李 杰 周云騰 馮玉輝 杜啟行

(山東省計(jì)量科學(xué)研究院，濟(jì)南 250014)

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公共機(jī)構(gòu)能源資源計(jì)量數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)建設(shè)方法

李 杰 周云騰 馮玉輝 杜啟行

(山東省計(jì)量科學(xué)研究院，濟(jì)南 250014)

研究一種基于采用數(shù)據(jù)采集終端嵌入能耗分析的能源監(jiān)測(cè)終端設(shè)備，兼容不同控制系統(tǒng)及不同協(xié)議的接口，實(shí)現(xiàn)不同類型能源儀表的計(jì)量數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計(jì)分析的公共機(jī)構(gòu)能源資源計(jì)量數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)的建設(shè)。

公共機(jī)構(gòu)；能源資源計(jì)量；數(shù)據(jù)在線采集

0 引言

本文依據(jù)《公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例》(國(guó)務(wù)院令第531號(hào))及《公共機(jī)構(gòu)能源資源計(jì)量器具配備和管理要求》等有關(guān)規(guī)定，研究“公共機(jī)構(gòu)能源資源計(jì)量數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)”的建設(shè)(以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng))。

建設(shè)方法以公共機(jī)構(gòu)能源資源計(jì)量“分戶徹底、分區(qū)規(guī)范、分項(xiàng)合理、應(yīng)配盡配”為原則，研究建立該在線實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，以求提升公共機(jī)構(gòu)的能源資源計(jì)量管理水平,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

1 技術(shù)路線

1)系統(tǒng)采用專用集成電路(ASIC)，把傳感器和微處理器及網(wǎng)絡(luò)接口封裝在一個(gè)器件中，完成信息獲取、處理、傳輸、存貯等功能。

2)信息處理采用linq技術(shù)，將查詢功能直接集成到.NET語言的基礎(chǔ)上。采用延遲加載技術(shù)解決公共機(jī)構(gòu)數(shù)量眾多、實(shí)時(shí)采集產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的問題。

2 技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)包括監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)中心、通信網(wǎng)絡(luò)、公共機(jī)構(gòu)計(jì)量數(shù)據(jù)采集點(diǎn)四部分。公共機(jī)構(gòu)能源計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 公共機(jī)構(gòu)能源計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1)省級(jí)監(jiān)控中心為能源資源計(jì)量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn)，接收并存儲(chǔ)來自公共機(jī)構(gòu)的能源資源計(jì)量原始數(shù)據(jù)。負(fù)責(zé)全省各公共機(jī)構(gòu)能源資源計(jì)量數(shù)據(jù)的處理、匯總、統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)生成符合《公共機(jī)構(gòu)能源資源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)制度》的能源資源消費(fèi)報(bào)表。

2)各市、縣級(jí)監(jiān)控中心利用原有網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備共享省級(jí)能源資源計(jì)量數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)本轄區(qū)各公共機(jī)構(gòu)能源資源計(jì)量數(shù)據(jù)的審核、監(jiān)控、分析。

3)系統(tǒng)為政府及相關(guān)節(jié)能管理部門對(duì)接留有接口。

2.2 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)布置

數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的布置涵蓋常用能源(如電、燃?xì)狻⑷加?、太陽能、熱水、蒸汽及?的計(jì)量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集點(diǎn)布置包括：分戶計(jì)量——總表；分區(qū)計(jì)量——行政、業(yè)務(wù)、后勤服務(wù)及其他功能區(qū)域用表；分項(xiàng)計(jì)量——數(shù)據(jù)中心機(jī)房、中央空調(diào)、獨(dú)立食堂、公共浴室、游泳池及集中供熱等用表。

2.3 能源計(jì)量數(shù)據(jù)采集點(diǎn)設(shè)備選型

1)實(shí)行能源消費(fèi)分戶、分區(qū)、分類、分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)計(jì)量器具進(jìn)行技術(shù)改造或重新購(gòu)置，使之支持計(jì)量數(shù)據(jù)的傳輸。采集點(diǎn)設(shè)備選型見表1。

2)研發(fā)數(shù)據(jù)采集終端，解決不同儀表不同通信接口的數(shù)據(jù)采集問題。

3)基于CC安全保障要求，配備安全模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)軟件端到端的信源加密，基于數(shù)字證書安全認(rèn)證，支持國(guó)家密碼局SM2、SM3、SM4算法的數(shù)據(jù)加密，且加密速率不小于20Mb/s。

4)研發(fā)能耗測(cè)量分析系統(tǒng)，用于整合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

5)對(duì)暫時(shí)實(shí)行手工采集的采集點(diǎn)，提供數(shù)據(jù)直報(bào)功能。

表1 采集點(diǎn)設(shè)備選型參考表

2.4 通信網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，分別采用GPRS、ZigBEE等無線網(wǎng)絡(luò)、公共機(jī)構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行傳輸。

對(duì)于新建樓宇，優(yōu)先采用有線傳輸；對(duì)于原有樓宇，一般采用無線傳輸。

2.5 系統(tǒng)安全

1)系統(tǒng)設(shè)有數(shù)據(jù)采集終端數(shù)據(jù)緩存區(qū)，如果遇到網(wǎng)絡(luò)不通，數(shù)據(jù)可以暫存在緩存區(qū)，網(wǎng)絡(luò)暢通后，再發(fā)送之前的數(shù)據(jù)。遇到緊急停電，可以自動(dòng)計(jì)時(shí)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行掉電存貯。

2)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全加密，包括數(shù)據(jù)的加密、解密以及數(shù)字簽名、驗(yàn)簽和數(shù)字證書的發(fā)放，支持SM2密碼算法的數(shù)字證書安全認(rèn)證。實(shí)現(xiàn)物理身份和網(wǎng)絡(luò)身份的綁定；對(duì)傳送的信息進(jìn)行校驗(yàn)，防止信息在傳輸過程中產(chǎn)生錯(cuò)誤、被篡改或丟失；對(duì)信息加密，只有接收方才能閱讀加密的信息。

3)訪問安全控制:a.權(quán)限控制：對(duì)用戶的登錄訪問進(jìn)行功能權(quán)限和數(shù)據(jù)范圍權(quán)限控制；b.身份認(rèn)證：對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的用戶進(jìn)行驗(yàn)證，以確認(rèn)對(duì)方的真實(shí)身份；c.訪問授權(quán)：對(duì)角色進(jìn)行管理，約束用戶具體操作權(quán)限；d.審計(jì)記錄：系統(tǒng)記錄所有來訪的活動(dòng)痕跡(含網(wǎng)絡(luò)活動(dòng))，并針對(duì)用戶進(jìn)行審計(jì)。

4)采用隔離技術(shù)，在智能儀表網(wǎng)絡(luò)與在線實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間建立安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，同時(shí)配置完備的異地定期備份機(jī)制和災(zāi)難恢復(fù)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的安全性。

2.6 數(shù)據(jù)中心

1)數(shù)據(jù)中心機(jī)房網(wǎng)絡(luò)帶寬不低于100Mb;

2)配置簽名驗(yàn)簽服務(wù)器，作為數(shù)字簽名服務(wù)以及對(duì)數(shù)據(jù)驗(yàn)證其數(shù)字簽名的真實(shí)性和有效性的服務(wù)平臺(tái)，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用中交易過程的機(jī)密性、信息完整性、不可否認(rèn)性和事后追溯性；

3)配置數(shù)據(jù)接收模塊，接收數(shù)據(jù)采集終端上傳的原始計(jì)量數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到省級(jí)公共機(jī)構(gòu)能源資源計(jì)量數(shù)據(jù)中心；

4)建立數(shù)據(jù)處理模塊，從底層著手建立動(dòng)態(tài)的能源分析模型，根據(jù)數(shù)據(jù)包攜帶的采集點(diǎn)信息，對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分計(jì)算；

5)數(shù)據(jù)中心可以和多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間快速、實(shí)時(shí)地進(jìn)行雙向通信，在傳感器和數(shù)據(jù)采集集中終端之間采用串行通信方式，支持RS232/422/485接口。

2.7 省、市、縣(區(qū))級(jí)監(jiān)控中心

監(jiān)控中心機(jī)房網(wǎng)絡(luò)帶寬不低于10Mb，并通過VPN網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)中心聯(lián)網(wǎng)?？杀O(jiān)視本行政區(qū)域公共機(jī)構(gòu)采集點(diǎn)計(jì)量器具、數(shù)據(jù)采集終端、通信網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)，按行業(yè)、地區(qū)及時(shí)間查詢、統(tǒng)計(jì)分析能源數(shù)據(jù)。

3 技術(shù)特點(diǎn)

3.1 探索能源儀表量值的溯源性方法

利用電子標(biāo)簽作為計(jì)量器具的識(shí)別編碼載體，并配置在數(shù)據(jù)傳輸終端中。當(dāng)終端采集能源數(shù)據(jù)上報(bào)時(shí)，將采集到的能源數(shù)據(jù)與計(jì)量器具識(shí)別編碼同時(shí)上報(bào)，從而實(shí)現(xiàn)能源儀表量值的可溯源性。

3.2 采集系統(tǒng)拓?fù)鋱D的自動(dòng)繪制

對(duì)機(jī)構(gòu)能源計(jì)量拓?fù)鋱D開展研究，通過特定算法實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量拓?fù)鋱D的自動(dòng)繪制。當(dāng)監(jiān)測(cè)采集網(wǎng)絡(luò)不通或儀表故障時(shí)，拓?fù)鋱D監(jiān)測(cè)采集點(diǎn)標(biāo)識(shí)為紅色，顯示直觀。

3.3 建立用能單位能耗限額對(duì)標(biāo)自動(dòng)預(yù)警體系

建立公共機(jī)構(gòu)庫，包括機(jī)構(gòu)信息、綜合能源消費(fèi)量目標(biāo)、節(jié)能量目標(biāo)。依托系統(tǒng)落實(shí)綜合能源消費(fèi)量、節(jié)能量任務(wù)，隨時(shí)對(duì)用能單位進(jìn)行能源消耗指標(biāo)自動(dòng)預(yù)警。

4 結(jié)束語

節(jié)約能源資源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)基本國(guó)策，“公共機(jī)構(gòu)能源資源計(jì)量數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)”的研究與應(yīng)用，將會(huì)更加科學(xué)、合理地評(píng)價(jià)公共機(jī)構(gòu)的節(jié)能管理水平和用能效率，同時(shí)會(huì)在全社會(huì)發(fā)揮重要的導(dǎo)向和示范作用。

[1] 劉勝軍.信息化技術(shù)在石化計(jì)量中的應(yīng)用與展望.計(jì)量技術(shù),2014(6)

[2] 王瑛輝,等.基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在能源計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用.計(jì)量技術(shù),2013(11)

[3] 孫巖峰.基于GIS的能源計(jì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)研究.中國(guó)計(jì)量,2014(8)

[4] 王鵬，鮮青龍，馬世英.能源計(jì)量數(shù)據(jù)采集方案分析.中國(guó)計(jì)量,2014(12)

[5] 彭娜，張開婭,鄭岳.西安市居住建筑能耗研究.節(jié)能與環(huán)保,2014(9)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.10.20