龍興

（西安市熱力總公司，陜西 西安 710016）

摘要：在目前的熱力管網(wǎng)系統(tǒng)中有許多問題亟待解決，諸如自動化與智能化程度偏低等，且傳統(tǒng)的熱力站管網(wǎng)儀器中常有接入網(wǎng)絡(luò)困難等各種問題，以至于出現(xiàn)信息孤島的現(xiàn)象。對于這些問題，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以使其得到很好的解決，不僅能夠?qū)υO(shè)備的全面接入進行感知，還可以使數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與共享得以實現(xiàn)。本文首先對熱力管網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)存的問題進行分析，接著提出了相關(guān)的研究與設(shè)計。

關(guān)鍵詞：熱力管網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)關(guān)

引言：當前的城市供熱系統(tǒng)主要組成部分為熱源、熱網(wǎng)、熱力站以及用戶，同時也可分為多種子系統(tǒng)。而其中，在集中供熱方面熱力站有著至關(guān)重要的作用，同時其也是城市熱網(wǎng)的末梢單元，與整個熱網(wǎng)熱量的分配息息相關(guān)。另外熱力站除了對用戶的供熱效果有所影響，也在極大程度上影響著集中供熱系統(tǒng)的耗熱量。如今城市集中供熱一直處于不斷發(fā)展的狀態(tài)，而熱力站的數(shù)量也隨之在持續(xù)增長。

一、熱力管網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

近年來，我國的集中供熱系統(tǒng)一直在快速發(fā)展，其建設(shè)與技術(shù)都得到了十分顯著的進步，然而城市熱力管網(wǎng)系統(tǒng)仍有許多問題亟待解決。首先需要解決的是原始供暖系統(tǒng)與現(xiàn)代集中供熱系統(tǒng)并存的問題，且還廣泛存在有小型分散的供熱形式。在很長一段時間里對熱力站儀表進行的監(jiān)控，使用的都是人工抄錄與控制的方式。除此之外，還有動力設(shè)備與運轉(zhuǎn)狀態(tài)等多個方面也是如此，以至于出現(xiàn)信息無法及時采集且控制調(diào)節(jié)不穩(wěn)定等多種問題。其次是城市熱力供熱系統(tǒng)規(guī)模較大的問題，每一個熱力站以及其供熱系統(tǒng)都十分獨特，其互不相同，不僅有著諸多影響參數(shù)，且供熱系統(tǒng)反應(yīng)較為滯后。以至于在如今的熱力站中，無法使自動控制技術(shù)得到最好的發(fā)揮，且供熱系統(tǒng)也無法達到最佳運行狀態(tài)，導(dǎo)致熱能的利用率十分低下。最后是系統(tǒng)中一些較早的管網(wǎng)出現(xiàn)老化的問題。由于管網(wǎng)老化，使得供熱運行中管網(wǎng)出現(xiàn)各種滴漏情況，這種現(xiàn)象時常發(fā)生卻難以及時發(fā)現(xiàn)。另外，供熱管網(wǎng)有著高溫高壓等特征，其管內(nèi)有著較高溫度的水介質(zhì)，管道運行也有著較大的運行壓力，以至于對出現(xiàn)問題的管網(wǎng)進行搶險時有較高的風險與難度。面對熱力管網(wǎng)系統(tǒng)中所存在的各種問題，本文針對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進行了相應(yīng)的研究與設(shè)計。對于底層的各類傳感器及儀表的差異性，進行了全面接入及屏蔽，使得熱力站的各項數(shù)據(jù)能夠得到準確及時的獲取，同時也使熱力管網(wǎng)系統(tǒng)能夠得到高效運行。

二、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計

（一）總體解決方案。在如今的熱力管網(wǎng)系統(tǒng)中，熱力站可以被分為有人值守與無人值守兩種。而其中的傳統(tǒng)熱力站設(shè)備都十分老式，例如其傳感器與控制器等，都是非智能設(shè)備，只有通過有線方式才能對其進行連接。對于這兩種熱力站，可以通過與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計進行解決。針對于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的總體方案設(shè)計，大致在感知層、傳輸層以及應(yīng)用層方面的設(shè)計。首先是感知層，主要是各類感知終端，以及相關(guān)的熱力儀器儀表。其次是傳輸層，包括PAN/LAN/3G/4G網(wǎng)絡(luò)以及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等。最后是應(yīng)用層，其包含有終端用戶以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。

針對于熱力站現(xiàn)場的各類傳感器以及熱表，進行實時數(shù)據(jù)的動態(tài)采集。通過有線與無線兩種方式，將數(shù)據(jù)傳輸至物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，并對底層數(shù)據(jù)的差異性進行屏蔽。另外，還可以接入管理系統(tǒng)，以便更全面的對熱力站進行監(jiān)測，并及時進行預(yù)警，以免出現(xiàn)各種安全事故。

（二）功能介紹。在目前的熱力管網(wǎng)系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)有著以下幾個方面的功能。

首先是全面接入能力。通過對底層數(shù)據(jù)進行接收，在網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中接入類型及制式都不相同的傳感器與熱表。同時對底層傳感網(wǎng)絡(luò)的差異性進行屏蔽，以便更好的進行數(shù)據(jù)全面接收。

其次是協(xié)議及數(shù)據(jù)適配能力。對于下層標準格式不同的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一進行封裝，以此來使不同感知網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議得到改變，成為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)與信令。對上層下發(fā)的數(shù)據(jù)包進行解析，使其成為感知層協(xié)議，最終完成對信令與控制指令的識別。

最后是可管理能力。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)能夠使子網(wǎng)內(nèi)感知節(jié)點的管理得到良好的實現(xiàn)，除了能夠?qū)?jié)點的標識與狀態(tài)等進行感知之外，還能更好的對其進行遠程控制以及診斷維護等。子網(wǎng)有著不同的技術(shù)標準，因此其支持協(xié)議的復(fù)雜性也有很大的區(qū)別，進而導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)也有著不同的管理能力。用戶通過各種方式能夠?qū)W(wǎng)關(guān)進行配置管理。

（三）通信接口設(shè)計。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的通信接口設(shè)計方面，除了對上廣域通信接口的設(shè)計十分重要外，對下近距離通信接口的設(shè)計也至關(guān)重要。通過對C/S模式進行采樣，以約定端口監(jiān)聽的形式，使數(shù)據(jù)的今天更具有周期性，在對上傳的數(shù)據(jù)進行協(xié)議的同時，也對其數(shù)據(jù)進行解析與轉(zhuǎn)換。而對于底層的感知終端網(wǎng)絡(luò)，Mod Bus TCP協(xié)議通信是重中之重。而對于上層的接入管理平臺，其對上接口主要通過太網(wǎng)TCP/IP標準進行建立。請求/響應(yīng)是通信接口設(shè)計的主要模式，其通信連接主要通過Socket進行建立，同時其需要與目的IP地址與端口進行綁定。

（四）數(shù)據(jù)采集與傳遞流程。數(shù)據(jù)采集與傳遞流程的配置文件中，除了存放有相關(guān)數(shù)據(jù)采集器的IP地址之外，還有數(shù)據(jù)采集的時間間隔等。同時，在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與接入管理平臺以及數(shù)據(jù)采集器等進行連接之后，可以進入到數(shù)據(jù)采集的循環(huán)之中，除非管理員將該循環(huán)終止，否則物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)都會對間隔執(zhí)行數(shù)據(jù)采集與傳遞流程進行固定發(fā)送。

結(jié)語：現(xiàn)如今，該技術(shù)已在各個行業(yè)領(lǐng)域中得到良好的使用。在熱力管網(wǎng)系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的使用可以實時檢測其熱力參數(shù)，同時也使各個管理部門能夠更好的對其工作狀態(tài)以及運行情況進行監(jiān)控。目前物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的研究與設(shè)計工作主要是對于以往熱力站及管網(wǎng)進行升級完善，本文致力于熱力網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的相關(guān)研究，能夠使熱力管網(wǎng)系統(tǒng)中存在的各種問題得到有效解決。然而如新型智能傳感器與儀表的接入等一些技術(shù)手段仍在研究之中，因此物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的研究與設(shè)計還需要有更深層次的發(fā)展。

參考文獻

[1]李振營，劉經(jīng)緯，鄢楚平. 熱力管網(wǎng)系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)研究與設(shè)計[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，23：13-16.

[2]孫彥景，丁曉慧，于滿，田紅. 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)研究與設(shè)計[J]. 計算機研究與發(fā)展，2011，S2：326-331.

[3]趙迪，李允俊. 基于GPRS和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的熱力管網(wǎng)泄漏監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 計算機時代，2016，02：22-25.