EMQ&优特云-贵阳娃哈哈生产基地物联网能耗监控项目回顾与展望
Fan Wang
随着我国经济水平、工业制造业的不断发展，工业生产对环境和资源造成的压力越来越大。为了促进经济和社会的协调发展，国家提出可持续发展的战略目标。由于工业企业中能源消耗是企业正常生产经营中不可或缺的必要条件，且在企业产品成本中占的比例越来越大，因此节能降耗已成为企业节省资源、降低成本的主要手段。
目前大部分工业企业使用的能源种类复杂，包括水、电、气、光伏等。很多传统能耗监控手段仍然基于人工方式相对比较简单，无法全方位、实时自动化的对能耗数据进行采集，能耗数据采集阶段存在基础能耗数据缺失、数据统计不完善、实时性、可靠性和真实性差等问题。 对于采集懂得数据，也会由于企业存在数据存储与分析、能耗管理系统上的能力不足，导致对能耗数据缺乏有效的管理利用手段，长期存在能耗分析手段匮乏等一些列问题。
随着物联网技术的不断发展，工业企业也逐渐开始利用物联网和大数据技术来应对日趋严峻的能耗管理问题。利用物联网技术对生产设备、厂区、物流等的能耗的实时采集，通过云上能耗监控与管理系统对能耗数据进行有效利用与分析，成为各工业企业逐渐关注和实践的方向。贵阳娃哈哈生产基地能耗监控项目就属于利用新型物联网技术实现能耗管理水平升级的优秀案例。
娃哈哈项目的需求与挑战
娃哈哈贵阳生产基地始建于2003年，坐落于贵阳市白云区经济开发区景宏工业园，占地面积145亩，是贵阳市乃至贵州省食品饮料行业的龙头企业。
娃哈哈贵阳生产基地每日饮料产品产量超过5000吨，合计超过1千万瓶，在整个娃哈哈集团中产量排名第二，厂房规模排名第三，这样一个大厂区里能耗始终是企业管理者关心的问题。主要的能源种类水，电、天然气、高压蒸汽资源以目前的产能状况消耗来看，高峰时期厂区每天用电超过30万度，耗水12000吨，蒸汽用量超过50吨，大量的能源消耗已经成为主要的生产成本。如何实现高效率低能耗的生产是摆在管理者面前的关键问题。
从2003年起，娃哈哈贵阳生产基地在不同时间点分四期扩建了厂房。所以在厂区生产线建设以及能耗计量设备的选型方面，不同阶段设备信息化、智能化程度也不尽相同。如何对面积庞大的生产基地实现设备接入覆盖，新老设备实现统一接入成为了建设统一的能耗监控平台提出了比较大的挑战。
在本项目实施之前，娃哈哈贵阳基地并没有能力对各个生产线的电表与气表进行自动化数据采集，一直沿用人工抄表的方式。但由于厂区面积大，实际生产管理工作人员数量很少（很多生产线已经实现自动化无人生产，厂区工人和管理人员数量并不多），巡检频率和效率都很难有保障。工人很多时候为了保证生产而将生产线上大部分电表和空压机开启，实际并非所有生产线都需要全部开启设备，这样导致了大量电、气能源浪费。因此建立一个统一、实时的能耗监控平台，使生产能耗数据数字化、透明化是帮助管理人员精细化管理能耗，是实现节能减排的重要一步。
EMQ与优特云工业能耗监控方案
从2017年中开始，在贵州市政府和娃哈哈集团的大力支持下，贵州优特云联合EMQ启动了贵阳娃哈哈生产基地物联网能耗监控项目。项目第一期针对3个厂区的电表和气表进行实时采集，利用物联网云平台实现能耗数据汇聚，并通过远程大屏和手机小程序对能耗数据进行监控、分析和报警。 在本项目之前，厂区也做过能耗数据采集和监控项目，然而由于设备接入种类有限，数据存储和展示只能分散在各个配电室和厂房本地，无法实现整个厂区的各类表计的数据统一接入。所以项目实施后并没有较好的管理人员对能耗的实时监控，也无法很好的支持能耗管理流程的改进。因此本期项目在规划实施之初，厂方也对项目提出了明确的需求：
- 尽可能多的覆盖三个厂区的电表和气表；
- 所有数据统一接入存储到云平台中；
- 数据采集和展示要保证实时性。
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项目实施基于贵州优特云的中小企业云平台和EMQ物联网设备管理与应用使能平台，由贵州优特云负责整体项目实施与监控平台应用开发：
- 边缘层：通过在不同厂区的不同位置部署多台工业网关连接 Modbus 等各类工业总线和工业协议后将各类工业表计数据采集到网关中。根据网关所在位置和网络条件，基于4G或有线网络将数据上报到平台中。数据实时性根据不同业务需求从秒级到分钟级不等。
- 平台层：EMQ提供的物联网设备管理与应用使能平台可将工业网关上报到数据进行汇聚和存储，并为应用层提供数据接口支撑。平台具备以下特点：
- 平台基于EMQX消息中间件，具备高稳定性，能够保证全天候运行和重要的工业数据稳定传输；平台数据接入与路由可达到毫秒级延时，保证工业数据监控的实时性；
- 平台提供丰富的数据接口，大大加速上层工业应用和数据分析系统的开发；
- 平台提供远程网关配置与管理能力，方便用户对网关的管理。
- 应用层：提供对各类工业表计的实时监控大屏与移动端小程序，对电表、气表、光伏用电等数据进行实时监控。应用层通过在平台层设置业务规则实现对表计数据的阈值设定与报警能力，当表计上报数据发生过载等问题时及时推送报警消息给厂区管理人员。 由于厂区内一部分表计比较陈旧，无法提供数据采集接口。为保证采集覆盖率，优特云与厂房协调并设计了人工抄表流程，并集成到自动采集应用中实现人工与自动抄表的统一化数据汇聚。
一期项目总体覆盖了娃哈哈贵阳基地的三个厂区的能耗监控，部署工业网关11个，自动采集电表、气表200多块，数据采集点超过5000个。
本期项目成果与对未来的展望
本期项目从2019年初试运行到3月份正式运营，系统已稳定运转超过6个月。在平台设计与实施过程中，我方与生产基地管理人员一起对物联网能耗平台设计与需求进行不断打磨。生产基地管理人员也依据平台能力不断改进整个厂区的能耗管理流程。从实时上报的数据与告警信息中，管理人员制定了一系列新的能耗管理流程，如根据生产线运行负荷对空压机这类高耗能设备管网并线等操作，实现更高效的精细化管理。 贵阳厂区正式上线使用能耗监控平台与新的操作流程后，能耗效率评比在整个娃哈哈集团30多个厂区的排名从之前的20多名到现在的连续3个月荣获集团第一，成果十分显著。这一成绩引起了娃哈哈集团以及贵阳市政府的高度关注。 通过一期项目的成果实施，企业方也更加坚定了继续深化改造的信心。后期我们将基于目前的成果一方面扩大数据采集业务范围，将物流、厂区管理等其他方面数据实现采集和统一化调度与管理；另一方面深化数据采集与生产过程结合，通过大数据模型对生产能耗数据分析，利用分析结果实现对生产过程的智能化、自动化的管理。
一些感想
近两年随着国家对制造业产业升级以及节能减排的项目的推动与支持，大量的工业互联网、智慧工厂类项目得以启动和实施，但并非所有项目都能取得预期的效果。
一方面，工业企业在长期发展过程中从设备到流程技术的水平不均衡，改造升级的难度与投入成本参差不齐。如果项目规划不能结合企业实际情况，一味追求大而全一步到位，往往很难在短期让企业看到实际效果，继而失去对项目的信心。
另一方面，信息化智能化技术提升与生产管理流程的提升需要互相配合，如果企业没有积极参与到改造项目中，结合技术提升实现真正的流程改造，就无法真正实现生产效率提升与生产成本的降低目标。
娃哈哈贵阳基地项目中，我们通过小步快跑的方式针对生产过程中最急迫解决的问题，通过技术改造与流程改造相结合，实现了能耗管理的跨越式进步，让企业看到了实际效果，为后期进一步深化改造业提供了坚实的基础。此项目的成果交付也为我们其他工业物联网项目提供了可借鉴的宝贵经验。
相关链接： EMQX工业物联网解决方案