基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的熱水實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)

談學(xué)釗 肖磊

摘要：通過對(duì)太陽能熱水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)行需求分析并調(diào)研了現(xiàn)有的解決方案，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控解決方案。系統(tǒng)使用MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)PLC與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，基于Web方式為用戶提供遠(yuǎn)程操作方式，后臺(tái)實(shí)現(xiàn)了權(quán)限管理、數(shù)據(jù)管理等功能，為相關(guān)管理人員提供遠(yuǎn)程操作數(shù)據(jù)的平臺(tái)。前臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)信息、樓棟信息及數(shù)據(jù)點(diǎn)信息等展示功能，同時(shí)使用微信小程序作為移動(dòng)端監(jiān)控入口，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；監(jiān)控系統(tǒng)；移動(dòng)性；效率優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP277文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2020）20-67-4

0引言

在節(jié)能環(huán)保的時(shí)代背景下，太陽能有光熱低污染、高普遍性、能源充足等特點(diǎn)，使得太陽能熱水系統(tǒng)的需求量越來越大[1-3]，對(duì)太陽能熱水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控提出更高的要求。通過調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，太陽能熱水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生額外的能耗，這些不必要的能耗會(huì)隨季節(jié)和溫度的變化而波動(dòng)[4-11]。如果無法有效降低系統(tǒng)額外能耗并控制系統(tǒng)運(yùn)維等產(chǎn)生的費(fèi)用，就會(huì)造成節(jié)能不節(jié)財(cái)?shù)那闆r。

傳統(tǒng)的解決方案主要是基于單片機(jī)或PLC實(shí)現(xiàn)[12-13]，在故障告警及數(shù)據(jù)分析能力等方面存在不足。近年來，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控在不同應(yīng)用領(lǐng)域中都有較好的應(yīng)用[14-19]，同時(shí)MQTT協(xié)議解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性問題。因此本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽能熱水平臺(tái)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的解決方案，使用PLC和傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)PLC與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，并為用戶提供基于Web和微信小程序的使用方式。

1需求分析

熱水監(jiān)控平臺(tái)主要目的在于監(jiān)控并能有效調(diào)度太陽能熱水系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，如監(jiān)控水箱的水位數(shù)據(jù)，并根據(jù)該樓棟上個(gè)月或上幾個(gè)月的水位變化設(shè)置不同的補(bǔ)水策略；或設(shè)置不同的水溫加熱策略，讓陽光照射不足的太陽能熱水系統(tǒng)及時(shí)自動(dòng)升溫等。

因此系統(tǒng)需要有效接收來自數(shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)并建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，以便獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)的變化曲線，如水箱的水溫變化曲線，方便后續(xù)對(duì)水溫變化進(jìn)行預(yù)測(cè)及設(shè)置相應(yīng)的維護(hù)策略。維修人員、監(jiān)控人員進(jìn)行日常維護(hù)或?qū)崟r(shí)監(jiān)控時(shí)能通過通信設(shè)備，如電腦、手機(jī)及平板電腦等進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的查看、設(shè)置和修改，并與太陽能熱水監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。如水箱狀態(tài)離線或水位無論如何補(bǔ)水都無法超過某個(gè)值時(shí)，可以讓維修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并到場(chǎng)維修，減少維護(hù)成本，工作原理如圖1所示。

根據(jù)系統(tǒng)的需求分析分為系統(tǒng)功能、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和關(guān)鍵問題3個(gè)研究點(diǎn)，其中，系統(tǒng)功能分為前臺(tái)功能及后臺(tái)功能，主要描述前后臺(tái)的結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)則側(cè)重于描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)MVC的分層思想；關(guān)鍵問題用于描述系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的過程中遇到的難點(diǎn)。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

熱水監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)功能要求分為前臺(tái)和后臺(tái)兩部分，前臺(tái)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)展示，提供相關(guān)工作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；后臺(tái)主要負(fù)責(zé)權(quán)限管理、數(shù)據(jù)管理，提供相關(guān)管理人員遠(yuǎn)程操作數(shù)據(jù)的平臺(tái)，如設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)水、自動(dòng)加熱策略等，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.1前臺(tái)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

前臺(tái)包括Web端及微信小程序端兩部分，其功能一致，主要負(fù)責(zé)相關(guān)數(shù)據(jù)的展示，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，如水箱水位、水溫等數(shù)據(jù)點(diǎn)的具體信息提供查詢功能，功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

①主頁面：用戶需要經(jīng)過登錄才能進(jìn)入前臺(tái)，前臺(tái)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶的權(quán)限進(jìn)行不同的展示，如當(dāng)前登錄用戶為公司管理員，該用戶能看見自己公司所有機(jī)構(gòu)的信息，如果當(dāng)前登錄用戶為機(jī)構(gòu)管理員，則該用戶只能看見自己所管理機(jī)構(gòu)的信息。

②機(jī)構(gòu)頁面：用于展示用戶可查看的機(jī)構(gòu)信息。

③樓棟頁面：用于展示所屬用戶選擇機(jī)構(gòu)的樓棟信息。

④數(shù)據(jù)點(diǎn)頁面：用于展示所屬用戶選擇樓棟的數(shù)據(jù)點(diǎn)信息。用戶可以查看數(shù)據(jù)點(diǎn)的相關(guān)信息，如水箱水位、溫度、告警記錄、水溫預(yù)測(cè)及水位預(yù)測(cè)等，還可以對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)策略進(jìn)行設(shè)置，如水位告警策略等。2.1.2后臺(tái)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

后臺(tái)主要是用于權(quán)限管理、數(shù)據(jù)管理。

權(quán)限管理主要是基于角色的訪問控制模型（Role-Based Access Control，RBAC）對(duì)用戶進(jìn)行權(quán)限分配和管理[20]，使不同級(jí)別的管理員具有不同級(jí)別的操作權(quán)限，如樓棟管理員只能管理自己所管理樓棟的數(shù)據(jù)點(diǎn)等。

數(shù)據(jù)管理主要是提供相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)置及修改，包括但不限于水位或水溫告警閾值、水溫的加熱策略、數(shù)據(jù)點(diǎn)的增刪查改等，如檢測(cè)水位是否達(dá)到告警閾值水位，或根據(jù)季節(jié)或天氣設(shè)置對(duì)應(yīng)的加熱策略等操作，不再需要人員到場(chǎng)檢測(cè)或設(shè)置，達(dá)到節(jié)能節(jié)財(cái)?shù)哪康摹：笈_(tái)功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。