基于物聯網技術的能耗企業節能監測系統研究

楊 磊（山東科技職業學院，山東 濰坊 261053）

基于物聯網技術的能耗企業節能監測系統研究

楊 磊
（山東科技職業學院，山東 濰坊 261053）

節能監測系統是以計量技術手段為基礎，結合物聯網技術，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的能源數據采集、分析和監管，對重點耗能企業的水、電等主要能源的能耗計量數據進行實時采集、綜合分析和有效應用，為政府實施能源管理及單位GDP能耗統計、節能減排目標考核評價提供科學、準確、權威的能源數據，為城市能源管理和用能單位節能減排工作發揮重要作用。

能耗監測；企業節能；物聯網技術

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

0　前言

基于物聯網技術的能耗企業節能監測系統主要應用與大型節能工程中，如中央空調機組、大型建筑物、高耗能企業等，主要用于重要參數的監測和節能量的計量，可代替傳統的布線方式，更加方便的獲取節能信息。節能監測主要指根據我們國家能源相關的法規和標準，來對用能單位的能源使用狀況進行測試和評價。節能監測是由政府授權的節能監測機構經能源行政主管部門委托進行的執法活動。本項目的目的就是設計一種基于物聯網的企業能耗監測系統。

1　研究現狀

企業節能監測系統主要難點在于無線傳感系統，國內外都開展了相關領域的研究，但仍處在性能仿真和小規模實驗階段。目前在國內外研究節能監測系統主要有以下幾種：

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

（2）采用PLC+工控機。通過PLC接收傳感器采集的數據，通過PLC技術出能耗數值，傳到上位機進行顯示，這種方式性能穩定，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，但協議復雜、成本較高，目前還難以在工業控制上推廣使用。

2　系統設計

無線傳感器網絡對帶寬要求不高，但需要較低的功耗，以便能使無線傳感器網絡中的設備使用時間更長，同時考慮低成本的要求。本系統采用一種低復雜度、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絡而提出，能夠滿足小型、低成本設備的無線網要求，能廣泛地應用于工農業生產中。

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據。 企業能耗監測系統主要功能如下：

（1）數據采集。系統可準確可靠的采集電表、能量表、水表等的數據。

（2）數據處理。系統軟件將采集的數據進行處理和加工，包括：公式計算、數據換算、分時段統計、數據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生超欠報警；數據存儲備份和瀏覽查看功能。

（3）實時監測和報警。能實時采集監測能量表數據，并提供全方位報警功能。

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

（5）統計分析。各類數據的統計分析功能，可分班、日、月、季、年統計，并顯示分析結果。

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

2.2結構設計

基于物聯網技術的能耗企業節能監測系統主要有節能參數監測和節能量計量等功能，包括：傳感器、zigbee無線通信節點、多節點協調器、上位機部分。在采用zigbee無線通信技術上，充分參考各個行業能耗分析技術，形成一個完整的系統。

能耗計量監測系統由軟、硬件兩部分組成，其中：硬件主要由各種計量表、能耗數據采集器、zigbee無線節點模塊、數據服務器等其他計量和網絡設備構成；系統軟件是監控主站軟件，軟件功能包括參數設置、數據采集、實時監測、數據分析、數據報表等模塊。

（1）數據采集器。數據采集器是在一個區域內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據中心交換數據。

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

2.3系統特點

（1）能耗數據的實時監測和報警。定時采集參數并上傳，用戶可實時查詢能耗，能夠全面監測能耗，通過程序控制達到最佳運行狀態，達到良好的節能效果。用戶可以設定不同的報警上限值，系統會自動根據數據庫分析出能耗情況，發出報警信息

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

（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；網絡擴展性強，方便維護。

（4）zigbee采用碰撞避免機制，避免了發送數據時的競爭和沖突，保證了各個節點之間傳輸數據信息的高可靠性。

（5）zigBee網絡使數據的自動采集、分析和處理變得更加容易，便于整合數據，實現在線節能和及時節能改造。

3　結束語

采用ZigBee無線網絡作為數據傳輸網絡，使得數據傳輸更加方便、易實現、能有效提高能耗計量監測系統的搭建效率，大大降低了系統的改造費用，更加適應現場應用需求，能真正達到節能增效的目的。

［1］馮西安.能耗監測系統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.建筑能耗監測平臺構建及實現技術研究［J］.節能，2014（01）.

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

楊磊（1982-），男，本科，講師，研究方向：物聯網技術。