趙鐵軍

（中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，北京 102400）

1 概況

在“雙碳”的大背景下，節(jié)能增效、低碳賦能是當(dāng)代企業(yè)的主題，利用新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)企業(yè)日常運(yùn)營(yíng)中的能耗實(shí)施監(jiān)測(cè)、管控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常、浪費(fèi)現(xiàn)象和設(shè)備維護(hù)問題，節(jié)能增效、減少設(shè)備故障率、保障安全生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間，提高企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)水平。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要支撐，正在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇，在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、促進(jìn)節(jié)能減排等方面發(fā)揮著重要作用，助力企業(yè)向著實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展、高效率治理的目標(biāo)不斷邁進(jìn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工礦企業(yè)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)具有互聯(lián)化、自動(dòng)化、感知化等特性，它是基于互聯(lián)網(wǎng)等傳統(tǒng)信息承載體，通過傳感設(shè)備，實(shí)施監(jiān)控、采集、信息交互，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的互聯(lián)互通的平臺(tái)。

工礦企業(yè)根據(jù)RS-485總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)約定，通過智能儀表和傳感器采集所需信息，可以把用能設(shè)備設(shè)施與網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)泛在感知、信息傳輸和智能處理。企業(yè)有關(guān)人員可遠(yuǎn)程通過PC端或手機(jī)端實(shí)時(shí)獲取與權(quán)限匹配的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)。

3 公司物聯(lián)網(wǎng)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

3.1 系統(tǒng)實(shí)施規(guī)劃

公司占地63.8萬m2，生產(chǎn)車間19個(gè)，生產(chǎn)過程中主要消耗水、電、氧氣這3類能源。

由于不同的車間能耗各有側(cè)重，公司存在監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布廣、覆蓋面大、工序分級(jí)層次多等實(shí)際問題。經(jīng)多方論證，考慮分2期實(shí)施，第一期涵蓋15個(gè)單位60個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如10kV開閉站、各車間的一、二級(jí)計(jì)量點(diǎn)。第二期對(duì)未納入監(jiān)測(cè)的部分予以補(bǔ)充；對(duì)于已經(jīng)納入的部門，著重完善重點(diǎn)耗能設(shè)備的監(jiān)測(cè)。

3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)搭建

能耗監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)主要分3層。感知層是由各種儀表和傳感器組成，作用是獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；傳輸層由監(jiān)控終端采集器和開關(guān)量采集單元組成，作用是轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)模式，處理及傳輸數(shù)據(jù)；統(tǒng)計(jì)計(jì)算層由主站服務(wù)器、大屏幕組成，統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)、展示計(jì)算結(jié)果，方便做出決策，見圖1。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

3.2.1 具備RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)的各類儀表、傳感器

智能水表：提供精準(zhǔn)的用水信息，顯示瞬間流量和累計(jì)流量。智能電表：提供精準(zhǔn)的電量信息，實(shí)時(shí)傳輸電量數(shù)據(jù)。智能氧氣表：采用渦街原理，抗震性能好，無零點(diǎn)漂移，方便聯(lián)網(wǎng)。

小電流接地選線裝置：具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析裝置自動(dòng)選線功能，濾除干擾信號(hào)，選線正確率100%。

水浸傳感器：水浸情況發(fā)生時(shí)自動(dòng)報(bào)警，選用長(zhǎng)壽命、高可靠性，長(zhǎng)時(shí)間浸泡也不會(huì)發(fā)生電泳極化的傳感器；

煙感報(bào)警器：通過監(jiān)測(cè)煙霧的濃度來防范火災(zāi)，選用光電傳感模式的煙霧探測(cè)裝置。

3.2.2 開關(guān)量采集單元

開關(guān)量采集單元是專為配電、工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)等領(lǐng)域開發(fā)設(shè)計(jì)，具有遙信功能，用于將傳感器產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于通訊傳輸和識(shí)別的信號(hào)。在本系統(tǒng)里將水浸、煙感傳感器產(chǎn)生的有源或無源開關(guān)量信號(hào)接收，再轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的RS485通訊數(shù)字信號(hào)。

3.2.3 監(jiān)控終端采集器

監(jiān)控終端采集器是終端設(shè)備與系統(tǒng)平臺(tái)間的數(shù)據(jù)交互橋梁，是網(wǎng)絡(luò)主站與智能水、電、氧氣表及傳感器之間的通訊接口設(shè)備，具備數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)上傳等功能。

主要功能有：

（1）數(shù)據(jù)采集。支持串口、以太網(wǎng)，智能配置、兼容標(biāo)準(zhǔn)電力規(guī)約的各類儀表。

（2）數(shù)據(jù)上傳。具有多平臺(tái)上傳的能力。

（3）邊緣計(jì)算。靈活的報(bào)警閾值設(shè)置、本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)、主動(dòng)上傳報(bào)警信息、數(shù)據(jù)合并計(jì)算、斷點(diǎn)續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密。

（4）開放的路由網(wǎng)絡(luò)方式，根據(jù)實(shí)際情況，傳輸方式可選擇4G或5G。

（5）遠(yuǎn)程管理。遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程升級(jí)、遠(yuǎn)程監(jiān)視。

（6）將一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有通訊數(shù)據(jù)匯總后，實(shí)時(shí)上傳主站系統(tǒng)，它具有多個(gè)下行通訊接口及1個(gè)或多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)接口，例如，針對(duì)熱鍍中心區(qū)域內(nèi)6塊智能電表的數(shù)據(jù)匯總，上傳主站。

3.2.4 系統(tǒng)工程實(shí)施及網(wǎng)絡(luò)上傳設(shè)計(jì)

智能電表、水表、氧氣表通過RVSP2*1.0線纜手拉手相連引至區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控終端采集器。要注意的是線纜屏蔽層要做接地處理，這樣可以起到較好的抗干擾作用。

不具備智能性質(zhì)的煙感報(bào)警器、水浸探測(cè)器，首先要與開關(guān)量采集單元相連，然后開關(guān)量采集單元再通過RVSP2*1.0線纜與監(jiān)控終端采集器相連。

監(jiān)控終端采集器可選擇4G、5G或有線網(wǎng)絡(luò)的方式，將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)平臺(tái)。用戶可根據(jù)自身需求選擇合適的通訊方式，將性價(jià)比和可拓展性貫穿在項(xiàng)目設(shè)計(jì)當(dāng)中。在終端監(jiān)控的儀表和傳感器數(shù)量還不多，以及還沒有實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)傳輸要求時(shí)，采用有線或4G網(wǎng)絡(luò)，降低成本。

隨著終端監(jiān)控?cái)?shù)量的增多，采集內(nèi)容、頻次的增加，將會(huì)有海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，甚至未來有可能使用巡檢機(jī)器人來承擔(dān)一部分監(jiān)測(cè)工作，數(shù)據(jù)種類趨向多樣性，包括數(shù)據(jù)信息、視頻監(jiān)控、安全信息等，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求高時(shí)，采用5G網(wǎng)絡(luò)，它的大帶寬、低延時(shí)、海量數(shù)據(jù)傳輸速率高，并配合邊緣計(jì)算的功能，可有效解決4G網(wǎng)絡(luò)所帶來的瓶頸問題。

4 物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)組成

物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)具有2層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首層是由具有電力監(jiān)控功能的物聯(lián)網(wǎng)斷路器組成，它集用電數(shù)據(jù)采集及傳輸于一體；第二層是由PC或手機(jī)監(jiān)控終端組成，用于查看設(shè)備狀態(tài)和發(fā)送調(diào)控指令，見圖2。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)安全用電管理系統(tǒng)圖

4.2 具有電力監(jiān)控功能的物聯(lián)網(wǎng)斷路器

物聯(lián)網(wǎng)斷路器在正常電路條件下能夠連接互聯(lián)網(wǎng)，可以接通、承載以及分?jǐn)嚯娏鳎材茉谝?guī)定的非正常電路條件（例如短路）下接通、承載一定時(shí)間和分?jǐn)嚯娏鞯臋C(jī)械開關(guān)電器。由斷路器主體模塊、通訊傳輸模塊、電源模塊組成。

在傳統(tǒng)斷路器基礎(chǔ)上增加了電壓、電流、電量、開關(guān)狀態(tài)、電弧、三相不平衡、線路溫度及漏電情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能和手自一體控制管理，具備全電量采集和參數(shù)閥值設(shè)定功能，可實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)預(yù)警、報(bào)警機(jī)制，把電氣安全事故扼殺在萌芽之中。

管理者可通過電腦或手機(jī)遙控?cái)嗦菲鞯拈_斷，用物聯(lián)網(wǎng)管理軟件來實(shí)現(xiàn)集中和分區(qū)域的電能供給管理。

斷路器主體模塊：主體模塊包含有電機(jī)、齒輪和過電流檢測(cè)電路板。當(dāng)主回路出現(xiàn)過電流時(shí)，安裝于斷路器內(nèi)的電流互感器二次側(cè)輸出信號(hào)至過電流檢測(cè)電路板，過電流檢測(cè)電路板判斷電流值超過預(yù)設(shè)動(dòng)作閾值時(shí)，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使斷路器脫扣，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)延時(shí)過流保護(hù)。

通訊傳輸模塊：支持雙向互聯(lián)網(wǎng)通訊，支持NBIOT/2G/4G/Zigbee/485通訊方式，支持有線以太網(wǎng)通訊，具有100M網(wǎng)口（RJ45)，無線WiFi功能，內(nèi)置2.4GWiFi功能，自帶熱點(diǎn)，支持向下串口通訊功能、數(shù)據(jù)計(jì)算分析存儲(chǔ)功能。

電源模塊：AC110～260V（超寬電壓工作范圍），輸出電壓：DC12V。

4.3 節(jié)能管控應(yīng)用

本著先探索，獲取經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)步推進(jìn)的原則，物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)首先應(yīng)用在了公司路燈照明管理上。

公司有200余盞路燈分布在廠區(qū)各地、覆蓋區(qū)域大。原路燈設(shè)計(jì)采用定時(shí)器控制，每隔一段時(shí)間就需要人為調(diào)整開關(guān)燈時(shí)間，維護(hù)管理工作量較大。管理人員不能隨著天黑天亮?xí)r間變化而實(shí)時(shí)調(diào)整開啟關(guān)閉時(shí)間，這樣有可能造成早開燈晚關(guān)燈的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生能源的浪費(fèi)，無法做到精細(xì)化管理。

加裝物聯(lián)網(wǎng)安全用電控制管理后，根據(jù)日出日落自然規(guī)律，四季日照差別和企業(yè)實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀況，通過網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一下發(fā)開關(guān)燈時(shí)間，實(shí)時(shí)優(yōu)化路燈控制策略，在滿足路燈照明的前提下，遠(yuǎn)程精細(xì)化控制開關(guān)燈時(shí)間，節(jié)約了電能。

4.4 電氣安全應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)回路、設(shè)備用電的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、閥值設(shè)定、電氣故障及故障類型的預(yù)警、報(bào)警。讓電力維護(hù)人員清晰了解用電異常信息、精確定位異常用電回路，便于快速解決用電故障，有針對(duì)性的進(jìn)行線路改造和優(yōu)化。

目前公司路燈系統(tǒng)開啟方式為時(shí)控器定時(shí)控制接觸器吸合方式，缺乏保護(hù)手段，當(dāng)預(yù)埋線路老化，發(fā)生漏電、短路或者電纜發(fā)熱等安全隱患時(shí)，無法第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，這樣就需要安排專職人員定時(shí)巡檢。尤其是雨雪天氣時(shí)易發(fā)生線路漏電，人員途經(jīng)路燈桿附近時(shí)，容易造成漏電傷人事故。

安裝物聯(lián)網(wǎng)安全用電管理系統(tǒng)后，可對(duì)路燈運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)用電線路發(fā)熱、過載、過欠壓漏電等故障時(shí)通過平臺(tái)或App實(shí)時(shí)將預(yù)警、報(bào)警信息推送給管理人員進(jìn)行合理處置，最大程度預(yù)防電氣線路著火和人員觸電事故發(fā)生，也可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程脫扣管理，定時(shí)開關(guān)及經(jīng)緯度開關(guān)燈，實(shí)現(xiàn)用電的智慧化管理，同時(shí)運(yùn)行管理人員無需現(xiàn)場(chǎng)巡視即可實(shí)時(shí)觀察路燈運(yùn)行狀態(tài)及電氣安全分析，預(yù)防電氣故障發(fā)生，減少財(cái)產(chǎn)損失，減少人員巡檢、維護(hù)管理費(fèi)用。

4.5 智能運(yùn)維應(yīng)用

目前公司的3#、4#泵站所在位置為廠區(qū)外圍，其作用是生產(chǎn)用水供給，處于無人值守狀態(tài)，因此當(dāng)用電回路發(fā)生故障時(shí)不能及時(shí)察覺，只有等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)反饋無水后才能知曉，這樣會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成很大的影響。

安裝物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)后通過PC端或者手機(jī)App實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電電源、循環(huán)水泵的運(yùn)行情況，同時(shí)當(dāng)供電線路存在用電安全隱患時(shí)可提前預(yù)警，避免造成設(shè)備損壞，減少維護(hù)成本。同時(shí)，所有設(shè)備的用電量實(shí)現(xiàn)以年、月、日為單位的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、查詢及導(dǎo)出表格，便于管理人員掌握設(shè)備同比、環(huán)比的能耗變化，進(jìn)行針對(duì)性的運(yùn)維管理。

5 思考

大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)字化運(yùn)營(yíng)改變著企業(yè)的傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)模式。一方面企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取生產(chǎn)生活中的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，另一方面這些數(shù)據(jù)通過多維度的統(tǒng)計(jì)、對(duì)比、分析，對(duì)企業(yè)本身的頂層設(shè)計(jì)、經(jīng)營(yíng)管理帶來更高的價(jià)值。

6 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是企業(yè)數(shù)字化經(jīng)營(yíng)的基礎(chǔ)，這是一個(gè)不斷優(yōu)化和迭代的過程，隨著技術(shù)的進(jìn)步，將會(huì)有更多的企業(yè)運(yùn)營(yíng)要素被納入監(jiān)測(cè)、管控范圍。

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的燎原之勢(shì)，為高質(zhì)量發(fā)展賦能助力，生產(chǎn)制造企業(yè)緊跟物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)制造過程中，讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展的新動(dòng)力，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，共建物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能制造的深度融合，為經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供內(nèi)生動(dòng)力。