基于物聯(lián)網(wǎng)的能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

劉鵬1.2張宇星1

（1.天津科技大學(xué) 電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，天津300222； 2.天津市濱海新區(qū)大港特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，天津300270）

本文所述的能源管理系統(tǒng)，是針對(duì)企業(yè)電能、水能的節(jié)約利用與安全生產(chǎn)提出的。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)各部門用電，用水的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)能源使用的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)層、網(wǎng)絡(luò)層、監(jiān)管層三部分構(gòu)成，具有能耗遠(yuǎn)程監(jiān)控，報(bào)警，故障診斷功能。

能源；遠(yuǎn)程監(jiān)控；RS485總線；TCP/IP協(xié)議；Labview

能源參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)是將數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳輸和智能化信息處理應(yīng)用于能源供應(yīng)與管理的一項(xiàng)綜合性新技術(shù)。它集數(shù)據(jù)采集技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等于一體，具有速度快、精度高、實(shí)時(shí)性好等突出優(yōu)點(diǎn)［1］。本系統(tǒng)主要對(duì)企業(yè)電耗和水耗兩方面來(lái)進(jìn)行管理。

1　系統(tǒng)構(gòu)建

系統(tǒng)由下到上分為現(xiàn)場(chǎng)層、網(wǎng)絡(luò)層和監(jiān)管層三個(gè)層級(jí)。

1.1現(xiàn)場(chǎng)層

系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)層主要由智能電表、電傳水表等計(jì)量裝置構(gòu)成，通信接口為RS485；接線方式為二線制（A+、B+），雙絞線；工作方式為半雙工；通信速率為9600bps、1200bps、2400bps、4800bps可選；可顯示電壓、電流、功率、水流量等參數(shù)。計(jì)量裝置均有通信接口，可采用多種通信方式，方便現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了盡可能多的鏈接負(fù)載設(shè)備，采用RS485總線連接各測(cè)量單元。計(jì)量裝置將在現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)RS485/RS232轉(zhuǎn)換器和網(wǎng)關(guān)將傳輸至局域網(wǎng)中，方便用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層訪問(wèn)數(shù)據(jù)。

1.2網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)層與監(jiān)控中心之間的信息交互。系統(tǒng)在每一棟樓中都布置集中器，將計(jì)量電表采集到電參量數(shù)據(jù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速地匯集后轉(zhuǎn)送至監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。具體可分為以下幾個(gè)部分：

1.2.1計(jì)量電表與集中器間數(shù)據(jù)的傳輸采用RS485總線。RS-485數(shù)據(jù)傳輸具有穩(wěn)定，可靠性高、傳送距離遠(yuǎn)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［2］。集中器RS485端口輸出數(shù)據(jù)經(jīng)RS485/ RS232轉(zhuǎn)換后輸出或通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳輸至管理員PC機(jī)。

1.2.2管理員接收到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，通過(guò)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)共享給被授權(quán)的PC端，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管層對(duì)能源參量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)具有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)管人員可通過(guò)手機(jī)等支持無(wú)線傳輸?shù)脑O(shè)備對(duì)監(jiān)控中心進(jìn)行訪問(wèn)。選用的WIFI模塊內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，根據(jù)不同用戶的需求，可以實(shí)現(xiàn)串口、以太網(wǎng)、WIFI三個(gè)接口間的轉(zhuǎn)換。在本系統(tǒng)中，既可以用串口線連接轉(zhuǎn)換器RS232接口與WIFI模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，也可以用網(wǎng)線連接監(jiān)控PC與WIFI模塊傳輸數(shù)據(jù)。

1.3監(jiān)管層

監(jiān)管層即為系統(tǒng)的監(jiān)控中心，系統(tǒng)通過(guò)軟件完成對(duì)能源數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、曲線繪制、

分析，管理人員通過(guò)登陸軟件平臺(tái)，查詢數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握能源信息，并作出相應(yīng)控制與決策。

系統(tǒng)監(jiān)管功能主要包括：1、安全報(bào)警功能，如線路超負(fù)荷報(bào)警，用水管線的查漏報(bào)警，設(shè)備線路故障報(bào)警以及其他一些用能不合理報(bào)警；2、篩選重點(diǎn)部門進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。通過(guò)能耗歷史環(huán)比同比分析，結(jié)合人員設(shè)備總量，為能耗指標(biāo)的合理分配提供支撐；3、通過(guò)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)快速維修機(jī)制。與GIS系統(tǒng)相結(jié)合，監(jiān)管層發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，利用GIS定位，及時(shí)派遣維修人員。

2　系統(tǒng)硬件控制

系統(tǒng)硬件主要由多終端監(jiān)測(cè)和智能控制兩部分組成。電傳水表、智能電表完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的計(jì)量，經(jīng)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化后接入監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多終端監(jiān)測(cè)。智能控制主要由智能配電柜、多功能智能控制集中器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

3　軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件部分選用LABVIEW虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。LABVIEW具有較完備的代碼接口，支持多種網(wǎng)絡(luò)和總線協(xié)議，具有開(kāi)發(fā)周期短，可移植性好，可重用性強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)［3］。

上位機(jī)軟件的主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和界面顯示。本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換后通過(guò)RS23接口或者WIFI與上位機(jī)進(jìn)行交互，并將數(shù)據(jù)利用TCP/IP協(xié)議或WIFI共享給其他具有

監(jiān)測(cè)權(quán)限的PC上顯示。LABVIEW利用自帶串口配置函數(shù)對(duì)串口進(jìn)行讀寫操作，通過(guò)寫入讀取指令選擇想要讀取的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，生成曲線，直觀反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律。同時(shí)將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，作為以后查詢分析的依據(jù)。為了保證用電安全，程序中還設(shè)置了眾多報(bào)警功能，對(duì)用電線路超負(fù)荷、用水管路漏水、用能超指標(biāo)等現(xiàn)象進(jìn)行報(bào)警。

4　結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場(chǎng)層、網(wǎng)絡(luò)層和監(jiān)管層構(gòu)成。由智能電表對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，利用RS485總線及以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，并最終通過(guò)由LABVIEW編寫的上位機(jī)界面進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)。系統(tǒng)在能源節(jié)約和故障預(yù)防方面效果明顯，便于實(shí)現(xiàn)企業(yè)對(duì)能源使用的有效管理。

［1］ 張晶，郝為民，周昭茂.電力負(fù)荷管理系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2009.

［2］ 朱兆優(yōu).RS-485總線在遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.《東華理工學(xué)院學(xué)報(bào)》，2005年第28卷第2期，192.

［3］ 周鵬，許鋼，馬曉瑜，汪石農(nóng)，張明艷.精通LaBVIEW信號(hào)處理［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2013.

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