1、測試床名稱

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)在空壓機節(jié)能上的應(yīng)用

2、發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式

深圳市匯川技術(shù)股份有限公司       謝振華          18689212809
華為技術(shù)有限公司                   殷宏              18665363625

3、合作公司

空壓機廠商：廣東艾高裝備公司
空壓機終端用戶：正元包裝公司

4、測試床目標(biāo)和概述

空壓機的作用是通過壓縮空氣提供動能，其應(yīng)用領(lǐng)域和實際用途都非常廣泛，是現(xiàn)代工業(yè)重要的生產(chǎn)設(shè)備。 據(jù)統(tǒng)計，目前空壓機全國存量約120+萬臺，每年增量達(dá)20+萬臺。
本測試床的項目目標(biāo)是基于公有云，結(jié)合空壓機物聯(lián)網(wǎng)平臺的監(jiān)控能力以及收集的大量數(shù)據(jù)，通過應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對空壓機運轉(zhuǎn)的合理控制，達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。

5、測試床解決方案架構(gòu)

5.1     測試床應(yīng)用場景

空壓機能源浪費的主要場景：
1）空載運行時電能浪費嚴(yán)重
通常，空壓機系統(tǒng)設(shè)計或設(shè)備選型都是按照最大負(fù)荷條件進(jìn)行的。但在實際使用中，用氣端負(fù)荷是變化的。有資料顯示，一般壓縮空氣系統(tǒng)的負(fù)荷率為60%～70%。中國空壓機設(shè)備負(fù)荷率為66%，即設(shè)備在其余34%的時間里以卸載方式運行。此時對于采用常規(guī)調(diào)節(jié)方式的螺桿空壓機而言，其功率消耗仍為滿載功率的20%～40%。卸載運行時的能耗為總能耗的9%～18%，能源浪費嚴(yán)重。

2）壓差損耗
空壓機的輸出壓力基本上是現(xiàn)場技術(shù)人員根據(jù)實際經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)定，而且一旦設(shè)定，將較長時間不變化，直到生產(chǎn)設(shè)備用氣需求發(fā)生變化。一般說來，輸出壓力會大于實際使用所需的壓力。例如輸出壓力是8個大氣壓，而實際使用壓力只需輸出6個大氣壓。如果根據(jù)實際需求，將輸出壓力設(shè)定為6個大氣壓，將節(jié)省25%的電力。
3）其他能源損失情況
空壓機的效率，減少壓氣管道內(nèi)的壓力損失和泄漏，節(jié)約壓氣的消耗量，提高壓縮機的工作可靠性，維持其高效運行與降低能耗具有十分重要的意義，是其主要發(fā)展方向。

5.2     測試床重點技術(shù)

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析，探索新的節(jié)能措施
通過大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集，充分了解空壓機的運行規(guī)律，實時掌握空壓機的運行狀態(tài)，是本Testbed項目的基礎(chǔ)。
在獲取大量歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對于空壓機的運行規(guī)律進(jìn)行建模分析，通過統(tǒng)計學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)用氣模式；對于空壓機進(jìn)氣、排氣、輸氣、用氣進(jìn)行全程監(jiān)控，通過強化學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)設(shè)定合理的排氣壓力以及對漏氣進(jìn)行告警；對于空壓機各項運行參數(shù)（電機轉(zhuǎn)速、潤滑油溫、氣體的濕度等等）進(jìn)行實時監(jiān)控，通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵能耗影響因素，進(jìn)而根據(jù)用氣負(fù)載進(jìn)行實時調(diào)整。
通過物聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，對空壓機節(jié)能進(jìn)行全面考察，給出系統(tǒng)性的解決方案，是本Testbed項目聚焦的方向。

5.3     技術(shù)先進(jìn)性 

到目前為止，業(yè)界還沒有嘗試?yán)梦锫?lián)網(wǎng)平臺，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)，對空壓機節(jié)能技術(shù)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析。本測試床項目，將在這方面做出開拓性的嘗試。除了上文提到的空載損耗和壓差損耗這兩個主要能耗因素，本項目還將探索空壓機站中多臺空壓機的協(xié)同控制以及空壓機工作參數(shù)的動態(tài)調(diào)整，以達(dá)到高效節(jié)能的目的。

5.4     測試床解決方案架構(gòu)

驗證示范平臺的整體架構(gòu)設(shè)計將在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的指導(dǎo)下，由匯川技術(shù)和華為技術(shù)共同搭建完成。

解決方案架構(gòu)如下圖所示：

6、預(yù)期成果

通過下面3個領(lǐng)域說明實施測試床的預(yù)期成果。

6.1     商業(yè)價值

空壓機節(jié)能Test bed項目的價值在于可以實現(xiàn)多贏：
1）  空壓機使用企業(yè)，即終端用戶：可以 減少電費支出，減少企業(yè)生產(chǎn)成本。
2）  空壓機生產(chǎn)企業(yè)：可以 提升產(chǎn)品競爭力，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，主動接入空壓機物聯(lián)網(wǎng)。
3）  空壓機物聯(lián)網(wǎng)平臺（匯川）： 可以提供高價值服務(wù)，吸引更多空壓機接入，提升業(yè)務(wù)收入。
4）  公有云平臺（華為）： 可以大量消耗基礎(chǔ)服務(wù)資源，提供有粘性的大數(shù)據(jù)服務(wù)，增加收入。

6.2     經(jīng)濟(jì)效益

項目直接經(jīng)濟(jì)效益在于有效節(jié)省電費，直接降低空壓機使用企業(yè)的用氣成本。根據(jù)節(jié)能成本分析，以22kw的普通機組為例，一年運行8000小時，一年的電費是：12.76萬 = 22 * 8000 * 0.725。如果節(jié)能5%，1臺可節(jié)省約6千電費。全國按60萬臺計算，則總共可節(jié)約電費3.6億元。
項目目標(biāo)是在現(xiàn)有節(jié)能方式的基礎(chǔ)上，期望通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析，探索5%的能效節(jié)省實現(xiàn)。

6.3     社會價值

空壓機能耗巨大，是出名的電老虎，我國每年有全國總耗電量的 6%用于生產(chǎn)壓縮空氣。在大多數(shù)工業(yè)企業(yè)中，壓縮空氣系統(tǒng)能耗約占企業(yè)總能耗的 10%～20%，在部分企業(yè)甚至超過 50%。
以上海市為例：對1000家年耗電量500萬kWh以上的重點工業(yè)用電企業(yè)調(diào)查，在用空壓機將近6000臺，涉及多種類型和大部分品牌。空壓機年用電達(dá)14.2億kWh，約占企業(yè)消耗總電能的12%，部分企業(yè)其至高達(dá)30%以上。
紡織行業(yè)空氣壓縮機系統(tǒng)的調(diào)查分析：空壓機系統(tǒng)五年的運行費用構(gòu)成中，系統(tǒng)的初始設(shè)備投資及維護(hù)費用約占總費用的 23%，而電耗（電費）高達(dá) 77%。

空壓機節(jié)能技術(shù)一旦有突破性的進(jìn)展，將有效的實現(xiàn)能源節(jié)省。

7、測試床技術(shù)可行性

項目節(jié)能方法探索思路：
1）  壓差損耗
通過強化學(xué)習(xí)，動態(tài)學(xué)習(xí)末端設(shè)備的實際運行狀態(tài)，模擬其工作過程中的實際壓力需求，從而為考慮其它前端能耗因素的前提下，動態(tài)設(shè)定空壓機的空壓值。
2）  空載損耗
通過統(tǒng)計學(xué)習(xí)技術(shù)，歸納空壓機負(fù)載運行的規(guī)律，當(dāng)判斷空壓機將進(jìn)入較長時間空轉(zhuǎn)運行的時候，主動設(shè)定空壓機進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而達(dá)到減少空載損耗的目的。
3）  單臺空壓機控制算法參數(shù)調(diào)整
通過深度學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)空壓機的工作效率與各種配置參數(shù)之間的關(guān)系，根據(jù)當(dāng)前工作環(huán)境和用氣需求，實現(xiàn)參數(shù)值的動態(tài)調(diào)整。
4）  空壓機機組控制算法參數(shù)設(shè)定
利用優(yōu)化技術(shù)學(xué)習(xí)不同空壓機之間的參數(shù)匹配與實際能效消耗的關(guān)系，選取最合理參數(shù)數(shù)組，優(yōu)化空壓機機組之間并發(fā)工作效率。

7.1     物理平臺

本Testbed涉及的物理設(shè)備包括：
1）  傳感器組
2）  空壓機及自身控制系統(tǒng)
3）  IOT 網(wǎng)關(guān)（匯川智能硬件）
4）  數(shù)據(jù)回傳網(wǎng)絡(luò)（2G/3G/4G、WIFI等）
5）  運行匯川云（物聯(lián)網(wǎng)平臺）及華為云所需的計算服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

7.2     軟件平臺

本Testbed涉及的軟件平臺包括：
1）匯川云：匯川技術(shù)開發(fā)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺。空壓機監(jiān)控數(shù)據(jù)將接入?yún)R川云。匯川云可以實現(xiàn)對空壓機的遠(yuǎn)程控制。
2）華為云：匯川云將運行于華為云。作為公有云平臺，華為云除了提供IaaS和通用PaaS，更重要的是提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺。以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析服務(wù)為基礎(chǔ)，匯川和華為將聯(lián)合實現(xiàn)空壓機節(jié)能相關(guān)的數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)分析算法，對空壓機運行進(jìn)行控制，完成空壓機節(jié)能的目標(biāo)。

7.3     軟件開發(fā)和環(huán)境模擬

本Testbed項目的軟件開發(fā)工具將基于華為云的軟件開發(fā)云服務(wù)。環(huán)境模擬，將以匯川云收集的空壓機數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用華為云大數(shù)據(jù)服務(wù)實現(xiàn)建模和模擬。
 

8、和AII技術(shù)的關(guān)系

8.1     AII總體架構(gòu)

驗證示范平臺的整體架構(gòu)設(shè)計將在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的指導(dǎo)下，由匯川技術(shù)和華為技術(shù)共同搭建完成。測試平臺將在過程框架的過程中提供反饋，以報告的形式分享經(jīng)驗。

8.2     AII安全

驗證示范平臺將遵循工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提供的安全指導(dǎo)原則進(jìn)行安全設(shè)計、實現(xiàn)和測試。將和AII安全組密切合作，邀請安全組成員參加驗證示范平臺項目評審。
本驗證示范平臺安全設(shè)計原則：
基本假設(shè)︰ 所有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會都受到內(nèi)或外的攻擊。
本平臺中各系統(tǒng)可實現(xiàn)系統(tǒng)安全措施，以適用于存在的潛在安全風(fēng)險。
1)     系統(tǒng)具備標(biāo)準(zhǔn)安全協(xié)議 (例如 SSL、 SSH，VPN 連接)，對系統(tǒng)的訪問總是進(jìn)行身份驗證和，并與授權(quán)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。
2)     設(shè)計中系統(tǒng)間通信包含敏感數(shù)據(jù)時通過標(biāo)準(zhǔn)安全協(xié)議確保安全
3)     系統(tǒng)設(shè)計原則是不留下任何未受保護(hù)或未使用的開放端口，并且在利用公有云的的防火墻規(guī)則，系統(tǒng)在 VPC 環(huán)境中部署。
4)     系統(tǒng)所有 API 執(zhí)行身份驗證
5)     系統(tǒng)對安全憑據(jù)存儲加密
6)     各系統(tǒng)訪問可追溯，并進(jìn)行敏感系統(tǒng)與多因素身份驗證。
7)     系統(tǒng)對敏感數(shù)據(jù)單獨加密 （包括隱私）
8)     系統(tǒng)對安全密鑰實施輪換政策
9)     網(wǎng)關(guān)采用數(shù)據(jù)加密交互。采用白名單指令設(shè)置。

8.3     詳細(xì)清單

空壓機設(shè)備自身不具備接入物聯(lián)網(wǎng)的能力，通過空壓機控制系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)接入網(wǎng)絡(luò)，另外項目將考慮空壓機前端的入氣、空壓機將氣體輸送到執(zhí)行機構(gòu)的環(huán)境監(jiān)測，涉及到傳感器的應(yīng)用，需要做傳感器采集點。

8.4     安全聯(lián)系人

安全聯(lián)系人：謝振華           匯川工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品線產(chǎn)品經(jīng)理

8.5     與已存在AII測試床的關(guān)系

該測試床項目與之前已經(jīng)審批的測試床無任何關(guān)聯(lián)。

9、交付件

測試床的交付件包括：
1）  項目計劃任務(wù)書
2）  解決方案設(shè)計書
3）  數(shù)據(jù)分析報告
4）  算法設(shè)計報告
5）  驗證報告
6）  測試床結(jié)題報告

10  測試床使用者

非發(fā)起方的平臺參與者可以使用驗證示范平臺的所有操作功能，但僅限于功能的操作使用，禁止泄露給同行業(yè)的第三方。

11  知識產(chǎn)權(quán)說明

項目合作過程中產(chǎn)生的全部開發(fā)成果及其知識產(chǎn)權(quán)，包括但不限于申請專利的權(quán)利、專利申請權(quán)、專利權(quán)、版權(quán)、商業(yè)秘密，均歸發(fā)起方共有；未經(jīng)一方書面同意，另一方不可將本協(xié)議項目合作過程中產(chǎn)生的任何知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓、許可給任何第三方。

12  部署，操作和訪問使用

空壓機節(jié)能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)測試床項目組織構(gòu)成如下：

參與各方的任務(wù)分工如下：
1)     匯川技術(shù)
        提供匯川云 及空壓機物聯(lián)網(wǎng)平臺；
        提供空壓機數(shù)據(jù)以及空壓機維護(hù)、節(jié)能的領(lǐng)域經(jīng)驗 ；
        配合實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)建模和算法。
2)     華為技術(shù)
        華為公有云IaaS、通用PaaS以及大數(shù)據(jù)服務(wù) ；
        提供基礎(chǔ)云計算環(huán)境，提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)建模和算法構(gòu)建能力；
        配合算法在空壓機物聯(lián)網(wǎng)平臺的落地。
3)     空壓機廠商和終端用戶
        支持空壓機輸氣調(diào)節(jié)等專業(yè)經(jīng)驗，例如，中間過程的合理能耗泄露比例；
        提供空壓機使用實際要求場景，例如，壓差，空載，控制算法參數(shù)調(diào)整，etc；
        確定末端設(shè)備正常運作的判斷標(biāo)準(zhǔn)，例如，末端設(shè)備壓力正常情況；
        配合實現(xiàn)參數(shù)數(shù)據(jù)獲取（加裝傳輸設(shè)備，etc）；
        配合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)算法的實施，實現(xiàn)算法落地的參數(shù)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)。

13  資金

空壓機節(jié)能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)測試床項目所需資金由參加者提供。

14  時間軸

項目周期為半年，預(yù)期的關(guān)鍵時間節(jié)點、任務(wù)和輸出件如下：