[0001] 本实用新型涉及能源管理技术领域，特别涉及一种能源监测与能耗趋势预测系统。

[0002] 能源是现代社会的核心资源之一，对工业生产、交通运输、家庭生活等方面有着至关重要的作用。尤其在工业生产方面，工业能耗占据全社会能源消耗的较大比重。

[0003] 目前，现有的能耗监测系统在投入使用时，仅对所采集到的能耗数据进行展示，单一实现能耗的监测需求，并未采取有效的方法去挖掘和处理能耗数据中所蕴含的信息，如不同车间的同环比分析、能耗趋势分析、能耗趋势预测功能等，造成较大的资源浪费。实用新型内容

[0004] 针对表述问题，本实用新型为改进上述不足之处，提供一种工业车间综合能耗感知与预测系统，搭建一种从能耗数据采集‑‑能耗实时监控‑‑能耗数据统计‑‑能耗数据分析与预测‑‑能源数据分析报告等全过程的能耗感知与预测系统。

[0005] 本实用新型是由以下技术方案实现的：

[0006] 一种工业车间综合能耗感知与预测系统，包括设备感知层、网络传输层、系统应用层，所述设备感知层包括智能电表、电子远程水表以及流量计，所述智能电表接入到设备供电线路中，所述电子远程水表接入到设备供水管道中，所述流量计接入到设备气体管道中；所述网络传输层包括Lora模块、Lora网关和通讯网络，所述Lora模块采用工业级端子接口，使用电源线材和数据线材为28‑16AWG，所述Lora模块数传终端天线接口为SMA阴头插座；所述系统应用层包括存储服务器、能源数据统计模块、能源数据分析模块、能源数据报表生成模块和能耗趋势预测模块，所述能源数据统计模块是能源数据分析模块、能源数据报表生成模块和能耗趋势预测模块的数据基础。

[0007] 优选的，所述设备感知层包括智能电表、电子远程水表以及流量计，它们与Lora模块采用有线方式连接，连接方式为：通过RS‑485通信接口，采用Modbus‑RTU协议，使用屏蔽双绞线以菊花链的形式连接，一条总线最多可连接32台设备，总线始端和末端可使用终端电阻进行连接。

[0008] 优选的，所述网络传输层Lora模块与Lora网关通过单跳网格的组网方式进行连接，Lora网关位处于星形网络的核心位置。

[0009] 优选的，所述系统应用层包括存储服务器，存储服务器包含一台主服务器和一台从服务器，系统数据库采用MYSQL搭建主从复制集群。

[0010] 优选的，所述系统应用层还包括能源数据统计模块，能源数据统计模块包含交互显示和用能统计，所述交互显示采用85英寸、Full HD分别率屏幕。

[0011] 优选的，所述系统应用层还包括能源数据分析模块，能源数据分析模块包含用能单元能耗分析、单位产品能耗分析和万元能耗分析，所述用能单元能耗分析、单位产品能耗分析在从服务器中调取数据，所述用能单元能耗分析、单位产品能耗分析为万元能耗分析提供基础数据源。

[0012] 优选的，所述系统应用层还包括能源数据报表生成模块，能源数据报表生成模块包含分析报表和统计报表。

[0013] 优选的，所述系统应用层还包括能耗趋势预测模块，能耗趋势预测模块包含改进后的长短期记忆神经网络算法。

[0014] 与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

[0015] 本实用新型建立一种从能耗数据采集‑‑能耗实时监控‑‑能耗数据统计‑‑能耗数据分析与预测‑‑能源数据分析报告等全过程的能源感知与预测系统，该系统既能对车间的能耗进行实时监测，又能深度地挖掘能耗数据中所蕴含的信息，使技术人员在同环比分析、能耗趋势分析、能耗趋势预测的参考下做出生产调整，提高企业工作效率、降低能源消耗和降低产品能源成本。

[0018] 参照图1，一种工业车间综合能耗感知与预测系统，包括设备感知层、网络传输层、系统应用层。

[0019] 其中设备感知层包括智能电表、电子远程水表以及流量计；智能电表接入到设备供电线路中，其用于采集设备运行的电消耗量；电子远程水表接入到设备供水管道中，其用于采集设备运行的水消耗量；流量计接入到设备气体管道中，其用于采集设备运行的气消耗量，智能电表、电子远程水表、流量计分别与设备单独连接。

[0020] 网络传输层包括Lora模块、Lora网关和通讯网络，Lora模块采用工业级端子接口，使用电源线材和数据线材为28‑16AWG，Lora模块数传终端天线接口为SMA阴头插座，其用于接收智能电表、电子远程水表、流量计所采集的能源消耗数据；智能电表、电子远程水表、流量计与Lora模块采用有线方式连接，连接方式为：通过RS‑485通信接口，采用Modbus‑RTU协议，使用屏蔽双绞线以菊花链的形式连接，总线始端和末端可使用终端电阻进行连接，其用于确保智能电表、电子远程水表、流量计与Lora模块之间的通信质量，保证数据的稳定传输和可靠性；Lora网关位处于星形网络的核心位置，Lora网关与Lora模块通过单跳网格的组网方式进行连接，其用于扩展覆盖范围，提高网络的可靠性与抗干扰能力。

[0021] 系统应用层包括存储服务器、能源数据统计模块、能源数据分析模块、能源数据报表生成模块和能耗趋势预测模块。

[0022] 存储服务器包含一台主服务器和一台从服务器，系统数据库采用MYSQL搭建主从复制集群，主服务器负责处理写入操作和数据更新，从服务器复制主服务器数据负责处理读取数据，两台服务器均为2U机架式服务器，内存容量至少为2*16GB RDIMM，标配硬盘容量至少3*4TB和集成双千兆光纤以太网口配置，其用于减轻主服务器的读取压力，提高读取性能和可用性；能源数据统计模块包含交互显示和用能统计，交互显示，定制大屏展示界面，其用于以数据可视化的方式直观显示企业内部各用能单元的能耗数据、报表、分析报告以及能耗比较、排名，用能统计，对底层智能仪表采集的数据进行分类计算，其用于按照日、周、月、年等周期对厂区、车间、产线等用能单元的能耗情况进行汇总和查看；能源数据分析模块包含用能单元能耗分析、单位产品能耗分析和万元能耗分析，用能单元能耗分析，将各种类型的能源消耗与各个主要的耗能单元与去年同期值和上月值进行同比环比分析，并以图表联动的形式直观呈现，其用于发现各个耗能单元的能耗波动、检测节能效果和识别异常能耗，单位产品能耗分析，根据生产订单、工艺计划与用能单元总能耗，以月、季、年为周期计算分析单位产品能耗，其用于设定节能目标和优化生产工艺，万元能耗分析，统计分析企业在一定时期内生产出的价值一万元的产品所消耗的能源以及企业每万元工业增加值所消耗的能源量，其用于评估经济效益和比较行业竞争力；能源数据报表生成模块包含分析报表和统计报表，分析报表，按日、月、年为周期生成能源成本分析报告、能源账单分析报告、单位产品消耗分析报告、单位产品能耗成本分析报告，支持定制和生成各类业务、不同样式的专用分析报表，其用于控制能源成本，统计报表，根据企业规定报表格式生成、打印车间、产线、工段等用能单元在一定时间周期内对电、气、水能源的消耗统计、用能排名统计报表，其用于识别产线的节能潜力；能耗趋势预测模块基于历史能耗数据与改进后的长短期记忆神经网络算法实现，能耗趋势预测模块中所设计的改进长短期记忆神经网络算法是通过APSO（改进粒子群算法）对传统LSTM模型（长短期记忆神经网络）的输入序列长度和隐藏层单元数进行优化进行搜寻全局最优解，目前的LSTM超参数的选择通常过分依赖于研究人员的个人经验和对专业知识的理解度，耗时久且容易受到主观因素的影响，通过改进的长短期记忆神经网络进行训练预测模型，其用于提高预测模型的准确性和鲁棒性。

[0023] 该系统的工作原理参考图2，在设备感知层中，智能电表、电子远程水表、流量计各自接入到对应采集单元线路中，对采集单元所消耗能源量进行实时数据采集，智能电表、电子远程水表、流量计通过RS‑485通信接口、Modbus‑RTU协议，使用屏蔽双绞线以菊花链的形式进行有线连接，将采集到的各采集单元实时能耗数据传输到Lora模块，由Lora模块向位处于星形网络的核心位置Lora网关以无线方式进行实时能耗数据传输，再由Lora网关通过MQTT协议与平台服务器建立数据传输。

[0024] 与此同时，Lora模块均设有开发的心跳包，心跳包用于检测模块是否在线和通信质量的稳定性，当模块被接入到网络中时，会定时发送心跳包，以告知网络自己的存在，并通过接收来自网络的心跳包，检测网络通信的质量和稳定性，如果模块长时间没有发送心跳包，网络就会认为该模块已经离线或者通信质量不稳定，平台服务器通过判断心跳包的状态确认Lora模块的在线状态，从而生成报警信息。

[0025] 平台服务器接收Lora网关传输的相关能耗数据，主服务器负责处理写入操作和数据更新，从服务器复制主服务器数据负责处理读取数据，能源数据统计模块、实时数据模块在从数据库进行数据获取，在实现各自模块功能后，为能耗预测模型提供训练预测模型的数据源，以闭环的方式始终以产线、车间的实时数据通过训练好的能耗预测模型预测未来能源消耗趋势，结合预测能源消耗趋势对能耗数据信息进行挖掘、分析，判断其分析、预测的数据是否异常，若异常则反馈到平台服务器，否则继续向下流动形成一个闭环链。

[0026] 该系统既能对车间的能耗进行实时监测，又能深度地挖掘能耗数据中所蕴含的信息，使管理人员在同环比分析、能耗趋势分析、能耗趋势预测的参考下做出生产调整，提高企业工作效率、降低能源消耗和降低产品能源成本。

[0027] 以上所述仅为本实用新型的较优实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。