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號文(2008-06-24)《關(guān)于印發(fā)國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)技術(shù)導則的通知》。通知要求在全國范圍內(nèi)建立大型公共建筑能耗監(jiān)測平臺，對全國重點城市、重點建筑能耗進行實時監(jiān)測，并通過能耗統(tǒng)計、能源審計、能效公示、用能定額和超定額加價等制度，促使國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑提高節(jié)能運行管理水平，為政府政策的制定和決策提供參考。

　　二、項目分析(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行采集和整理的能耗數(shù)據(jù)，如：電、燃氣、水等。

　　分項能耗是指根據(jù)各類能源的主要用途劃分進行采集和整理的能耗數(shù)據(jù)，例如，電量分項能耗應(yīng)當包括：照明插座用電、空調(diào)用電、動力用電、特殊用電等。

　　2、無線傳輸設(shè)備

　　廈門四信低功耗IP MODEM (DTU)F2114采用標準的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)進行通信，通過232/485與現(xiàn)場采集終端連接后，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，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，接收并存儲其管理區(qū)域內(nèi)監(jiān)測建筑的能耗數(shù)據(jù)，并對其進行處理、分析、展示和發(fā)布。數(shù)據(jù)中心具備設(shè)置數(shù)據(jù)更新的時間間隔，訪問歷史數(shù)據(jù)，報警，打印報表，實時與歷史曲線，圖表的繪制，并預留相應(yīng)擴展功能。

　　4、系統(tǒng)總架構(gòu)

　　首先運用RS232/485將數(shù)據(jù)采集終端與F2114(DTU)連接起來，將SIM卡插進F2114中，給F2114上電即可，此時F2114會自動連接到數(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)連接到遠程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數(shù)據(jù)通道。當采集終端需要上報數(shù)據(jù)的時候?qū)?shù)據(jù)直接送往串口，此時F2114就會把收到的數(shù)據(jù)原封不動地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機。當數(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，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。

　　5、能耗監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)功能

　　利用專用上位機軟件對現(xiàn)場能耗數(shù)據(jù)進行采集與監(jiān)測，最大的特點是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成，只要將其預設(shè)置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測功能。實現(xiàn)的能耗監(jiān)測系統(tǒng)具有友好的人機交互界面，可實時和定時采集現(xiàn)場設(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。系統(tǒng)還提供了實時曲線和歷史趨勢曲線分析，符合用戶設(shè)計需要的報表、事件記錄和故障報警等功能。整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)所有回路能耗的采集和統(tǒng)計，實現(xiàn)了遠程自動抄表、能耗監(jiān)測功能。

　　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同時支持232/485通信方式，因此可以直接和加油站采集終端進行連接通信，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地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進入。

　　用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務(wù)器(或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認證功能)。只有通過認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)，為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性，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)點比較多、實時性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。

　　2、ADSL撥號連接(動態(tài)公網(wǎng)IP地址)

　　中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。客戶先與DNS服務(wù)商聯(lián)系開通動態(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運營商申請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。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。

　　4、數(shù)據(jù)中心軟件平臺構(gòu)建

　　中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對于傳入數(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現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設(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)動了，可以直接配置使用

　　對于后臺中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況，提供一個虛擬串口軟(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)，從而實現(xiàn)利用無線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對現(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，此時我公司會提供一個動態(tài)鏈接庫，利用動態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進行對接，同時會提供一個的數(shù)據(jù)中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的，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

　　1、利用四信無線低功耗IP MODEM可基本不用布線，且采用多點對一中心的組網(wǎng)方式，實現(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)級處理器以及看門狗等安全機制設(shè)計，保證IP MODEM 萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟，保證IP MODEM 永遠在線，通信鏈路永遠正常。

　　3、由于采集點是直接連入中心，對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)不會造成任何的中斷和影響。

　　4、IP MODEM 采用標準的工業(yè)串口通信，即插即用，且高規(guī)格的模具設(shè)計，體積小巧方便維護。

　　5、四信IP MODEM完全采用國際標準的TCP/IP安全傳輸協(xié)議機制，保證數(shù)據(jù)的安全和及時，而且采用完全透明傳輸機制，保證數(shù)據(jù)的準確性。

　　6、多中心設(shè)計，可同時設(shè)置5個中心監(jiān)控采集現(xiàn)場，避免因某個中心網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者關(guān)閉導致無法對加油站現(xiàn)場進行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。

　　7、F2103進行人性化工程設(shè)計，可是工程人員無需到現(xiàn)場就可以遠程直接對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行相應(yīng)的配置，達到時間和人力的合理利用。

　　8、高規(guī)格材料選配，可在 -25~+65oC、 相對濕度 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力、照明、空調(diào)、消防、通風、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、對大樓環(huán)境具有破壞性。因此對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、集中控制和節(jié)能運行管理等整體解決方案,可對建筑能耗進行動態(tài)監(jiān)測和分析，實現(xiàn)建筑的精細化管理與控制，帶給用戶新的價值體驗，達到節(jié)能減排的效果。