摘要：隨著(zhù)節能減排要求的深入以及日益激烈的市場(chǎng)競爭，如何降低小麥加工過(guò)程能耗和運營(yíng)成本已經(jīng)成為業(yè)內的熱點(diǎn)問(wèn)題。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),建立了小麥加工過(guò)程的能耗監測系統,實(shí)現對小麥加工的各工段和設備能耗以及運行狀態(tài)數據的自動(dòng)采集與傳輸,并通過(guò)對數據的匯總與分析，為節能降耗提供基礎數據。設計的系統在河南某面粉有限公司進(jìn)行了示范應用,提高了企業(yè)能耗管理水平，降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞:小麥加工；能耗監測；物聯(lián)網(wǎng)；生產(chǎn)執行系統（MES）

0引言

小麥經(jīng)過(guò)加工形成面粉的工藝流程主要包括小麥清理、小麥制粉、配粉、面粉后處理等。原糧經(jīng)篩選、去石、打麥、色選、著(zhù)水潤麥，完成小麥清理工段；經(jīng)過(guò)研磨、松粉、篩選與清粉后，即可按要求生產(chǎn)出各個(gè)等級的面粉，完成小麥制粉工段；面粉后處理工段主要包括微量元素的添加以及面粉搭配，以改變面粉品質(zhì)和營(yíng)養。

電耗是小麥加工企業(yè)運行中的重要經(jīng)濟指標。隨著(zhù)小麥加工工藝的改進(jìn)，以及小麥加工設備制造水平的提高，加工設備中用電設備日漸增多，功率越來(lái)越大，而且隨著(zhù)電能價(jià)格的上調，能耗水平對小麥加工企業(yè)的利潤影響愈發(fā)明顯。小麥加工過(guò)程中能源成本占生產(chǎn)總成本的6%，占加工總成本的30%，因此，能耗水平是衡量小麥加工企業(yè)管理水平和技術(shù)水平的一項重要指標。所以小麥加工企業(yè)要想方設法提高能源利用效率和管理水平來(lái)降低能耗，以應對日益激烈的市場(chǎng)競爭。

能耗監測系統，對于企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高用能效率意義重大。能耗監測系統包括能耗計量、傳輸網(wǎng)絡(luò )、數據處理中心、監測管理軟件系統等方面，具有采集、傳輸、儲存、分析等功能。系統利用智能儀表采集用能數據，通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )將數據上傳到數據處理中心進(jìn)行儲存、分析、管理優(yōu)化等，管理者可以通過(guò)局域網(wǎng)、因特網(wǎng)等途徑查詢(xún)實(shí)時(shí)能耗信息。為小麥加工企業(yè)提供一個(gè)集過(guò)程監控、能源管理為一體的先進(jìn)能源管理系統。

1系統結構設計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能耗監測系統分為感知層、傳輸層和應用層，分別由智能儀表、中間傳輸設備以及數據處理中心等部分組成。

1.1數據處理中心

數據處理中心由數據庫服務(wù)器和Web服務(wù)器構成，負責接收數據集中器上報的數據，并對數據進(jìn)行存儲、匯總分類(lèi)和統計分析。同時(shí)，為管理人員提供能耗監測管理平臺，實(shí)現實(shí)時(shí)監測、能耗數據查詢(xún)以及統計分析等功能。

能耗監測系統中的管理分析系統屬于數據中心端系統，是能耗監測系統的核心部分，安裝于服務(wù)器中，負責廠(chǎng)區能耗數據的集中管理，功能包括計量?jì)x表管理、傳輸網(wǎng)絡(luò )管理、能耗數據接收儲存、匯總統計和分析展示等。管理分析系統采用易于管理維護的B/S架構，支持主流的數據庫系統，如Oracle，MicrosoftSQLServer等。管理分析系統支持多種能源的能耗管理，并具有一定的可擴充性。該系統能夠實(shí)現自動(dòng)抄表，對于無(wú)法自動(dòng)采集到的數據，支持手動(dòng)錄入（或導入）功能。

1.2中間傳輸設備

中間傳輸設備屬于物聯(lián)網(wǎng)三層結構中的傳輸層，將感知層同應用層連接起來(lái)。中間傳輸設備通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)連接企業(yè)中的計量?jì)x表，支持多種主流的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，主動(dòng)對計量?jì)x表進(jìn)行能耗數據采集，定時(shí)或按需將能耗數據上傳到數據庫服務(wù)器中。

1.3智能儀表

智能儀表構成物聯(lián)網(wǎng)感知層，采用具備數據傳輸以及檢測電壓、電流以及功率功能的智能儀表(如智能電能表)，帶有硬件時(shí)鐘和完備的通信接口，具有高可靠性、高安全等級以及大存儲容量等特點(diǎn)。負責采集小麥加工各個(gè)工段以及一些設備的能耗和運行狀態(tài)數據，為整個(gè)系統提供原始數據。

2系統硬件設計

2.1處理中心設備

處理中心設備主要包括數據庫服務(wù)器、Web服務(wù)器和管理分析系統。數據庫服務(wù)器采用流行的Oracle的數據庫管理系統，該系統具有以下特點(diǎn)：①支持大數據庫、多用戶(hù)的事務(wù)處理；②遵守數據存取語(yǔ)言、用戶(hù)接口和網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議的工業(yè)標準；③支持分布式數據庫和分布處理；④具有完備的實(shí)施安全性控制；⑤具有可移植性、可連接性和良好的兼容性。

2.2數據傳輸系統

根據企業(yè)管理、生產(chǎn)過(guò)程的要求，數據傳輸系統分為現場(chǎng)級和管理級，分別使用工業(yè)串行總線(xiàn)技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)構建。

工業(yè)串行總線(xiàn)技術(shù)采取RS-485電氣標準配合MODBUS通訊協(xié)議的方式，是當前流行的一種現場(chǎng)級布網(wǎng)方式，其特點(diǎn)是成本低廉，實(shí)施簡(jiǎn)單方便，現在大多數工業(yè)現場(chǎng)傳感器都支持RS-485電氣標準和MODBUS通訊協(xié)議。

MODBUS通訊協(xié)議已經(jīng)成為一種通用的工業(yè)通訊標準，該通訊協(xié)議是開(kāi)放的，使用時(shí)不涉及費用和知識產(chǎn)權等問(wèn)題，并且支持RS-232，RS-485等多種電氣接口，對傳輸介質(zhì)沒(méi)有特殊要求（雙絞線(xiàn)，無(wú)線(xiàn)，光纖等均可）。不同廠(chǎng)商的設備可以連成工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行集中監控。MODBUS協(xié)議使用主—從技術(shù)，即主設備發(fā)出請求，其他設備（從設備）響應主設備的請求并執行請求，如返回相應數據，從設備之間不能相互通信。本系統中，數據集中器為主設備，智能儀表為從設備。主設備可以通過(guò)廣播方式和從設備通信，也可以一對一的方式和從設備通信，以廣播方式通信時(shí)，從設備接受到廣播命令后執行該命令且不會(huì )向主設備應答，以一對一方式通信時(shí)，從設備接收并處理完主設備的請求后，向主設備作出回應。MODBUS協(xié)議有RTU模式及ASCII模式兩種傳輸模式可選，這決定了信息如何打包和解碼，同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中只能選擇一種模式，且網(wǎng)絡(luò )中所有設備的串行口參數都要相同。

在工業(yè)現場(chǎng)控制中，控制對象分布比較分散，因而往往采用集中管理、分散控制的集散式控制方式，這就構成了集散控制系統(DCS，DistributedControlSystem)，由于串行通信所需的傳輸線(xiàn)較少，組網(wǎng)成本低，應用于DCS中具有成本優(yōu)勢。在眾多串行接口標準中，RS-485接口以其抗干擾能力強、結構簡(jiǎn)單、傳輸速率高、傳輸距離遠、組網(wǎng)方便等優(yōu)勢，在DCS中得到廣泛應用。通過(guò)RS-485總線(xiàn)實(shí)現廠(chǎng)區能耗數據采集、傳輸和匯總。

數據集中器采用西門(mén)子的通信模塊，是智能儀表與數據處理中心進(jìn)行數據交換的橋梁。該通信模塊支持RS-485傳輸接口，通過(guò)該通信模塊實(shí)現對與其通過(guò)總線(xiàn)連接的各個(gè)電能表的數據匯總，然后將匯總的能耗數據上傳到數據處理中心。

管理級網(wǎng)絡(luò )使用工業(yè)以太網(wǎng)布網(wǎng)，用戶(hù)計算機、數據處理中心的服務(wù)器及數據集中器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )連接。工業(yè)以太網(wǎng)在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容，為了符合工業(yè)應用的標準，在材質(zhì)選擇、實(shí)時(shí)性、抗干擾性、可靠性和安全性等方面進(jìn)行改進(jìn)，并形成了安全可靠、通信速率高、價(jià)格低廉以及應用廣泛的工業(yè)以太網(wǎng)。

2.3能耗采集系統

能耗采集的對象是企業(yè)的各種用電設備，采用的采集裝置為智能電表、電流傳感器，壓力傳感器以及溫度傳感器。根據用電設備對生產(chǎn)的重要性將用電設備分為一般監測設備和監測設備。對于一般監測設備，將其按工段劃分，對每個(gè)工段能耗和狀態(tài)進(jìn)行監測，以減少系統投入。監測設備是指磨粉機、粉碎機、高壓風(fēng)機、高方篩以及羅茨風(fēng)機，以上設備是小麥加工中的核心設備，其工作狀態(tài)直接影響小麥加工企業(yè)的能耗水平和出粉率以及產(chǎn)出面粉的質(zhì)量，而這些因素無(wú)一不關(guān)系到企業(yè)能否在激烈的市場(chǎng)競爭中存活下去。因此，本文所述的能耗采集系統根據需要為每臺監測設備配備電流傳感器、壓力傳感器或者溫度傳感器，以便實(shí)時(shí)準確地監測每臺設備的運行狀態(tài)，當其電流、溫度以及壓力中的某一項或幾項的數值偏差較大時(shí)，及時(shí)切斷異常設備的電源供應，避免其影響生產(chǎn)線(xiàn)上其它設備的運行及產(chǎn)品的質(zhì)量，以保證企業(yè)的正常運轉。

3系統軟件設計

3.1與企業(yè)MES的整合

為了實(shí)現企業(yè)信息化和生產(chǎn)自動(dòng)化，設計了小麥加工能耗監測系統與企業(yè)MES的整合方案。MES使得公司下層DCS系統與上層ERP系統有機結合，公司各部分自動(dòng)化系統統籌管理，解決了“自動(dòng)化信息孤島”的問(wèn)題。

MES一方面為企業(yè)的生產(chǎn)管理提供先進(jìn)的信息平臺，另一方面為企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理和決策提供數據支撐，是企業(yè)實(shí)現管理和可持續發(fā)展的前提。MES可以實(shí)現以下目標：①實(shí)現對ERP、預算等企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策系統的數據支撐，為企業(yè)戰略發(fā)展提供準確、可靠的依據；②實(shí)現全廠(chǎng)物料平衡，優(yōu)化生產(chǎn)運行，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)的靈活性，提高生產(chǎn)管理的決策能力；③實(shí)現以裝置、進(jìn)出廠(chǎng)計量數據為主體的全廠(chǎng)數據模型及信息平臺，為物料平衡提供數據支撐，及時(shí)、準確、跟蹤生產(chǎn)物流，為指導企業(yè)優(yōu)化運行提供依據。

企業(yè)的MES通過(guò)“時(shí)林”平臺構建，進(jìn)行數據庫的開(kāi)發(fā)與界面設計�！皶r(shí)林”平臺是時(shí)林公司研究開(kāi)發(fā)的開(kāi)放性平臺，主要提供用戶(hù)一種交互式操作的界面，負責用戶(hù)權限控制，客戶(hù)端邏輯操作畫(huà)面加載，業(yè)務(wù)數據的顯示和接收用戶(hù)的命令，對象存取控制，映射，域名解析，數據緩存，業(yè)務(wù)邏輯組件加載與卸載，數據事務(wù)控制和數據訪(fǎng)問(wèn)層等。

能源管理分析系統采用ADO.NET技術(shù)實(shí)現對數據庫的訪(fǎng)問(wèn)，其編程環(huán)境為.NetFramework4.0平臺，所涉及的編程語(yǔ)言有SQL和C#。系統主要實(shí)現數據采集傳輸設備的信息管理，能耗數據的自動(dòng)采集、儲存、分類(lèi)，查詢(xún)，統計分析，對設備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測，使管理人員能夠更加清晰地了解企業(yè)生產(chǎn)的狀態(tài)，提高能源計量水平和能源核算效率，跟蹤能源消耗，降低企業(yè)成本。

3.2系統的安全性設計

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境日益復雜，對數據安全構成威脅的因素日益增多。為了應對這些威脅，保護數據安全，防止數據外泄以及應對可能出現的網(wǎng)絡(luò )攻擊，可以從以下方面著(zhù)手：①訪(fǎng)問(wèn)控制：加強對特權用戶(hù)的控制，對數據進(jìn)行分級管理并設置訪(fǎng)問(wèn)權限，防止越權，建立詳細的數據庫訪(fǎng)問(wèn)和操作記錄，嚴格控制外接存儲設備的使用；②數據保護：對數據和數據傳輸網(wǎng)絡(luò )加密，對導出以及備份的數據加密；③數據監控：建立數據審計系統并確保審計數據的安全性和保密性，定時(shí)檢查數據庫的安全系統；④用戶(hù)管理：確保用戶(hù)擁有安全有效的密碼，對用戶(hù)集中管理；⑤軟件安全：設立防火墻，及時(shí)更新殺毒軟件修補安全漏洞。

4設計的能耗監測系統的優(yōu)勢分析

目前，能耗監測方法有：總量管理、人工管理、獨立管理�？偭抗芾碇荒芨鶕�能源購入量統計，無(wú)法掌握能源的具體使用細節；人工管理由于采用的儀表老舊，不具有數據傳輸功能，只能通過(guò)人工讀��；獨立管理為設備配備監控設備，其它設備則采用總量管理或人工管理。

綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能源監測系統具有如下優(yōu)勢：

（1）能夠對全廠(chǎng)的能源進(jìn)行集中監測，對設備監測，指導企業(yè)進(jìn)行預防性檢修。

（2）在公司層面對能源系統采用分散控制和集中管理，能夠做到實(shí)時(shí)監測。

（3）降低能源管理成本，提高管理效率。

（4）提高能源計量水平和能源核算效率。

（5）建立詳細的用能數據庫，為進(jìn)一步的能源優(yōu)化提供數據支持。

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(kāi)放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供能源物聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)的平臺。用戶(hù)僅需購買(mǎi)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)數據服務(wù)。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預付費管理、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(yǔ)言、多終端數據訪(fǎng)問(wèn)。

（2）應用場(chǎng)所

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

（3）平臺結構

（4）平臺功能

◆電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現對各種監測數據的查詢(xún)、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進(jìn)行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢(xún)供配電室內各設備運行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數，并根據實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢(xún)或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

◆能耗分析

能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現從能源數據采集、過(guò)程監控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機結合起來(lái)，運用先進(jìn)的數據處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析與管理，實(shí)現全廠(chǎng)能源系統的統一調度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

◆預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶(hù)及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進(jìn)行配置；

3）用戶(hù)管理：對商鋪用戶(hù)執行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢(xún)等操作；

4）售電管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作；

5）售水管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售水、退水、記錄查詢(xún)等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢(xún)，本系統所有的報表及記錄查詢(xún)，都支持excel格式導出。

預付費看板

◆充電樁管理

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監控、運營(yíng)分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數據監測，也可以實(shí)現定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁(yè)面

◆安全用電

安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線(xiàn)溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實(shí)現及時(shí)的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實(shí)現“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。填補了原先針對“九小場(chǎng)所”和�；�品生產(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統化”、用電管理“精細化”的實(shí)際需求。

（5）系統硬件配置

6結語(yǔ)

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入能耗的監測與管理分析，通過(guò)智能儀表采集企業(yè)中設備的能耗數據和運行數據，得到真實(shí)可信的基礎數據�；�礎數據通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )上傳到數據中心，數據中心對能耗數據進(jìn)行存儲、統計、分析，實(shí)現了對全廠(chǎng)的能耗管理，有效提高了能源管理水平，為企業(yè)制定節能方案提供數據支持。

通過(guò)與企業(yè)MES的整合，構成一個(gè)可靠的管理系統，使得企業(yè)的信息化水平進(jìn)一步提高，提高了企業(yè)的生產(chǎn)管理能力，為企業(yè)帶來(lái)良好的社會(huì )和經(jīng)濟效益。

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