劉元明 田 偉 單紹磊

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

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)研究

劉元明 田 偉 單紹磊

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

介紹了新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題，分析了新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)。該系統(tǒng)平臺(tái)能夠幫助新礦集團(tuán)改變傳統(tǒng)的能源管理方式，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司能源管理的在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析功能，最終幫助新礦集團(tuán)解決存在的用能結(jié)構(gòu)不合理而導(dǎo)致的能源浪費(fèi)狀況。

物聯(lián)網(wǎng) 能源監(jiān)測(cè) 能源管理 耗能設(shè)備

能源消耗是企業(yè)最重要的核算成本之一，將能源進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)與管理已經(jīng)成為增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。因此，探討如何在新形勢(shì)下應(yīng)用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和電子信息技術(shù)解決高耗能的新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析中的定量管理，進(jìn)而提升新礦集團(tuán)的能源使用效率和改進(jìn)新礦集團(tuán)節(jié)能中的薄弱環(huán)節(jié)，這對(duì)新礦集團(tuán)完成節(jié)能減排的約束性指標(biāo)和提升新礦集團(tuán)自身的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

1 新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題

新礦集團(tuán)是以煤炭開(kāi)采為主業(yè)的國(guó)有大型煤炭企業(yè)集團(tuán)，在煤炭開(kāi)采及日常工作實(shí)際中能源消耗量巨大。新礦集團(tuán)下屬幾十家基層單位，集團(tuán)公司無(wú)法及時(shí)地了解各基層單位的能源使用狀況，而且當(dāng)前的能源數(shù)據(jù)采集和報(bào)送模式也已經(jīng)跟不上集團(tuán)公司快速發(fā)展的需要。新礦集團(tuán)在能源監(jiān)測(cè)方面主要存在以下5個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）大型機(jī)電設(shè)備和關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)缺少在線(xiàn)能耗監(jiān)測(cè)。在煤炭開(kāi)采生產(chǎn)過(guò)程中，大型生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備和關(guān)鍵生產(chǎn)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(shí)掌握大型機(jī)電設(shè)備和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的能源消耗狀況對(duì)節(jié)能減排工作非常重要。

（2）已有的能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相互獨(dú)立。雖然新礦集團(tuán)中基礎(chǔ)較好的公司已經(jīng)開(kāi)始建立自己的能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但是由于整個(gè)集團(tuán)公司沒(méi)有總的能源監(jiān)測(cè)信息平臺(tái)，這使得下屬公司和礦井的能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相互獨(dú)立，能源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能共享，最終導(dǎo)致新礦集團(tuán)決策者不能及時(shí)全面地掌握整個(gè)集團(tuán)的能源消耗狀況。

（3）能耗數(shù)據(jù)采集的有效性、準(zhǔn)確性得不到保障。新礦集團(tuán)各基層單位報(bào)表中的相關(guān)數(shù)據(jù)是通過(guò)平衡關(guān)系的公式相互關(guān)聯(lián)的，有些填報(bào)單位卻并不按公式來(lái)計(jì)算相關(guān)內(nèi)容，經(jīng)常出現(xiàn)人工修改的情況，這導(dǎo)致報(bào)到新礦集團(tuán)的數(shù)據(jù)不符合要求，相關(guān)工作人員為了檢查出一個(gè)錯(cuò)誤能耗數(shù)據(jù)往往會(huì)付出較長(zhǎng)的時(shí)間。

（4）能耗數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)工作量較大。新礦集團(tuán)在以往的能耗統(tǒng)計(jì)中，工作人員采用手工錄入的方式對(duì)各個(gè)下屬公司能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，每次匯總統(tǒng)計(jì)大約需用一個(gè)星期，工作人員稍有不慎就將出現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤，而且不易發(fā)現(xiàn)。

（5）能耗數(shù)據(jù)的接收及送達(dá)不及時(shí)。能耗數(shù)據(jù)采集的周期較長(zhǎng)往往導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)工作不能按時(shí)開(kāi)展，同樣，一份能耗數(shù)據(jù)報(bào)表也需要幾天的時(shí)間才能從各個(gè)基層單位匯總到集團(tuán)公司節(jié)能環(huán)保部門(mén)。

2 新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，該系統(tǒng)平臺(tái)能夠改變新礦集團(tuán)傳統(tǒng)的能源管理方式，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司能源管理的在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析功能。它結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)具體設(shè)計(jì)目標(biāo)為以下4個(gè)方面：

（1）利用新礦集團(tuán)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)新礦集團(tuán)能耗設(shè)備能源數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，滿(mǎn)足新礦集團(tuán)對(duì)能耗設(shè)備耗能數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)需求。

（2）利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特性，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)提供靈活多變的實(shí)現(xiàn)方式，使新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足新礦集團(tuán)對(duì)能源監(jiān)測(cè)的各種需求。

（3）提供物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)接口平臺(tái)，便于新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)和與其他管理系統(tǒng)相互融合。

（4）通過(guò)構(gòu)建統(tǒng)計(jì)分析平臺(tái)，為新礦集團(tuán)提供各種實(shí)時(shí)監(jiān)控圖和曲線(xiàn)圖，并根據(jù)新礦集團(tuán)的具體需求生成各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)報(bào)表。

3 新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)成

新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)主要包括硬件部分和軟件系統(tǒng)部分。

3.1 硬件部分

新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件部分包括被采集設(shè)備（能耗設(shè)備）、采集設(shè)備、傳輸設(shè)備、系統(tǒng)主站等硬件設(shè)備，這些設(shè)備均應(yīng)具備鏈接到物聯(lián)網(wǎng)的基本條件。新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件鏈接框架圖如圖1所示。

圖1 新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件鏈接框架圖

（1）被采集設(shè)備。被采集設(shè)備主要是指用能單位的能耗設(shè)備，比如采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、提升機(jī)等機(jī)電設(shè)備，這些大型機(jī)電設(shè)備所用的能耗在新礦集團(tuán)總能耗中所占比重較大。新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求這些設(shè)備已經(jīng)具備或者通過(guò)簡(jiǎn)單的改造具備使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的條件。

（2）采集設(shè)備。新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用遠(yuǎn)傳計(jì)量表等采集設(shè)備采集終端能耗數(shù)據(jù)，這些采集設(shè)備通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的約定協(xié)議將采集到的終端能耗數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)主站。

（3）傳輸設(shè)備。新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳輸設(shè)備將采集到的終端能耗數(shù)據(jù)通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸方式傳送到系統(tǒng)主站，系統(tǒng)主站支持GPRS、WLAN和集團(tuán)內(nèi)部局域網(wǎng)等多種傳輸方式的接入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也支持以上各種傳輸方式。根據(jù)用能單位現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，傳輸方式可選擇GPRS網(wǎng)絡(luò)、WLAN網(wǎng)絡(luò)和集團(tuán)內(nèi)部局域網(wǎng)等技術(shù)手段中的一種或幾種結(jié)合使用。

（4）系統(tǒng)主站。新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主站包含中心機(jī)房和軟件應(yīng)用系統(tǒng)，軟件應(yīng)用系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析及輸出應(yīng)用等系統(tǒng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)集團(tuán)內(nèi)部能源使用狀況的監(jiān)測(cè)、分析、報(bào)警、預(yù)評(píng)估等功能。系統(tǒng)主站利用新礦集團(tuán)內(nèi)部局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)能夠遠(yuǎn)程和在線(xiàn)查看監(jiān)測(cè)結(jié)果。

3.2 軟件系統(tǒng)部分

新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)部分主要通過(guò)軟件技術(shù)提供各種通信接口和功能服務(wù)，并將各種通信協(xié)議的數(shù)據(jù)信息和各種操作軟件統(tǒng)一到一種模式的人機(jī)界面之下，使操作人員和使用人員能夠直觀(guān)地進(jìn)行觀(guān)測(cè)并做出判斷和操作。軟件系統(tǒng)部分是新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心與靈魂，通過(guò)軟件系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，不僅可以實(shí)時(shí)調(diào)度在該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備，而且能夠協(xié)同完成系統(tǒng)要求的各種功能。軟件平臺(tái)選擇具有運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)吞吐處理能力強(qiáng)、包含的I／O驅(qū)動(dòng)較為完備等特點(diǎn)的Java技術(shù)開(kāi)發(fā)。

4 新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

（1）能源數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集功能。新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的采集終端硬件能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集各類(lèi)能耗設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)主站并自動(dòng)保存到主站數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（2）人工／半人工錄入功能。新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠通過(guò)Web的方式實(shí)現(xiàn)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(dòng)采集方式采集的能源數(shù)據(jù)或使用自動(dòng)采集方式需要花費(fèi)高昂費(fèi)用的能源數(shù)據(jù)。半人工錄入方式使用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的手持式采集器通過(guò)工人自主采集，并在合適的條件下將采集器中的數(shù)據(jù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)较到y(tǒng)主站。

（3）能源管理功能。能源管理負(fù)責(zé)管理各種能耗設(shè)備和節(jié)能設(shè)備的相關(guān)基本參數(shù)，建立完善的設(shè)備臺(tái)帳，通過(guò)軟件與能耗監(jiān)測(cè)的模擬圖形顯示聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)生成能耗設(shè)備的能耗實(shí)時(shí)狀況圖，替代人工管理能耗設(shè)備工作。

（4）數(shù)據(jù)查詢(xún)功能。數(shù)據(jù)查詢(xún)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)企業(yè)能源購(gòu)進(jìn)數(shù)據(jù)查詢(xún)、各種能耗設(shè)備的能源消耗數(shù)據(jù)查詢(xún)以及能源剩余數(shù)據(jù)查詢(xún)功能，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將查詢(xún)結(jié)果反饋給用戶(hù)。數(shù)據(jù)查詢(xún)功能還支持各種圖表的輸出，方便用戶(hù)分析。

（5）報(bào)警管理功能。報(bào)警管理負(fù)責(zé)事件的報(bào)警、傳送、報(bào)警確認(rèn)處理以及報(bào)警記錄存檔。當(dāng)能耗設(shè)備的用能狀況出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)自定義報(bào)警條件通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)把報(bào)警信息傳送至用戶(hù)。報(bào)警傳送方式可以通過(guò)電子郵件傳送、指定打印機(jī)傳送或者發(fā)送短信到指定的手機(jī)通知用戶(hù)。

（6）能耗統(tǒng)計(jì)分析功能。能耗統(tǒng)計(jì)分析主要包括對(duì)新礦集團(tuán)節(jié)能狀況、能源消耗單項(xiàng)指標(biāo)、能耗情況、單位產(chǎn)品能耗情況、產(chǎn)值能耗情況、水資源消耗情況和廢棄物排放情況的分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗以及大能耗設(shè)備的能源利用情況，進(jìn)而分析各部門(mén)資源利用效率和節(jié)能潛力，統(tǒng)計(jì)各部門(mén)和各系統(tǒng)能源消耗狀況，為新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供一個(gè)完備的能耗成本、能耗管理和能耗數(shù)據(jù)傳遞與共享的信息平臺(tái)。

（7）數(shù)據(jù)報(bào)表功能。根據(jù)實(shí)際需要，新礦集團(tuán)可以根據(jù)各自部門(mén)的實(shí)際狀況和需求定制和設(shè)計(jì)自己所需要的報(bào)表，還可以設(shè)計(jì)和定制報(bào)表模板并通過(guò)報(bào)表模板生成數(shù)據(jù)報(bào)表，并且能夠?qū)?shù)據(jù)報(bào)表導(dǎo)出到Excel和Word格式文件中。單項(xiàng)能耗報(bào)表顯示水、電、煤、氣、油等各自單項(xiàng)能源實(shí)時(shí)使用狀況，匯總能耗報(bào)表顯示各種能源數(shù)據(jù)選項(xiàng)、工業(yè)生產(chǎn)綜合能耗和非工業(yè)生產(chǎn)綜合能耗。新礦集團(tuán)可以設(shè)定數(shù)據(jù)報(bào)表中能源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的取樣時(shí)間段，也可設(shè)定針對(duì)某一單位或部門(mén)的能源消耗統(tǒng)計(jì)情況。新礦集團(tuán)能源管理所需的各類(lèi)數(shù)據(jù)報(bào)表（包括各類(lèi)能源運(yùn)行的記錄表、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)表等）還可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)滿(mǎn)足國(guó)家發(fā)改委、統(tǒng)計(jì)局和國(guó)資委等國(guó)家行政部門(mén)的數(shù)據(jù)報(bào)送要求。

［1］ 朱權(quán)潔，歐陽(yáng)治華.鋼鐵企業(yè)能源計(jì)量實(shí)施監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.冶金自動(dòng)化，2010（1）

［2］ 尹盼，陽(yáng)春華.基于Zigbee技術(shù)的礦山監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009（2）

［3］ 鄭小虎.基于B／S結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性工業(yè)信息監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（6）

［4］ 劉勇，佟為明，畢勝，遲春來(lái).基于CAN總線(xiàn)的企業(yè)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2006（3）

［5］ 邱東，王威.鐵合金冶煉過(guò)程能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，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(tuán)有限責(zé)任公司節(jié)能環(huán)保處處長(zhǎng)，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，主要從事礦山能源環(huán)保經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域工作，參與多項(xiàng)節(jié)能減排、資源綜合利用、循環(huán)經(jīng)濟(jì)及管理等方面的研究。

（責(zé)任編輯 路 強(qiáng)）