何嘉

集中供熱系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

何嘉

（北京博大開拓?zé)崃τ邢薰荆本?00176）

目前我國集中供熱系統(tǒng)面臨能源利用率低、管理機(jī)制不完善等挑戰(zhàn)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)及體系架構(gòu)，結(jié)合我國集中供熱系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)，從數(shù)據(jù)采集、信息讀取、信息判斷與反饋三大方面提出了將物聯(lián)網(wǎng)體系融入集中供熱系統(tǒng)的新方法、新思路，能夠在更好的安全性和交互性下，實(shí)現(xiàn)熱量、流量、時間及溫度等參數(shù)的在線實(shí)時采集與監(jiān)測，推動熱計(jì)量領(lǐng)域的深入發(fā)展。研究表明：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用是集中供熱系統(tǒng)科學(xué)管理的不二法門。

集中供熱系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)管；實(shí)時；交互

引言

所謂物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是通過利用諸如射頻識別、紅外感應(yīng)器、激光掃描及GPRS等信息傳感器，依據(jù)所約定的相關(guān)協(xié)議，把物品或物體的具體信息與互聯(lián)網(wǎng)相連接，實(shí)現(xiàn)二者之間的信息交換，最終達(dá)成智能化管理、監(jiān)控、跟蹤、識別及定位等目的的一種技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于1999年首次提出，最初目的在于促進(jìn)“人與物”及“物與物”之間在信息層面上的職能交互[1]。伴隨著當(dāng)今信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展，尤其是進(jìn)入新世紀(jì)以來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)受到大中小型企業(yè)的高度重視，紛紛將其運(yùn)用于商業(yè)及管理中，且取得了十分突出的成績。我國諸多行業(yè)，諸如物流、電網(wǎng)、公共安全、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)自動化控制及國防軍事等，也開展了物聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)工作，促使我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到推廣與應(yīng)用，進(jìn)而為企業(yè)工作帶來了新方法、新思路，同時也為企業(yè)商業(yè)化發(fā)展的深入提供了科技化及便利化的新模式。

1　集中供熱系統(tǒng)

1.1集中供熱系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

集中供熱在我國北方地區(qū)實(shí)施已經(jīng)幾十年了，供熱系統(tǒng)在整個城市中成為非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施。在建筑高速發(fā)展、城市規(guī)模越來越大，且環(huán)境溫度不斷升高時期，供熱系統(tǒng)出現(xiàn)多余供熱、自動控制滯后、用戶需求反饋不暢等問題；更重要的是大氣環(huán)境質(zhì)量迫切需要改善。提升能源利用率、提升城市人民生活水平，二者需求非常迫切。

我國城鎮(zhèn)在集中供熱發(fā)展方面，在諸如北京、唐山、哈爾濱及沈陽等大中型城市，均已建成規(guī)模宏大且體系完善的城鎮(zhèn)供熱設(shè)施：在熱網(wǎng)及熱源方面已形成一定規(guī)模，在用戶設(shè)備及自動控制裝置方面也已較為完善。我國集中供熱主要集中在兩方面，一是為區(qū)域鍋爐房與熱電聯(lián)產(chǎn)，二是為中央空調(diào)、電及燃?xì)獾确绞降墓╇娞峁┹o助[3]。

1.2集中供熱系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

在熱源供熱鍋爐運(yùn)行熱效率方面，國家先進(jìn)水平標(biāo)準(zhǔn)為80～85%，而我國供熱系統(tǒng)僅達(dá)到65～70%，低于先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)近20個百分點(diǎn)。對于低熱效率產(chǎn)生的主要原因，主要是燃用煤大多是散燒，未經(jīng)過篩選及洗選等環(huán)節(jié)，而這些細(xì)末及灰粉多的高原煤往往難以與供熱鍋爐燃燒要求相符。因此，我國供熱鍋爐在低負(fù)荷下運(yùn)行較為普遍，機(jī)械不能充分發(fā)揮燃燒作用，導(dǎo)致出現(xiàn)較大的熱損失和過剩空氣系數(shù)、以及較嚴(yán)重的排煙熱損失等問題。這類問題往往也與管理人員管理水平低、缺乏最基本的自動控制及操作能力等因素相關(guān)。對于城市供熱相關(guān)要求而言，不僅在規(guī)模方面需要不斷擴(kuò)大，在供熱覆蓋率方面也尚在強(qiáng)化，而且供熱系統(tǒng)相應(yīng)供熱可靠性及能源有效利用率方面也必須得到大幅提升，對科學(xué)性及合理性提出了更嚴(yán)格要求。

2　物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

我國重視供熱控制系統(tǒng)的發(fā)展，對供熱系統(tǒng)在節(jié)能減排方面的相應(yīng)要求上也越發(fā)明確。在整個供熱事業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，努力學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)，廣泛汲取國外有益經(jīng)驗(yàn)。但在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用當(dāng)中，由于種種限制因素，并未將所引進(jìn)的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)充分利用起來[4]。而若要將技術(shù)和設(shè)備、人員操作與管理等方面的問題有效解決，需供熱企業(yè)及有關(guān)部門強(qiáng)化監(jiān)管，在實(shí)際操作中對其弊端及時了解與掌握，并強(qiáng)化其掌控能力。此外，目前對于設(shè)備檢測、能耗檢測及管理記錄等標(biāo)準(zhǔn)均比較模糊，對相關(guān)部門監(jiān)管供熱企業(yè)造成了不利影響，導(dǎo)致無法有的放矢實(shí)施節(jié)能減排工作，而是僅依據(jù)人員經(jīng)驗(yàn)對設(shè)備進(jìn)行供熱溫度等參數(shù)的調(diào)控，缺乏合理性、科學(xué)性。

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和體系促進(jìn)集中供熱系統(tǒng)智能化發(fā)展，技術(shù)路徑可行。整個物聯(lián)網(wǎng)體系總共分為三層，分別為感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層，如表1所示。

2.1感知層

所謂感知層，就是利用傳感器對物品信息進(jìn)行采集和感知，而在傳感節(jié)點(diǎn)處，通過信息的處理與通訊，便和其他物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)及有關(guān)應(yīng)用之間形成了交互，進(jìn)而促進(jìn)實(shí)現(xiàn)信息傳遞。現(xiàn)今所指的傳感器包括射頻識別、紅外感應(yīng)器及激光掃描等，目的在于促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)相應(yīng)數(shù)據(jù)感知與設(shè)施控制的實(shí)現(xiàn)，它是整個物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)當(dāng)中最為核心的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

表1　物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

2.2網(wǎng)絡(luò)層

所謂網(wǎng)絡(luò)層，即將現(xiàn)行的互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存及分析感知，負(fù)責(zé)感知信息的傳送及路由尋址服務(wù)的提供，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層及感知層相應(yīng)數(shù)據(jù)通信的實(shí)現(xiàn)[2]。

2.3應(yīng)用層

應(yīng)用層，作為物聯(lián)網(wǎng)欲達(dá)成的終極目標(biāo)，對感知層所采集的各種信息進(jìn)行實(shí)時處理：將事先制定好的程序輸入后，開始對信息進(jìn)行分析，爾后進(jìn)行相應(yīng)操作、提供反饋信息，最終促進(jìn)智能化在管理中的應(yīng)用。應(yīng)用層的最終目的在于分析與處理傳送來的數(shù)據(jù)，并與各種行業(yè)的需求相結(jié)合，依據(jù)各種指標(biāo)，制定與之相應(yīng)的處理方式，得到最終結(jié)果。

3　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)ⅰ叭伺c物”及“物與物”之間形成有效連接，促進(jìn)人們更為便捷地獲取準(zhǔn)確、科學(xué)的數(shù)據(jù)信息。為促使供熱企業(yè)實(shí)現(xiàn)能耗降低目標(biāo)，需準(zhǔn)確掌握供熱企業(yè)各項(xiàng)與能耗相關(guān)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)所制定的節(jié)能減排總體目標(biāo)，對能耗數(shù)據(jù)加以合理分析，進(jìn)而采取與之對應(yīng)的合理措施，促進(jìn)供熱系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3.1監(jiān)控供熱管道等重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅能夠?qū)崟r監(jiān)控供熱各管道能耗及供熱系統(tǒng)能耗總量，而且還可實(shí)時監(jiān)控?zé)峋W(wǎng)失水量及泵狀態(tài)。

如圖1所示，供熱系統(tǒng)能耗控制作為整個供熱系統(tǒng)具體節(jié)能減排工作中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，只有及時掌握最為真實(shí)準(zhǔn)確的信息，方能為供熱企業(yè)及相關(guān)部門“對癥下藥”提供依據(jù)和便利，并為供熱系統(tǒng)節(jié)能減排問題的解決提供可靠支撐。

圖1　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)為以下三個方面：

（1）數(shù)據(jù)采集。在供熱系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要有兩種數(shù)據(jù)采集方式，分別為人工數(shù)據(jù)采集及自動數(shù)據(jù)采集。其中，自動數(shù)據(jù)采集主要通過將傳感器安裝在管網(wǎng)、用戶熱量表、換熱站、熱電廠及熱源上，從而實(shí)現(xiàn)熱量、流量、時間及溫度等參數(shù)的采集；

（2）信息讀取。通過對傳感器所傳送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行識別，依據(jù)TCP/IP協(xié)議，將其轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)傳輸格式，再利用無線或有線等方式進(jìn)行連接，促進(jìn)底層數(shù)據(jù)上傳及采集功能實(shí)現(xiàn)；

（3）信息判斷與反饋。操作系統(tǒng)運(yùn)用的乃是B/ S與C/S混合的軟件體系結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用Intranet B/S瀏覽模式實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測。此種模式不僅操作清晰簡便，而且還能為數(shù)據(jù)庫安全提供保障。在系統(tǒng)管理方面，則利用C/S模式對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，具有較強(qiáng)交互性[5]。

3.2監(jiān)控整體發(fā)熱系統(tǒng)

通過以上三大方面的應(yīng)用，對于管理方針而言，數(shù)據(jù)修改與查詢具有更快響應(yīng)速度；對于數(shù)據(jù)采集層而言，由于是對諸如用戶、分布管網(wǎng)及鍋爐等有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對斷點(diǎn)予以續(xù)傳，因此可為數(shù)據(jù)完整性提供保證，為上層分析決策提供充實(shí)依據(jù)；對于數(shù)據(jù)匯聚層而言，則主要包含有整個工業(yè)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中數(shù)萬點(diǎn)以上的數(shù)據(jù)容量，為數(shù)據(jù)傳送的安全及穩(wěn)定提供保證，還可為數(shù)據(jù)查詢及儲存提供便利。

當(dāng)分析決策層完成上層分析決策平臺構(gòu)建后，利用報(bào)表及圖像等方式，對供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)予以直觀顯示，還可對歷年數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，進(jìn)而為供熱系統(tǒng)設(shè)備的報(bào)警及預(yù)警提供智能化管理。其操作流程為：利用Ioserver將管網(wǎng)、用戶熱量表、換熱站及熱電廠等進(jìn)行錄入，并輸入至供熱企業(yè)設(shè)備上，即可供檢測流量、時間及壓力等參數(shù)的傳感器所用，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息實(shí)時發(fā)送至供熱廠監(jiān)控室。監(jiān)控室展示方式包含B/S網(wǎng)站展示方式及C/S大屏展示方式，在展示內(nèi)容上，包含供熱廠的水電氣能耗計(jì)算分析數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表匯總及生產(chǎn)運(yùn)營實(shí)時數(shù)據(jù)、抄表系統(tǒng)用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)等，最終促進(jìn)供熱廠設(shè)備控制及檢測的實(shí)現(xiàn)。同時，SQL數(shù)據(jù)庫的同步數(shù)據(jù)及采集層的原始數(shù)據(jù)均被統(tǒng)一輸送至工業(yè)數(shù)據(jù)庫Historian當(dāng)中，且與物聯(lián)網(wǎng)平臺Oracle數(shù)據(jù)庫之間形成同步。把耗能指標(biāo)輸入于系統(tǒng)中，且實(shí)現(xiàn)程序是否安裝完畢的自動判斷，則可發(fā)送報(bào)警信息，或?yàn)閿?shù)據(jù)調(diào)整提供支撐。

4　結(jié)束語

伴隨當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益發(fā)展，由于各種原因的限制與影響，我國供熱系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用方面還未能得到普及。為實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)在監(jiān)管上的強(qiáng)化，推動熱計(jì)量工作的深入開展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在供熱系統(tǒng)管理中的應(yīng)用為不二選擇。

劉陽, 周德云. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在集中供熱室內(nèi)溫度監(jiān)測系統(tǒng)中的

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何嘉(1983-)，男，電氣高級工程師，研究方向；暖通、電氣、自控。

Applications on Internet of Things Technology in Centralized Heating System

HE Jia
(Beijing Bodakaituo Heating Co., Ltd., Beijing, 100076, China)

At present, the centralized heating system in China faces the challenge of low energy utilization and imperfectness of management mechanism. Based on the structure of Internet of Things (IoT), combined with China's status of centralized heating system application and challenges, from three aspects of data collection, including information loading, information judgment and feedback, new methods and ideas are put forward for conjunction of IoT Technology and centralized heating system, to realize realtime acquisition and monitor of parameters including heat, flow, time and temperature, which promotes a further development of heat metering field. Research shows that the IoT technology is the only proper course for scientific management of centralized heating system.

Centralized Heating System; Internet of Things (IoT); Supervision; Real-time; Interaction

TU833+.1

A

2095-8412 (2016) 05-1028-04工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.054