无线物联网的工业企业能耗监控系统设计

摘要：针对工业制造企业存在高能耗、高污染的问题，提出了一种用于工业企业能耗监控的多层级网络系统。本系统可完成企业内部电力、水资源以及燃气等能源消耗的智能监测，并将监测结果存储至Web服务器和后台数据库，在前端用户交互面板显示，以实现对企业能耗系统化的监控和管理目标。

关键词：物联网（IOT）；工业企业；能耗监控

0.引言

随着通信技术的迅猛发展，各行业加强智能化建设也迈向新的台阶。目前，无线公网在配电自动化和计量自动化中的应用都颇为广泛，*了供电企业抄表方式的转变[1]。为此，供电企业*智能电表和低压集抄全覆盖工作，逐步取消人工抄表模式，实现全量客户自动化模式抄表，以适应新一轮电力体制*新要求，提升企业管理水平，提高工作效率[2-4]。公网无信号区域大部分为偏远山区，人工抄表耗时费力且人身风险较大。显然，解决公网无信号区域的远程抄表问题是必行之举。

1.工业制造企业能耗监控中的物联网关键技术

1.1　环境信息感知设备

当前，工业制造企业能耗监控使用的传感装置包含电量传感器、测温传感器、ESR型燃气传感器、温度隔离变送器以及水位计，用于多源环境信息的感知、采集与处理分析[1]。而射频识别（RadioFrequencyIDentification，RFID）技术往往通过电子标签来记录多种多样的环境信息，可自动准确识别电力供电状态信息、设备维护的操作信息。一旦系统开启，便可实时监控、记录相关环境信息，并及时回传至后台处理。

1.2　网络通信技术

在工业制造企业的能耗监控过程中，对于物联网环境信息的感知、传输，通常更多用到无线网络通信技术、CC1100无线接收模块、全球移动通信系统（GlobalSystemforMobileCommunication，GSM）模块，形成各节点间的数据通信和资源共享。当前外部环境能耗监控中运用的网络通信技术，包括NSA/SA通信技术、窄带物联网（NarrowBandInternetofThings，NB-IoT），其中NSA/SA为常见的5G网络通信技术和双模通信模式，上行支持256正交振幅调制（QuadratureAmplitudeModulation，QAM）和HPUE、下行支持探测参考信号（SoundingReferenceSignal，SRS）轮发，可满足不同场景下的物联网数据传输要求。而NB-IoT属于小范围空间的无线移动通信网络，主要依托于5G移动蜂窝网络，在企业不同生产设备中部署，包括网络上行/下行基带信号、独立载波的部署，从而保证网络数据信息传输和智能业务分配的控制。

1.3　数据处理技术

利用物联网能耗监测系统和传感器装置接收网络数据信息，通常会被传送至多个网络节点进行处理。而用于数据处理控制的网络节点主要分为互联网信息物理系统（CyberPhysicalSystem，CPS）节点、有源CPS节点和无源CPS节点，其中互联网CPS节点可针对海量化的网络数据信息进行能耗监测数据计算、分析。而有源/无源CPS节点通过多个节点间的连接构建物联网系统的信息控制*，用于少量能耗监测数据信息的处理和存储。这样对简单能源消耗数据的处理可不再传送至核心处理器即可完成处理计算。

2物联网感知与传输技术的组成框架结构

物联网系统利用信息采集的传感装置、多种网络通信协议构建具有工业企业数据获取、处理、传递、存储与共享的多级结构。因而，依托智能传感器装置、网络通信协议、网关服务器、后台数据库等软硬件以及其他的可扩展组件，可完