CN113743818A - 一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统,包括无线监测模块、转发模块和工业互联网平台模块;无线监测模块用于使用无线通信物联网设备获取企业的能源消耗数据;无线通信物联网设备包括无线采集节点和数据转发基站,无线采集节点用于获取企业的能源消耗数据;转发基站用于将能源消耗数据发送至转发模块;转发模块用于将能源消耗数据传输至工业互联网平台模块;工业互联网平台模块用于对能源消耗数据进行分析,获得分析结果。本发明通过分布设置的无线监测节点来获取企业的能源消耗数据,这种设置方式不需要额外对能源监测设备的供电和通信线路进行运维,有效地降低了企业对于能源监控的管理成本。
Description
技术领域
本发明涉及能源管理领域,尤其涉及一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统。
背景技术
工业互联网是物联网技术、互联网技术和工业结合的产物,通过物联网设备来对生产过程中的原材料、能源、设备、成品等进行全程监测,实现了对工业生产过程的全生命周期跟踪。现有技术中,企业对于能源的监控一般是通过有线的物联网监测设备来实现,但是对于有线的物联网设备,需要额外地对通信线路,供电线路等进行部署,同时也需要对这些线路进行运维,这就导致对能源的管理成本比较高。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的目的在于提供一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统,包括无线监测模块、转发模块和工业互联网平台模块;
所述无线监测模块用于使用无线通信物联网设备获取企业的能源消耗数据,并将所述能源消耗数据传输至所述转发模块;
所述无线通信物联网设备包括无线采集节点和数据转发基站,所述无线采集节点用于获取企业的能源消耗数据,并将所述能源消耗数据发送至转发基站;
所述转发基站用于将所述能源消耗数据发送至所述转发模块;
所述转发模块用于将所述能源消耗数据传输至所述工业互联网平台模块;
所述工业互联网平台模块用于对所述能源消耗数据进行分析,获得分析结果。
作为优选,所述无线采集节点包括无线智能水表、无线智能气表和无线智能电表;
所述无线智能水表用于获取企业的用水量;所述无线智能气表用于获取企业的用气量;所述无线智能电表用于获取企业的用电量。
作为优选,所述转发模块包括无线路由器或4G通信基站或5G通信基站;
所述无线路由器或4G通信基站或5G通信基站用于接收转发基站发送过来的能源消耗数据,并将所述能源消耗数据传输至所述工业互联网平台模块。
作为优选,所述工业互联网平台模块包括数据存储单元、数据分析单元和数据管理单元;
所述数据存储单元用于接收来自转发模块的能源消耗数据,并对所述能源消耗数据进行存储;
所述数据分析单元用于采用预设的分析模型对所述能源消耗数据进行分析,获得分析结果;
所述数据管理单元用于对数据存储单元中存储的能源消耗数据进行查询操作、修改操作、删除操作和导出操作。
作为优选,所述对所述能源消耗数据进行分析,包括:
对能源消耗数据进行分类统计,获得统计结果;
对能源消耗数据进行预警监测,获得监测结果;
对能源消耗数据进行分类曲线绘制,获得企业消耗的不同类型的能源的折线图。
作为优选,所述无线采集节点分布设置在生产车间中。
本发明通过分布设置的无线监测节点来获取企业的能源消耗数据,这种设置方式不需要额外对能源监测设备的供电和通信线路进行运维,有效地降低了企业对于能源监控的管理成本。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1,为本发明一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统的一种示例性实施例图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示的一种实施例,本发明提供了一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统,包括无线监测模块、转发模块和工业互联网平台模块;
所述无线监测模块用于使用无线通信物联网设备获取企业的能源消耗数据,并将所述能源消耗数据传输至所述转发模块;
所述无线通信物联网设备包括无线采集节点和数据转发基站,所述无线采集节点用于获取企业的能源消耗数据,并将所述能源消耗数据发送至转发基站;
所述转发基站用于将所述能源消耗数据发送至所述转发模块;
所述转发模块用于将所述能源消耗数据传输至所述工业互联网平台模块;
所述工业互联网平台模块用于对所述能源消耗数据进行分析,获得分析结果。
本发明通过分布设置的无线监测节点来获取企业的能源消耗数据,这种设置方式不需要额外对能源监测设备的供电和通信线路进行运维,有效地降低了企业对于能源监控的管理成本。
作为优选,所述数据转发基站还用于将无线监测节点分为普通节点和转发节点,所述普通节点和转发节点均用于采集企业的能源消耗数据;
所述普通节点用于将企业的能源消耗数据传输至所述转发节点;
所述转发节点用于将接收普通节点发送过来的能源消耗数据,并将普通节点发送过来的能源消耗数据和自身采集的能源消耗数据发送至所述数据转发基站。
作为优选,数据转发基站通过如下方式将无线监测节点分为普通节点和转发节点:
数据转发基站向所有的无线监测节点广播通知消息;
接收无线监测节点传输回来的状态数据;
基于状态数据计算每个无线监测节点的传输能力指数;
将无线监测节点的分布区域划分成面积相等的Q个子区域;
将子区域中传输能力指数最大的无线监测节点作为转发节点,将子区域中除了转发节点之外的其它无线监测节点作为普通节点;
生成转发节点的ID列表和普通节点的ID列表,并将转发节点的ID列表和普通节点的ID列表广播至所有的无线监测节点。
现有技术中,一般是直接采用随机分配的方式将无线监测节点划分成普通节点和转发节点,但是这种设置方式并使得转发节点的分布不够合理,很容易出现某些区域的转发节点过少,从而极大地处于该区域的转发节点的工作寿命,导致需要频繁更换转发节点的电池,显然现有技术的方式是不合理的。而在本发明中,通过将分布区域划分成多个子区域,然后再分别获取每个子区域的转发节点,从而实现了转发节点的均匀分布。
作为优选,子区域的面积小于等于转发节点的通信范围的平均面积。
具体的,无线监测节点在接收到通知消息后,便向转发基站发送自身的状态数据。
无线监测节点可以从接收到的ID列表中查找自己的ID所在的列表,然后便可以知道自己是普通节点还是转发节点。
作为优选,所述状态数据包括剩余电量、邻居节点表、单位时间数据转发量等。
作为优选,所述传输能力指数通过如下公式进行计算:
其中,sdis(u)表示无线监测节点u的传输能力指数,w1,w2,w3表示预设的权重参数,w1+w2+w3=1,nfne(u)表示处于无线监测节点u的通信半径范围内的其它无线监测节点的数量,numst表示预设的处于无线监测节点的通信半径内的其它无线监测节点的数量标准值,erglf(u)表示无线监测节点u的剩余电量,ergst表示预设的剩余电量标准值,dstbs(u)表示无线监测节点u和数据转发基站之间进行通信的平均通信跳数,dstbsst表示预设的平均通信跳数标准值,α和β表示预设的比例系数,α与β的和为1,neiu表示处于无线监测节点u的通信半径范围内的其它无线监测节点的集合,dst(u,v)表示u和v之间的直线距离,dst表示预设的标准距离参考值。
在上述优选实施例中,计算传输能力时,从无线监测节点u与neiu中的无线监测节点在距离、数量、剩余电量、与数据转发基站之间的通信跳数等方面进行综合考虑,有利于获取准确的传输能力指数,传输能力指数,表示无线监测节点的通信效率越高。即传输单位大小的数据的电量消耗越小,本发明的设置方式有利于延长无线监测节点的平均工作寿命。
作为优选,所述将企业的能源消耗数据传输至所述转发节点,包括:
普通节点向其一跳范围内的转发节点发送空闲咨询信息,所述空闲咨询信息包括普通节点所要发送的能源消耗数据的大小、普通节点的ID、通信时间周期的编号;
转发节点接收到空闲咨询消息后,通过马尔可夫链预测自身在所述编号对应的通信时间周期内的数据转发量,并基于数据转发量计算繁忙程度指数,若所述繁忙程度指数小于预设的指数阈值,则转发节点向所述普通节点发送反馈消息,反馈消息包括转发节点的ID,转发节点的剩余电量,转发节点与数据转发基站之间的平均通信延时,繁忙程度指数;
其中,繁忙程度指数通过如下方式计算:
普通节点在发送完空闲咨询信息后,经过时间间隔T,判断接收到的反馈消息的数量是否为0,若是,则转发节点直接将企业的能源消耗数据传输至距离自身最近的转发节点,若否,则普通节点计算向其发送反馈消息的每个转发节点的通信效率指数:
其中,erg表示转发节点的剩余电量,dstcz表示转发节点和普通节点之间的距离,dlybs表示转发节点与数据转发基站之间的平均通信延时,
普通节点将企业的能源消耗数据发送至通信效率指数最大的转发节点。
在以上优选实施例中,普通节点并不是直接将能源消耗数据发送至转发节点,而是先向转发节点发送了空闲咨询信息,然后通过转发节点返回的反馈消息来选择转发节点。这种设置方式能够有效地降低通信冲突导致数据丢失的风险。如果普通节点直接将能源消耗数据发送至距离最近的转发节点,如果转发节点正好处于繁忙状态,那么就会发送冲突。如果有多个转发节点返回反馈消息,则选取通信效率指数最大的转发节点作为通信目标。这种设置方式有利于在提高能源消耗数据的传输安全性的同时降低电量消耗。通信效率指数能够选出剩余电量多,且距离近,且通信比较空闲的转发节点。
无线监测节点获得的数据具有一定的周期性和关联性,因此,可以根据最近的Z个通信时间周期的数据转发量来对下一个通信时间周期内的数据转发量进行预测。将最近的Z个时间周期的数据转发量存入集合{data1,…,dataz,…,dataZ}中,dataz表示第z个通信时间周期的数据转发量;对集合{data1,…,dataz,…,dataZ}的数据进行状态分类;分别计算每个状态的转移概率矩阵;计算自相关系数和步长权重;计算转移概率矩阵;然后就可以使用转移概率矩阵对下一个通信时间周期内的数据转发量进行预测。
作为优选,转发节点通过如下方式将能源消耗数据转发至数据转发基站:
若数据转发基站处于转发节点的通信范围之外,则转发节点采用多跳通信的方式将能源消耗数据发送至数据转发基站;
若数据转发基站处于转发节点的通信范围之内,则转发节点判断自身与数据转发基站之间的距离是否小于可变距离阈值,若是,则转发节点采用单跳通信的方式将能源消耗数据发送至数据转发基站,若否,则转发节点采用多跳通信的方式将能源消耗数据发送至数据转发基站;
所述可变距离阈值通过如下方式进行计算:
其中,valong(q+1)和valong(q)分别表示时刻q的可变距离阈值和时刻q+1的可变距离阈值,maR(s)表示转发节点的圆形通信覆盖范围的直径,tsm(s)表示转发节点的连续工作时长,tf表示预设的控制系数,eg(s)表示转发节点的剩余电量。
在上述优选实施例中,转发节点越靠近数据转发基站,则转发节点所需要承担的任务也越重,因此,如果不对能够直接与数据转发基站进行单跳通信的转发节点的通信方式进行限制,那么,这些能够直接与数据转发基站进行单跳通信的转发节点将会很快就消耗完电量。因此,本发明通过设置可变距离阈值来解决这个问题,可变距离阈值随着时间的增加而变大,直接与数据转发基站进行单跳通信的转发节点逐渐从与数据转发基站的单跳通信转变为多跳通信,从而有效降低这些转发节点的电量消耗的速度。
作为优选,采用多跳通信的方式将能源消耗数据发送至数据转发基站,包括:
若数据转发基站处于转发节点的通信范围之外,则转发节点将消耗数据发送至距离数据转发基站更近的另一个转发节点;
若数据转发基站处于转发节点的通信范围之内,则转发节点将能量消耗数据发送至能够与数据转发基站进行单跳通信的普通节点,所述普通节点用于将能量消耗数据发送至数据转发基站。
在以上实施例中,为不同位置的转发节点设置了不同的多跳通信方式,当数据转发基站处于转发节点的通信范围之内时,多跳通信的通信目标变成了普通节点,而不是另一个转发节点,这种设置方式能够有效降低能够直接与数据转发基站进行单跳通信的转发节点的电量消耗速度。
作为优选,所述无线采集节点包括无线智能水表、无线智能气表和无线智能电表;
所述无线智能水表用于获取企业的用水量;所述无线智能气表用于获取企业的用气量;所述无线智能电表用于获取企业的用电量。
无线智能水表主要是与供水管道连接,无线智能气表则主要是与天然气管道连接,无线智能电表主要是和供电线路连接。
另外,无线采集节点还可以包括无线重量传感器、无线油量传感器等,分别用于获取煤炭消耗数据、油料消耗数据等。
作为优选,所述转发模块包括无线路由器或4G通信基站或5G通信基站;
所述无线路由器或4G通信基站或5G通信基站用于接收转发基站发送过来的能源消耗数据,并将所述能源消耗数据传输至所述工业互联网平台模块。
随着5G建设的完善,一般优先采用5G通信的方式对能源数据进行传输,能够有效降低通信延时,实现对企业的能源消耗数据的实时监控和快速发现异常的能源消耗。
作为优选,所述工业互联网平台模块包括数据存储单元、数据分析单元和数据管理单元;
所述数据存储单元用于接收来自转发模块的能源消耗数据,并对所述能源消耗数据进行存储;
所述数据分析单元用于采用预设的分析模型对所述能源消耗数据进行分析,获得分析结果;
所述数据管理单元用于对数据存储单元中存储的能源消耗数据进行查询操作、修改操作、删除操作和导出操作。
可选的,分析结果如果需要进行存储,也可以存在数据存储单元中,这样就能够避免下次需要使用分析结果时,再次进行长时间的分析。
查询操作主要是根据能源消耗数据的属性来进行查询,例如根据能源消耗数据的类型、存储时间、数值等属性进行查询。修改操作则是对数据存储单元中的能源消耗数据的字段等内容进行修改。导出是指根据选定的时间段,将能源消耗数据从数据存储单元中导出。
作为优选,所述对所述能源消耗数据进行分析,包括:
对能源消耗数据进行分类统计,获得统计结果;
对能源消耗数据进行预警监测,获得监测结果;
对能源消耗数据进行分类曲线绘制,获得企业消耗的不同类型的能源的折线图。
作为优选,所述无线采集节点分布设置在生产车间中。
能源消耗数据的类型包括自来水、天然气、电等。可以统计在指定的时间段内的某种类型的能源消耗数据的总量、平均值等。对能源消耗数据进行检测,主要是对判断在预设的统计时间周期内,能源消耗数据的总量是否超过预设的预警阈值。曲线绘制主要是以时间为横轴,数值为竖轴,建立坐标系,然后在坐标系上将表示能源消耗数据的点进行连接,从而实现对能源消耗数据的消耗趋势的分析。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统,其特征在于,包括无线监测模块、转发模块和工业互联网平台模块;
所述无线监测模块用于使用无线通信物联网设备获取企业的能源消耗数据,并将所述能源消耗数据传输至所述转发模块;
所述无线通信物联网设备包括无线采集节点和数据转发基站,所述无线采集节点用于获取企业的能源消耗数据,并将所述能源消耗数据发送至转发基站;
所述转发基站用于将所述能源消耗数据发送至所述转发模块;
所述转发模块用于将所述能源消耗数据传输至所述工业互联网平台模块;
所述工业互联网平台模块用于对所述能源消耗数据进行分析,获得分析结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统,其特征在于,所述无线采集节点包括无线智能水表、无线智能气表和无线智能电表;
所述无线智能水表用于获取企业的用水量;所述无线智能气表用于获取企业的用气量;所述无线智能电表用于获取企业的用电量。
3.根据权利要求1所述的一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统,其特征在于,所述转发模块包括无线路由器或4G通信基站或5G通信基站;
所述无线路由器或4G通信基站或5G通信基站用于接收转发基站发送过来的能源消耗数据,并将所述能源消耗数据传输至所述工业互联网平台模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统,其特征在于,所述工业互联网平台模块包括数据存储单元、数据分析单元和数据管理单元;
所述数据存储单元用于接收来自转发模块的能源消耗数据,并对所述能源消耗数据进行存储;
所述数据分析单元用于采用预设的分析模型对所述能源消耗数据进行分析,获得分析结果;
所述数据管理单元用于对数据存储单元中存储的能源消耗数据进行查询操作、修改操作、删除操作和导出操作。
5.根据权利要求3所述的一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统,其特征在于,所述对所述能源消耗数据进行分析,包括:
对能源消耗数据进行分类统计,获得统计结果;
对能源消耗数据进行预警监测,获得监测结果;
对能源消耗数据进行分类曲线绘制,获得企业消耗的不同类型的能源的折线图。
6.根据权利要求1所述的一种基于工业互联网平台的企业能源管理系统,其特征在于,所述无线采集节点分布设置在生产车间中。
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