公建能耗監(jiān)控系統(tǒng)方案
一、需求分析
住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建科發(fā)布[2008]114號(hào)文（2008-06-24）《關(guān)于印發(fā)國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則的通知》。通知要求在全國范圍內(nèi)建立大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)全國重點(diǎn)城市、重點(diǎn)建筑能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過能耗統(tǒng)計(jì)、能源審計(jì)、能效公示、用能定額和超定額加價(jià)等制度，促使國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑提高節(jié)能運(yùn)行管理水平，為政府政策的制定和決策提供參考。
二、項(xiàng)目分析(能)
1、能耗監(jiān)控系統(tǒng)組成
采集數(shù)據(jù)類型為：
分類能耗即根據(jù)國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源種類劃分進(jìn)行采集和整理的能耗數(shù)據(jù)，如：電、燃?xì)?、水等?br />
分項(xiàng)能耗是指根據(jù)各類能源的主要用途劃分進(jìn)行采集和整理的能耗數(shù)據(jù)，例如，電量分項(xiàng)能耗應(yīng)當(dāng)包括：照明插座用電、空調(diào)用電、動(dòng)力用電、特殊用電等。
2、無線傳輸設(shè)備
廈門四信低功耗IP MODEM (DTU)F2114采用標(biāo)準(zhǔn)的232/485通信接口，只要內(nèi)置一張GPRS數(shù)據(jù)卡就能和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，通過232/485與現(xiàn)場(chǎng)采集終端連接后，將采集終端送上來的能耗數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理中心。F2114的通用性強(qiáng)，即插即用，體積小巧安裝使用簡單便捷，無需太多專業(yè)技能，而且針對(duì)不同的工程情況可選擇不同的網(wǎng)絡(luò)。
3、數(shù)據(jù)管理中心
數(shù)據(jù)中心也就是數(shù)據(jù)庫，接收并存儲(chǔ)其管理區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)建筑的能耗數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理、分析、展示和發(fā)布。數(shù)據(jù)中心具備設(shè)置數(shù)據(jù)更新的時(shí)間間隔，訪問歷史數(shù)據(jù)，報(bào)警，打印報(bào)表，實(shí)時(shí)與歷史曲線，圖表的繪制，并預(yù)留相應(yīng)擴(kuò)展功能。
4、系統(tǒng)總架構(gòu)
首先運(yùn)用RS232/485將數(shù)據(jù)采集終端與F2114(DTU)連接起來，將SIM卡插進(jìn)F2114中，給F2114上電即可，此時(shí)F2114會(huì)自動(dòng)連接到數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器一般通過固定IP、ADSL、APN的形式接入網(wǎng)絡(luò)。
無線傳輸設(shè)備F2114通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數(shù)據(jù)通道。當(dāng)采集終端需要上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)直接送往串口，此時(shí)F2114就會(huì)把收到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)。當(dāng)數(shù)據(jù)中心下發(fā)的命令或數(shù)據(jù)通過通道傳輸?shù)紽2114后，F(xiàn)2114通過串口送到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。
利用專用上位機(jī)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)，最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)功能。實(shí)現(xiàn)的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面，可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各參量及開關(guān)量狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)。系統(tǒng)還提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線分析，符合用戶設(shè)計(jì)需要的報(bào)表、事件記錄和故障報(bào)警等功能。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有回路能耗的采集和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表、能耗監(jiān)測(cè)功能。
6、傳輸模塊與采集模塊連接
工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備一般都采用以太口或串口傳輸數(shù)據(jù)，無線通信模塊F2114同時(shí)支持232/485通信方式，因此可以直接和加油站采集終端進(jìn)行連接通信，如下圖：
三、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入方式分析
1、專線接入
中心采用APN專線，所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。
用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。
用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。此種方案無論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
2、ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的?？蛻粝扰cDNS服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。
3、通過固定公網(wǎng)IP連接
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INTERNET運(yùn)營商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
4、數(shù)據(jù)中心軟件平臺(tái)構(gòu)建
中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對(duì)于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理。
目前四信提供三種方式的中心接口：
首先是對(duì)于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動(dòng)了，可以直接配置使用
對(duì)于后臺(tái)中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況，提供一個(gè)虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串口數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)利用無線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)不做修改的完美結(jié)合。
在客戶想要開發(fā)自己的數(shù)據(jù)中心是，此時(shí)我公司會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫，利用動(dòng)態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進(jìn)行對(duì)接，同時(shí)會(huì)提供一個(gè)的數(shù)據(jù)中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)?？蛻艨赡芡ㄟ^動(dòng)態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個(gè)靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。
四、方案特點(diǎn)
1、利用四信無線低功耗IP MODEM可基本不用布線，且采用多點(diǎn)對(duì)一中心的組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一中心統(tǒng)一管理。
2、四信IP MODEM采用高性能工業(yè)級(jí)處理器以及看門狗等安全機(jī)制設(shè)計(jì)，保證IP MODEM 萬一通信中斷也會(huì)自行檢測(cè)然后自動(dòng)斷電重啟，保證IP MODEM 永遠(yuǎn)在線，通信鏈路永遠(yuǎn)正常。
3、由于采集點(diǎn)是直接連入中心，對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)不會(huì)造成任何的中斷和影響。
4、IP MODEM 采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)串口通信，即插即用，且高規(guī)格的模具設(shè)計(jì)，體積小巧方便維護(hù)。
5、四信IP MODEM完全采用國際標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP安全傳輸協(xié)議機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的安全和及時(shí)，而且采用完全透明傳輸機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
6、多中心設(shè)計(jì)，可同時(shí)設(shè)置5個(gè)中心監(jiān)控采集現(xiàn)場(chǎng)，避免因某個(gè)中心網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者關(guān)閉導(dǎo)致無法對(duì)加油站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。
7、F2103進(jìn)行人性化工程設(shè)計(jì)，可是工程人員無需到現(xiàn)場(chǎng)就可以遠(yuǎn)程直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的配置，達(dá)到時(shí)間和人力的合理利用。
8、高規(guī)格材料選配，可在 -25~+65ºC、 相對(duì)濕度 95%(無凝結(jié))環(huán)境下正常工作。
五、總結(jié)
建筑所必須的電梯動(dòng)力、照明、空調(diào)、消防、通風(fēng)、高低壓配電等用能信息的傳遞是建筑節(jié)能和工業(yè)節(jié)能的基礎(chǔ)，高效實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能信息化的關(guān)鍵問題之一是解決這些信息的傳輸問題。在建筑大樓中，特別是既有建筑，遇到的最大問題是需要綜合布線，工程量大、成本高昂、對(duì)大樓環(huán)境具有破壞性。因此對(duì)建筑大樓最佳的信息傳遞方式是通過無線方式，傳統(tǒng)的GSM、WLAN、SCADA等無線系統(tǒng)存在功耗高、設(shè)備和運(yùn)行成本高、組網(wǎng)不靈活等局限，而無線傳感網(wǎng)技術(shù)正是解決這一難題的最佳解決方案。
該系統(tǒng)不僅符合國家有關(guān)公共建筑管理節(jié)能的政策和技術(shù)要求，更是融合了能耗監(jiān)測(cè)、集中控制和節(jié)能運(yùn)行管理等整體解決方案,可對(duì)建筑能耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分析，實(shí)現(xiàn)建筑的精細(xì)化管理與控制，帶給用戶新的價(jià)值體驗(yàn)，達(dá)到節(jié)能減排的效果。
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