基于物联网技术的新矿集团能源监测系统平台研究

刘元明 田 伟 单绍磊

（新汶矿业集团有限责任公司节能环保处，山东省新泰市，271233）

基于物联网技术的新矿集团能源监测系统平台研究

刘元明 田 伟 单绍磊

（新汶矿业集团有限责任公司节能环保处，山东省新泰市，271233）

介绍了新矿集团能源监测存在的问题，分析了新矿集团能源监测系统的设计目标，构建了基于物联网技术的新矿集团能源监测系统平台。该系统平台能够帮助新矿集团改变传统的能源管理方式，实现集团公司能源管理的在线实时监测、统计和分析功能，最终帮助新矿集团解决存在的用能结构不合理而导致的能源浪费状况。

物联网 能源监测 能源管理 耗能设备

能源消耗是企业最重要的核算成本之一，将能源进行有效地监测与管理已经成为增强企业竞争力的重要手段。因此，探讨如何在新形势下应用先进的物联网技术和电子信息技术解决高耗能的新矿集团能源监测、统计和分析中的定量管理，进而提升新矿集团的能源使用效率和改进新矿集团节能中的薄弱环节，这对新矿集团完成节能减排的约束性指标和提升新矿集团自身的社会效益和经济效益具有重要意义。

1 新矿集团能源监测存在的问题

新矿集团是以煤炭开采为主业的国有大型煤炭企业集团，在煤炭开采及日常工作实际中能源消耗量巨大。新矿集团下属几十家基层单位，集团公司无法及时地了解各基层单位的能源使用状况，而且当前的能源数据采集和报送模式也已经跟不上集团公司快速发展的需要。新矿集团在能源监测方面主要存在以下5个方面的问题：

（1）大型机电设备和关键生产环节缺少在线能耗监测。在煤炭开采生产过程中，大型生产机电设备和关键生产环节的能源消耗在总能耗中所占的比重较大，因此，及时掌握大型机电设备和关键环节的能源消耗状况对节能减排工作非常重要。

（2）已有的能源监测系统相互独立。虽然新矿集团中基础较好的公司已经开始建立自己的能源监测系统，但是由于整个集团公司没有总的能源监测信息平台，这使得下属公司和矿井的能源监测系统相互独立，能源监测数据不能共享，最终导致新矿集团决策者不能及时全面地掌握整个集团的能源消耗状况。

（3）能耗数据采集的有效性、准确性得不到保障。新矿集团各基层单位报表中的相关数据是通过平衡关系的公式相互关联的，有些填报单位却并不按公式来计算相关内容，经常出现人工修改的情况，这导致报到新矿集团的数据不符合要求，相关工作人员为了检查出一个错误能耗数据往往会付出较长的时间。

（4）能耗数据汇总统计工作量较大。新矿集团在以往的能耗统计中，工作人员采用手工录入的方式对各个下属公司能耗数据进行汇总统计，每次汇总统计大约需用一个星期，工作人员稍有不慎就将出现能耗数据录入错误，而且不易发现。

（5）能耗数据的接收及送达不及时。能耗数据采集的周期较长往往导致统计工作不能按时开展，同样，一份能耗数据报表也需要几天的时间才能从各个基层单位汇总到集团公司节能环保部门。

2 新矿集团能源监测系统设计目标

根据新矿集团能源监测存在的问题，设计开发了基于物联网技术的新矿集团能源监测系统平台，该系统平台能够改变新矿集团传统的能源管理方式，实现集团公司能源管理的在线实时监测、统计和分析功能。它结合物联网技术、计算机技术和工业自动化技术，基于物联网技术的新矿集团能源监测系统平台具体设计目标为以下4个方面：

（1）利用新矿集团现有的网络系统，结合物联网技术实现新矿集团能耗设备能源数据采集的准确性和及时性，满足新矿集团对能耗设备耗能数据的统计需求。

（2）利用物联网技术的特性，通过模块化设计提供灵活多变的实现方式，使新矿集团能源监测系统能够满足新矿集团对能源监测的各种需求。

（3）提供物联网专业接口平台，便于新矿集团能源监测系统升级和与其他管理系统相互融合。

（4）通过构建统计分析平台，为新矿集团提供各种实时监控图和曲线图，并根据新矿集团的具体需求生成各种类型的数据报表。

3 新矿集团能源监测系统平台构成

新矿集团能源监测系统平台主要包括硬件部分和软件系统部分。

3.1 硬件部分

新矿集团能源监测系统的硬件部分包括被采集设备（能耗设备）、采集设备、传输设备、系统主站等硬件设备，这些设备均应具备链接到物联网的基本条件。新矿集团能源监测系统硬件链接框架图如图1所示。

图1 新矿集团能源监测系统硬件链接框架图

（1）被采集设备。被采集设备主要是指用能单位的能耗设备，比如采煤机、运输机、提升机等机电设备，这些大型机电设备所用的能耗在新矿集团总能耗中所占比重较大。新矿集团能源监测系统要求这些设备已经具备或者通过简单的改造具备使用物联网技术的条件。

（2）采集设备。新矿集团能源监测系统中使用远传计量表等采集设备采集终端能耗数据，这些采集设备通过物联网的约定协议将采集到的终端能耗数据传输到系统主站。

（3）传输设备。新矿集团能源监测系统中传输设备将采集到的终端能耗数据通过远程传输方式传送到系统主站，系统主站支持GPRS、WLAN和集团内部局域网等多种传输方式的接入，物联网技术也支持以上各种传输方式。根据用能单位现场的实际条件，传输方式可选择GPRS网络、WLAN网络和集团内部局域网等技术手段中的一种或几种结合使用。

（4）系统主站。新矿集团能源监测系统主站包含中心机房和软件应用系统，软件应用系统中的监测、统计、分析及输出应用等系统用来实现集团内部能源使用状况的监测、分析、报警、预评估等功能。系统主站利用新矿集团内部局域网或广域网能够远程和在线查看监测结果。

3.2 软件系统部分

新矿集团能源监测系统中的软件系统部分主要通过软件技术提供各种通信接口和功能服务，并将各种通信协议的数据信息和各种操作软件统一到一种模式的人机界面之下，使操作人员和使用人员能够直观地进行观测并做出判断和操作。软件系统部分是新矿集团能源监测系统的核心与灵魂，通过软件系统的功能实现，不仅可以实时调度在该物联网系统中的各个设备，而且能够协同完成系统要求的各种功能。软件平台选择具有运行稳定、数据吞吐处理能力强、包含的I／O驱动较为完备等特点的Java技术开发。

4 新矿集团能源监测系统实现的功能

（1）能源数据自动监测采集功能。新矿集团能源监测系统中的采集终端硬件能够自动监测采集各类能耗设备的实时运行参数，通过物联网将采集到的数据传输到系统主站并自动保存到主站数据库中。

（2）人工／半人工录入功能。新矿集团能源监测系统能够通过Web的方式实现人工／半人工录入功能。人工录入方式主要用于录入不便使用自动采集方式采集的能源数据或使用自动采集方式需要花费高昂费用的能源数据。半人工录入方式使用基于物联网技术的手持式采集器通过工人自主采集，并在合适的条件下将采集器中的数据通过物联网传输到系统主站。

（3）能源管理功能。能源管理负责管理各种能耗设备和节能设备的相关基本参数，建立完善的设备台帐，通过软件与能耗监测的模拟图形显示联动，自动生成能耗设备的能耗实时状况图，替代人工管理能耗设备工作。

（4）数据查询功能。数据查询负责实现企业能源购进数据查询、各种能耗设备的能源消耗数据查询以及能源剩余数据查询功能，并通过物联网将查询结果反馈给用户。数据查询功能还支持各种图表的输出，方便用户分析。

（5）报警管理功能。报警管理负责事件的报警、传送、报警确认处理以及报警记录存档。当能耗设备的用能状况出现异常时，系统根据用户自定义报警条件通过物联网把报警信息传送至用户。报警传送方式可以通过电子邮件传送、指定打印机传送或者发送短信到指定的手机通知用户。

（6）能耗统计分析功能。能耗统计分析主要包括对新矿集团节能状况、能源消耗单项指标、能耗情况、单位产品能耗情况、产值能耗情况、水资源消耗情况和废弃物排放情况的分析，实时监测各种产品能源单耗、各工序能耗以及大能耗设备的能源利用情况，进而分析各部门资源利用效率和节能潜力，统计各部门和各系统能源消耗状况，为新矿集团能源监测系统提供一个完备的能耗成本、能耗管理和能耗数据传递与共享的信息平台。

（7）数据报表功能。根据实际需要，新矿集团可以根据各自部门的实际状况和需求定制和设计自己所需要的报表，还可以设计和定制报表模板并通过报表模板生成数据报表，并且能够将数据报表导出到Excel和Word格式文件中。单项能耗报表显示水、电、煤、气、油等各自单项能源实时使用状况，汇总能耗报表显示各种能源数据选项、工业生产综合能耗和非工业生产综合能耗。新矿集团可以设定数据报表中能源监测数据的取样时间段，也可设定针对某一单位或部门的能源消耗统计情况。新矿集团能源管理所需的各类数据报表（包括各类能源运行的记录表、日报、月报、年报表等）还可以通过互联网满足国家发改委、统计局和国资委等国家行政部门的数据报送要求。

［1］ 朱权洁，欧阳治华.钢铁企业能源计量实施监测管理系统的设计与实现［J］.冶金自动化，2010（1）

［2］ 尹盼，阳春华.基于Zigbee技术的矿山监测预警系统［J］.工业控制计算机，2009（2）

［3］ 郑小虎.基于B／S结构的开放性工业信息监控系统研究［J］.昆明理工大学学报，2001（6）

［4］ 刘勇，佟为明，毕胜，迟春来.基于CAN总线的企业能源监测系统研究［J］.仪器仪表学报，2006（3）

［5］ 邱东，王威.铁合金冶炼过程能耗监测系统的实现［J］.工业控制计算机，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

刘元明（1964－），男，山东泰安人，新汶矿业集团有限责任公司节能环保处处长，高级经济师，主要从事矿山能源环保经济领域工作，参与多项节能减排、资源综合利用、循环经济及管理等方面的研究。

（责任编辑 路 强）