淺談企業(yè)用電設(shè)備能耗分析系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1引言

當今工業(yè)的快速發(fā)展，與數(shù)據(jù)的發(fā)掘已經(jīng)密不可分。自發(fā)展以來，工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)已成為企業(yè)的戰(zhàn)略資源。如何充分有效的利用生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)變得重要，傳統(tǒng)的能耗記錄需要大量的人工去抄寫大量的設(shè)備數(shù)據(jù)，大量的設(shè)備與數(shù)據(jù)難免會出現(xiàn)人工的誤差，還需要支付工人薪水，增加企業(yè)運營成本。同樣這些數(shù)據(jù)抄寫的周期也變得尤為重要，有可能做不到及時的上報，從而延緩整體數(shù)據(jù)的分析，企業(yè)就找不到對應(yīng)的問題，提升就會變的尤為緩慢。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)如何能得到充分的利用就變得尤為的重要。

隨著信息時代的發(fā)展，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的迅速崛起，這些新興技術(shù)已經(jīng)在迅速推動工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，為提升工業(yè)生產(chǎn)過程中能耗數(shù)據(jù)的利用率，設(shè)計了一套企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)。實現(xiàn)企業(yè)實時、隨地可以監(jiān)測設(shè)備生產(chǎn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)具備一套完整的操作，從設(shè)備端到用戶端的處理，實現(xiàn)減少人工操作、降低人為誤差、記錄周期等問題，從而提升企業(yè)的生產(chǎn)效率，加快企業(yè)的發(fā)展。

2019年10月經(jīng)濟日報發(fā)表《中國工業(yè)70年發(fā)展與戰(zhàn)略演進》，其中講到對新技術(shù)的應(yīng)用，將成為決定國家力量對比的關(guān)鍵因素，也是影響和決定工業(yè)發(fā)展的根本動力。企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)將助力企業(yè)的發(fā)展。

2總體方案

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)一共有四層，分別是設(shè)備傳感層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、物聯(lián)網(wǎng)平臺層和數(shù)據(jù)觀察層。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

(1)設(shè)備傳感層

當時設(shè)備打開并運行時，設(shè)備傳感層與設(shè)備相連接，負責(zé)監(jiān)測設(shè)備的資源用量，比如水、電、氣等。實時記錄，增量記錄，記錄默認存儲在設(shè)備中，在上傳到云端后自行刪除。

(2)網(wǎng)絡(luò)傳輸層

該層在工業(yè)設(shè)備工作后，利用內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，建立設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)傳輸。工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)平臺。

(3)物聯(lián)網(wǎng)平臺層

該層部署在云服務(wù)器，與設(shè)備的內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連接，提供設(shè)備的注冊、接入，數(shù)據(jù)的采集、存儲功能，用戶需要通過身份驗證才能進入，對設(shè)備進行操作，物聯(lián)網(wǎng)平臺層實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收、處理、轉(zhuǎn)發(fā)和備份。服務(wù)器實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化和存入數(shù)據(jù)庫。

(4)數(shù)據(jù)觀察層

數(shù)據(jù)觀察層直接部署在服務(wù)器上，工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫當中，監(jiān)測用戶查詢的數(shù)據(jù)同樣來源于數(shù)據(jù)庫，通過瀏覽手機上的企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)，來實施觀測轉(zhuǎn)化過后的數(shù)據(jù)。對比于直接的能源消耗數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化過后的數(shù)據(jù)，變得更為直觀，易于操作。

2.2系統(tǒng)功能模塊

(1)數(shù)據(jù)管理

為充分保障數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)的安全性、數(shù)據(jù)的完整性。針對非本企業(yè)員工或其他不明用戶人員在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中被不法****、惡意捕捉、惡意篡改。故采用特定的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式對數(shù)據(jù)進行傳輸，確保了數(shù)據(jù)的安全。云端服務(wù)在完整的接收完所有數(shù)據(jù)，再對收到的數(shù)據(jù)進行解析錄入。整個過程中能夠始終保障數(shù)據(jù)的安全性，有效保證數(shù)據(jù)的完整性，且能夠很好保護企業(yè)的隱私。

(2)用戶管理

企業(yè)設(shè)備能耗分析系統(tǒng)具有完整的用戶管理功能，用戶角色包含操作人員、管理人員、普通用戶，針對不同的使用用戶，給予不同的操作權(quán)限。操作人員負責(zé)管理數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行錄入修改，管理人員負責(zé)發(fā)放企業(yè)賬號，對普通用戶進行操作管理，普通用戶只能進行簡單的查看瀏覽。各級用戶的權(quán)限可由系統(tǒng)的管理員進行分配修改。

圖2平臺功能模塊圖

(3)查詢管理

實時監(jiān)測功能是指，用戶可以隨時隨地對工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)進行查詢。用戶能夠?qū)崟r了解到各個設(shè)備的能源消耗，平臺支持可視化，使數(shù)據(jù)變的簡單易懂，一改傳統(tǒng)手動統(tǒng)計。并且采用圖例展示，更為直觀的反應(yīng)數(shù)據(jù)。使基礎(chǔ)數(shù)據(jù)變的不會復(fù)雜，相對于傳統(tǒng)的文本統(tǒng)計，數(shù)據(jù)的可視化，圖形化就顯得尤為的重要、便捷。

為了用戶查詢更為簡便，平臺會在給予提示的基礎(chǔ)上，讓用戶想要查詢的數(shù)據(jù)變的簡單。當用戶發(fā)送數(shù)據(jù)到云端服務(wù)器，云端就將會對數(shù)據(jù)進行處理，判斷查詢條件，當查詢條件滿足系統(tǒng)設(shè)定的范圍內(nèi)，即可查詢，反之需要重新編輯。查詢管理如圖3所示。

圖3查詢處理邏輯流程

3系統(tǒng)設(shè)計

3.1數(shù)據(jù)采集與發(fā)送

目前數(shù)據(jù)需要數(shù)據(jù)庫直接導(dǎo)入或客戶端手動輸入。需要直接測量工業(yè)設(shè)備消耗的資源，比如水、電、氣等消耗數(shù)值。需操作員登陸數(shù)據(jù)庫進行錄入和修改，批量數(shù)據(jù)推薦數(shù)據(jù)庫直接導(dǎo)入，少量數(shù)據(jù)可選擇在平臺中直接錄入，同時可在平臺中修改部分存有誤差的數(shù)據(jù)。由于前期環(huán)境，在后續(xù)的開發(fā)中，擬采用傳感器直接錄入到云端的數(shù)據(jù)存儲，其行為減少人為直接操控數(shù)據(jù)庫，從而降低人工成本。

3.2數(shù)據(jù)接收與存儲

云端服務(wù)接收來自操作員上傳的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)整理存儲在云端，從而提升數(shù)據(jù)的安全性，然后將數(shù)據(jù)整理分類，存儲在云端的數(shù)據(jù)庫當中。各條數(shù)據(jù)通過特定的公式將轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)效率比、能耗比、產(chǎn)能等數(shù)據(jù)。還要對不同工廠、車間的數(shù)據(jù)進行比較，例如各個車間的水、電、氣等能源的消耗進行一個初步的排名。大量的能耗數(shù)據(jù)發(fā)送傳輸?shù)皆贫朔?wù)，本平臺采用循環(huán)批量的入庫方式，避免單條數(shù)據(jù)在錄入時發(fā)生大量重復(fù)利用的情況，造成數(shù)據(jù)庫的使用效率低下，即單條記錄包含企業(yè)同一條件下錄入多個能源消耗量。該方法能有效減少數(shù)據(jù)庫的訪問次數(shù)，單次數(shù)據(jù)庫存入的數(shù)據(jù)量，因而大幅提升數(shù)據(jù)庫使用效率，存儲量。

圖4企業(yè)能耗綜合占比

4系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫批量注入或客戶端手動輸入，云端服務(wù)便使用當前熱門的Java編程語言來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高并發(fā)請求和數(shù)據(jù)接收，且后端使用SpringMVC編程框架實現(xiàn)前后端分離。且采用Android實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的可視化，實現(xiàn)在手機上隨時隨地可以瀏覽查閱。企業(yè)能耗綜合占比：整合水、電、氣的特定月份占比與詳細數(shù)值，并且集合了三種能源的近六月消耗數(shù)值，如圖4所示。企業(yè)分廠用能數(shù)據(jù)：展示企業(yè)的不同分廠、車間、時間的

能耗數(shù)據(jù)和產(chǎn)能，如圖5所示。

圖5企業(yè)分廠用能數(shù)據(jù)

5Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

（2）應(yīng)用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信****、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

（3）平臺結(jié)構(gòu)