摘要：随着物联网技术的飞速进步和广泛应用，基于物联网的能耗在线监测平台已经成为企业实现节能降耗和优化能源管理的关键工具。物联网技术的快速发展促进了大数据、云计算、人工智能等新兴技术在工业领域的广泛采用。物联网能耗在线监测平台能够对企业的用电、用水和能耗等关键环节进行实时监控，及时发现并解决问题，从而提高能源使用效率。
本平台通过实现能耗的在线监测和数据分析，帮助企业深入了解能源使用状况，优化能源利用效率，并合理安排生产计划。文章首先介绍平台的总体方案，然后提出基于物联网的能耗在线监测平台的应用策略，供业界参考。
关键词：物联网；能耗在线监测平台；数据采集；数据分析
引言
随着节能减排政策的实施和传统行业的转型，企业对能耗的关注增加，纷纷投资于能源管理体系和节能改造。然而，多数企业的能耗管理仍依赖于人工抄表和统计，缺乏实时监测和数据分析功能，导致无法准确掌握能耗数据。应用物联网技术于企业能耗监测系统，可以实现能源消耗的实时采集、分析和监控，并将数据传递给管理层，为节能降耗提供依据，提升企业经济效益。
1 平台总体方案
系统采纳了分层架构模式，包含采集层、网络层、数据层和应用层。能耗在线监测平台承担了总体设计的角色，通过精确操控采集设备，执行能源计量和实时监测任务，建立了一套能源统计和平衡的策略，实现了在线监测与管理的目标。利用物联网技术，系统将各个层级紧密整合为一个统一的平台。该系统由能源计量装置、能耗监测终端（例如电能表）、网络传输设备（如通讯网关）等关键组件构成，通过采集设备与服务器的连接，服务器再通过通讯网关与现场设备相连，完成数据的采集和传输工作。
2 基于物联网的能耗在线监测平台应用策略
2.1 智慧化系统设计
该系统基于节能减排的核心理念，旨在提升效率、减少能源消耗和污染。它通过物联网技术对工业企业进行智能远程监控和管理，实现能源资源的智能化、精细化和数字化管理。系统设计包括：（1）数据采集，通过智能化改造企业计量装置，实时收集用能设备数据，并与能源在线监测系统对接；（2）数据传输，利用TCP/IP协议和GPRS/4G无线通信技术实现数据传输；（3）数据处理，使用分析软件整理能耗数据，并设定报警阈值；（4）能耗在线监测系统分为感知层、网络层和应用层，分别负责数据采集、传输和分析处理；（5）平台建设，创建能耗监测管理平台，并划分为工业企业能耗监测、能源审计与节能诊断、能源统计分析与能效评估三个子平台。
2.2 数据采集系统
数据采集系统由数据采集层、网络层和应用层构成。数据采集层包括传感器、电表等设备，负责实时采集能耗数据；网络层由工业以太网和无线通信网络组成，用于数据传输；应用层提供能耗分析和管理功能。该系统支持企业能耗数据的实时在线采集，助力企业能源优化和管理。
2.2.1 集中采集
集中采集系统部署于企业能源管理，包括计量、数据采集和控制设备，实时采集、传输和存储用能数据，为能源管理人员提供直观展示，优化能源配置。系统通过以太网与能源管理通信，集中传输数据至采集设备，实时采集和上传。新生产单元加入时，系统自动分配采集设备号进行管理。
2.2.2 分散采集
分散式数据采集策略涉及在各个生产单元和车间安装数据采集器，以便实时追踪能源消耗数据。存在两种主要方法：一种是将数据集成到PLC控制单元中，实现对设备的控制、监控和保护，并实时跟踪能源使用情况；另一种是通过无线网络将数据发送到服务器，服务器处理后将数据上传至云平台。
2.3 系统控制与管理
能耗在线监测系统由多个独立子系统组成，满足不同行业和规模企业的需求。平台负责监控、管理和分析这些子系统，提供实时能源管理信息和服务。系统控制与管理包括：（1）能源管理，远程监控设备运行状态和能耗，优化能源配置；（2）用能分析，统计分析企业用能情况，为节能降耗提供决策依据；（3）数据采集与传输，采用多种方式实时传送数据至存储和分析系统；（4）部署监控应用软件和数据库管理系统，确保硬件设备正常运行；（5）用户分组管理，根据权限访问子系统，每个组具有不同权限级别和操作频率。
图 1 监控系统网络架构图
2.4 资源共享与交换
本平台结合以太局域网（Ethernet）和以太网技术实现数据传输，其中 Ethernet 通过 IP 协议进行数据交换，以太网则通过 TCP 协议传输数据。在 Ethernet 中，用户通过客户端程序访问服务器上的客户机程序，并通过 TCP/IP 协议与服务器进行通信和数据交换。在资源共享和交换过程中，需遵循 TCP/IP 协议规定的消息格式和内容，如字段类型、数据长度等。同时，平台设计中需将 Ethernet 与以太网相结合，Ethernet 通过 TCP/IP 协议与服务器交互，服务器响应后用户继续发送请求。在发送请求时，Ethernet 需将数据封装为 UDP 包发送至以太网。
2.5 数据分析与处理
工业企业的能源消耗数据采集范围广泛、频率高、数据量大，但处理能力有限。本平台使用 Python 编程语言构建能源消耗数据分析平台，并将数据处理流程封装为 API 接口供企业用户调用。平台主要功能包括：（1）能耗数据处理分析，提供多种能源消耗指标计算和查询功能；（2）能源平衡计算分析，提供多种计算功能和方式；（3）统计查询功能，包括用电量和用能量查询；（4）数据挖掘分析，包括能耗强度分析和多维度对比分析；（5）报表展示功能，包括日报表、月报表、年报表等。
2.6 能耗指标控制
企业主要使用煤电作为生产原料，采用人工和半自动生产模式。能耗控制包括实时监测和分析各工艺环节的能耗数据，及时发现并调整影响能源消耗的问题，优化生产过程。平台提供数据支持和决策依据，及时预警能耗指标波动。
2.7 能耗数据展示与查询
能耗在线监测平台可定制模板，如能源平衡表、能耗对比等，并以多种图表形式展示数据。用户可查询历史数据，按企业规模和能耗种类划分展示功能，自定义查询条件。平台提高了企业能源管理水平和利用率，实现了能源监测和控制全覆盖。
3 安科瑞Acrel-5000建筑能耗分析系统
Acrel-5000建筑能耗分析系统，作为一款用户端能源管理分析系统，其在电能管理系统的坚实基础上，进一步拓展了对水、气、煤、油、热(冷)量等能源的集中采集与分析功能。该系统能够详尽地对用户端所有能耗进行细分与统计，并通过直观的数据与图表形式，向管理人员及决策层清晰呈现各类能源的使用消耗状况。这一功能不仅有助于快速识别高耗能点及不合理的耗能模式，还能有效促进能源的节约利用，为用户的后续节能改造或设备升级提供坚实的数据支持。
用户可依据相关规定，利用该系统实施能源计算，深入分析当前能源使用现状，精准查找存在的问题，充分挖掘节能潜力，进而提出具有针对性的节能措施。此外，该系统还支持用户向县级以上负责节能管理工作的部门提交详尽的能源计算报告，确保能源管理工作的规范性与透明度。
4 应用场所
适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等多种行业的能耗监测与管理系统的规划、建设及维护服务。
5 系统组网图
6 系统功能
6.1 系统概况
实时展示平台运行状态，精准折算当月能耗，并集成地图导航功能。同时，提供各能耗的逐时、逐月曲线图，以及当日、当月能耗的同比分析滚动展示，让用户一目了然。
6.2 用能概况
全面对比建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能情况，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线的查看，以及分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比，帮助用户深入了解用能状况。
6.3 用能统计
针对建筑、区域、分项、支路等结构，提供日、月、年报表形式的分类能源用能统计，支持报表数据导出至EXCEL，并可选择建筑数据进行柱状图生成，直观展示用能数据。
6.4 复费率统计
复费率报表按日、月、年统计单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用，进行详尽的统计分析。同时，支持数据导出到EXCEL，便于用户进一步处理和分析。
6.5 同比分析
对建筑、分项、区域、支路等用能进行日、月、年的图形和报表结合式同比分析，让用户能够清晰看到用能数据的变化趋势和差异。
6.6 能源流向图
能源流向图以图形方式展示单栋建筑在设定时段内各类能源从源头到末端的流向，支持按原始值和折标值查看，帮助用户全面了解能源使用情况。
6.7 夜间能耗分析
通过表格、曲线、饼图等形式对选定支路分类能源在设定时段内工作时间与非工作时间的用能进行统计对比，支持导出报表，让用户能够深入分析夜间能耗情况。
6.8 设备管理
设备管理模块涵盖设备类型、设备台账、维保记录等功能，辅助用户合理管理设备，确保设备的正常运行和高效使用。
6.9 用户报告
用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果。同时，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑，满足用户个性化需求。
7 系统硬件配置
8 结束语
能耗在线监测平台在促进节能减排、优化能源管理、执行能源审计等方面展现了优异的成果。它为企业在节能管理、能源审计和合理用能方面提供了有力的技术支持，同时为能源行业的绿色低碳转型提供了关键的技术支持。该平台依托企业的能耗数据，通过精确采集、细致分析和专业处理企业用能设备的能耗信息，结合企业能源管理体系和能源审计的标准要求，对企业用能设备的能耗表现进行深入分析和评估，推动企业不断改进能效管理。
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