要手段。因此，探討如何在新形勢下應用先進的物聯網技術和電子信息技術解決高耗能的新礦集團能源監(jiān)測、統計和分析中的定量管理，進而提升新礦集團的能源使用效率和改進新礦集團節(jié)能中的薄弱環(huán)節(jié)，這對新礦集團完成節(jié)能減排的約束性指標和提升新礦集團自身的社會效益和經濟效益具有重要意義。

1 新礦集團能源監(jiān)測存在的問題

新礦集團是以煤炭開采為主業(yè)的國有大型煤炭企業(yè)集團，在煤炭開采及日常工作實際中能源消耗量巨大。新礦集團下屬幾十家基層單位，集團公司無法及時地了解各基層單位的能源使用狀況，而且當前的能源數據采集和報送模式也已經跟不上集團公司快速發(fā)展的需要。新礦集團在能源監(jiān)測方面主要存在以下5個方面的問題：

（1）大型機電設備和關鍵生產環(huán)節(jié)缺少在線能耗監(jiān)測。在煤炭開采生產過程中，大型生產機電設備和關鍵生產環(huán)節(jié)的能源消耗在總能耗中所占的比重較大，因此，及時掌握大型機電設備和關鍵環(huán)節(jié)的能源消耗狀況對節(jié)能減排工作非常重要。

（2）已有的能源監(jiān)測系統相互獨立。雖然新礦集團中基礎較好的公司已經開始建立自己的能源監(jiān)測系統，但是由于整個集團公司沒有總的能源監(jiān)測信息平臺，這使得下屬公司和礦井的能源監(jiān)測系統相互獨立，能源監(jiān)測數據不能共享，最終導致新礦集團決策者不能及時全面地掌握整個集團的能源消耗狀況。

（3）能耗數據采集的有效性、準確性得不到保障。新礦集團各基層單位報表中的相關數據是通過平衡關系的公式相互關聯的，有些填報單位卻并不按公式來計算相關內容，經常出現人工修改的情況，這導致報到新礦集團的數據不符合要求，相關工作人員為了檢查出一個錯誤能耗數據往往會付出較長的時間。

（4）能耗數據匯總統計工作量較大。新礦集團在以往的能耗統計中，工作人員采用手工錄入的方式對各個下屬公司能耗數據進行匯總統計，每次匯總統計大約需用一個星期，工作人員稍有不慎就將出現能耗數據錄入錯誤，而且不易發(fā)現。

（5）能耗數據的接收及送達不及時。能耗數據采集的周期較長往往導致統計工作不能按時開展，同樣，一份能耗數據報表也需要幾天的時間才能從各個基層單位匯總到集團公司節(jié)能環(huán)保部門。

2 新礦集團能源監(jiān)測系統設計目標

根據新礦集團能源監(jiān)測存在的問題，設計開發(fā)了基于物聯網技術的新礦集團能源監(jiān)測系統平臺，該系統平臺能夠改變新礦集團傳統的能源管理方式，實現集團公司能源管理的在線實時監(jiān)測、統計和分析功能。它結合物聯網技術、計算機技術和工業(yè)自動化技術，基于物聯網技術的新礦集團能源監(jiān)測系統平臺具體設計目標為以下4個方面：

（1）利用新礦集團現有的網絡系統，結合物聯網技術實現新礦集團能耗設備能源數據采集的準確性和及時性，滿足新礦集團對能耗設備耗能數據的統計需求。

（2）利用物聯網技術的特性，通過模塊化設計提供靈活多變的實現方式，使新礦集團能源監(jiān)測系統能夠滿足新礦集團對能源監(jiān)測的各種需求。

（3）提供物聯網專業(yè)接口平臺，便于新礦集團能源監(jiān)測系統升級和與其他管理系統相互融合。

（4）通過構建統計分析平臺，為新礦集團提供各種實時監(jiān)控圖和曲線圖，并根據新礦集團的具體需求生成各種類型的數據報表。

3 新礦集團能源監(jiān)測系統平臺構成

新礦集團能源監(jiān)測系統平臺主要包括硬件部分和軟件系統部分。

3.1 硬件部分

新礦集團能源監(jiān)測系統的硬件部分包括被采集設備（能耗設備）、采集設備、傳輸設備、系統主站等硬件設備，這些設備均應具備鏈接到物聯網的基本條件。新礦集團能源監(jiān)測系統硬件鏈接框架圖如圖1所示。

圖1 新礦集團能源監(jiān)測系統硬件鏈接框架圖

（1）被采集設備。被采集設備主要是指用能單位的能耗設備，比如采煤機、運輸機、提升機等機電設備，這些大型機電設備所用的能耗在新礦集團總能耗中所占比重較大。新礦集團能源監(jiān)測系統要求這些設備已經具備或者通過簡單的改造具備使用物聯網技術的條件。

（2）采集設備。新礦集團能源監(jiān)測系統中使用遠傳計量表等采集設備采集終端能耗數據，這些采集設備通過物聯網的約定協議將采集到的終端能耗數據傳輸到系統主站。

（3）傳輸設備。新礦集團能源監(jiān)測系統中傳輸設備將采集到的終端能耗數據通過遠程傳輸方式傳送到系統主站，系統主站支持GPRS、WLAN和集團內部局域網等多種傳輸方式的接入，物聯網技術也支持以上各種傳輸方式。根據用能單位現場的實際條件，傳輸方式可選擇GPRS網絡、WLAN網絡和集團內部局域網等技術手段中的一種或幾種結合使用。

（4）系統主站。新礦集團能源監(jiān)測系統主站包含中心機房和軟件應用系統，軟件應用系統中的監(jiān)測、統計、分析及輸出應用等系統用來實現集團內部能源使用狀況的監(jiān)測、分析、報警、預評估等功能。系統主站利用新礦集團內部局域網或廣域網能夠遠程和在線查看監(jiān)測結果。

3.2 軟件系統部分

新礦集團能源監(jiān)測系統中的軟件系統部分主要通過軟件技術提供各種通信接口和功能服務，并將各種通信協議的數據信息和各種操作軟件統一到一種模式的人機界面之下，使操作人員和使用人員能夠直觀地進行觀測并做出判斷和操作。軟件系統部分是新礦集團能源監(jiān)測系統的核心與靈魂，通過軟件系統的功能實現，不僅可以實時調度在該物聯網系統中的各個設備，而且能夠協同完成系統要求的各種功能。軟件平臺選擇具有運行穩(wěn)定、數據吞吐處理能力強、包含的I／O驅動較為完備等特點的Java技術開發(fā)。

4 新礦集團能源監(jiān)測系統實現的功能

（1）能源數據自動監(jiān)測采集功能。新礦集團能源監(jiān)測系統中的采集終端硬件能夠自動監(jiān)測采集各類能耗設備的實時運行參數，通過物聯網將采集到的數據傳輸到系統主站并自動保存到主站數據庫中。

（2）人工／半人工錄入功能。新礦集團能源監(jiān)測系統能夠通過Web的方式實現人工／半人工錄入功能。人工錄入方式主要用于錄入不便使用自動采集方式采集的能源數據或使用自動采集方式需要花費高昂費用的能源數據。半人工錄入方式使用基于物聯網技術的手持式采集器通過工人自主采集，并在合適的條件下將采集器中的數據通過物聯網傳輸到系統主站。

（3）能源管理功能。能源管理負責管理各種能耗設備和節(jié)能設備的相關基本參數，建立完善的設備臺帳，通過軟件與能耗監(jiān)測的模擬圖形顯示聯動，自動生成能耗設備的能耗實時狀況圖，替代人工管理能耗設備工作。

（4）數據查詢功能。數據查詢負責實現企業(yè)能源購進數據查詢、各種能耗設備的能源消耗數據查詢以及能源剩余數據查詢功能，并通過物聯網將查詢結果反饋給用戶。數據查詢功能還支持各種圖表的輸出，方便用戶分析。

（5）報警管理功能。報警管理負責事件的報警、傳送、報警確認處理以及報警記錄存檔。當能耗設備的用能狀況出現異常時，系統根據用戶自定義報警條件通過物聯網把報警信息傳送至用戶。報警傳送方式可以通過電子郵件傳送、指定打印機傳送或者發(fā)送短信到指定的手機通知用戶。

（6）能耗統計分析功能。能耗統計分析主要包括對新礦集團節(jié)能狀況、能源消耗單項指標、能耗情況、單位產品能耗情況、產值能耗情況、水資源消耗情況和廢棄物排放情況的分析，實時監(jiān)測各種產品能源單耗、各工序能耗以及大能耗設備的能源利用情況，進而分析各部門資源利用效率和節(jié)能潛力，統計各部門和各系統能源消耗狀況，為新礦集團能源監(jiān)測系統提供一個完備的能耗成本、能耗管理和能耗數據傳遞與共享的信息平臺。

（7）數據報表功能。根據實際需要，新礦集團可以根據各自部門的實際狀況和需求定制和設計自己所需要的報表，還可以設計和定制報表模板并通過報表模板生成數據報表，并且能夠將數據報表導出到Excel和Word格式文件中。單項能耗報表顯示水、電、煤、氣、油等各自單項能源實時使用狀況，匯總能耗報表顯示各種能源數據選項、工業(yè)生產綜合能耗和非工業(yè)生產綜合能耗。新礦集團可以設定數據報表中能源監(jiān)測數據的取樣時間段，也可設定針對某一單位或部門的能源消耗統計情況。新礦集團能源管理所需的各類數據報表（包括各類能源運行的記錄表、日報、月報、年報表等）還可以通過互聯網滿足國家發(fā)改委、統計局和國資委等國家行政部門的數據報送要求。

［1］ 朱權潔，歐陽治華.鋼鐵企業(yè)能源計量實施監(jiān)測管理系統的設計與實現［J］.冶金自動化，2010（1）

［2］ 尹盼，陽春華.基于Zigbee技術的礦山監(jiān)測預警系統［J］.工業(yè)控制計算機，2009（2）

［3］ 鄭小虎.基于B／S結構的開放性工業(yè)信息監(jiān)控系統研究［J］.昆明理工大學學報，2001（6）

［4］ 劉勇，佟為明，畢勝，遲春來.基于CAN總線的企業(yè)能源監(jiān)測系統研究［J］.儀器儀表學報，2006（3）

［5］ 邱東，王威.鐵合金冶煉過程能耗監(jiān)測系統的實現［J］.工業(yè)控制計算機，2010（4）

Research on energy monitoring system platform
for Xinwen Mining Group based on internet of things

Liu Yuanming，Tian Wei，Shan Shaolei
（Department of Energy Conservation and Environment Protection，Xinwen Mining Limited Liability Company，Xintai，Shandong 271233，China）

According to the existed problems in the energy monitoring，the design objective of the energy monitoring system for Xinwen Mining Group was analyzed，and the monitoring system platform was set up on the basis of the internet of things.The platform is helpful to the improvement of the management mode on the energy，achieving real time monitoring on line，statistic analysis of energy management.Thus the energy waste was avoided due to the unreasonable usage.

internet of things，energy monitoring，energy management，energy consumption

TD－907

A

劉元明（1964－），男，山東泰安人，新汶礦業(yè)集團有限責任公司節(jié)能環(huán)保處處長，高級經濟師，主要從事礦山能源環(huán)保經濟領域工作，參與多項節(jié)能減排、資源綜合利用、循環(huán)經濟及管理等方面的研究。

（責任編輯 路 強）