基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑電氣設(shè)備節(jié)能系統(tǒng)的應(yīng)用與研究①

唐京瑞 段勛興

(重慶化工職業(yè)學(xué)院智能制造與汽車學(xué)院 重慶 401220)

近幾年來，隨著人們對(duì)電能的需求量越來越大，用戶在能源的節(jié)能減排上越來越受到重視，在保證正常的電能消耗外，低碳電力發(fā)展體系的構(gòu)建顯得愈來愈重要[1-2]。尤其是針對(duì)如學(xué)校、辦公大樓等公共建筑體，存在著用電設(shè)備管理不到位，電能浪費(fèi)情況嚴(yán)重的現(xiàn)象，因此，為了合理利用電能資源、優(yōu)化管理能力、降低能源浪費(fèi)，通過發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制顯得十分重要。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的今天，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)利用互聯(lián)網(wǎng)、GPRS等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了物與物、物與人的相連，廣泛應(yīng)用于智能家居、智能學(xué)習(xí)和智能交通等領(lǐng)域。其核心關(guān)鍵技術(shù)在于傳感識(shí)別技術(shù)，通過布置各種傳感設(shè)備，再利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接，將用電終端數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳輸、發(fā)布和控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)提供服務(wù)處理決策支持[3]。本文研究了利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)建筑用電設(shè)備的節(jié)能要求，尤其針對(duì)建筑中的照明、空氣調(diào)節(jié)、給排水、消防、供熱通風(fēng)、電梯等子系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制方法進(jìn)行了闡述，從而實(shí)現(xiàn)電能的集中管理、分散控制。

圖1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)框圖

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

公共建筑中電氣設(shè)備管理存在設(shè)備種類多、設(shè)備操控人員和時(shí)間均不固定等特點(diǎn)，基于物聯(lián)網(wǎng)背景下的監(jiān)控系統(tǒng)能夠很好適應(yīng)和解決此類問題，能在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用過程中發(fā)揮出積極的作用[4]。

1.1 系統(tǒng)整體方案及軟件設(shè)計(jì)

智能斷路器與電氣設(shè)備終端物理相連，無線節(jié)點(diǎn)與智能斷路器相連，以便于將智能斷路器的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器，并下達(dá)控制命令。同時(shí)無線節(jié)點(diǎn)還用于獲取終端設(shè)備的狀態(tài)信息，并將信息傳送給遠(yuǎn)程設(shè)備網(wǎng)關(guān)和路由器，最后將數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器，再利用軟件對(duì)分析與處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶終端，如電腦、手機(jī)等監(jiān)控平臺(tái)，系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

CC2000A數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控軟件支持Windows xp,UNIX, Window 10操行系統(tǒng)，CC2000A運(yùn)行系統(tǒng)包括3個(gè)用戶及目錄，即Osa、cc2000和oracle用戶。其中cc2000用戶所有unix節(jié)點(diǎn)都有，HOME路徑是/data/users/osa。oracle用戶存放oracle軟件用戶，主備機(jī)及高級(jí)應(yīng)用服務(wù)器上安裝服務(wù)端，其余節(jié)點(diǎn)安裝客戶端，一般放在/oracle目錄下。CC2000用戶存放源程序用戶，只在主備服務(wù)器上，HOME路徑是/data/users/cc2000。

圖2 可視化結(jié)構(gòu)圖

表1 主要電氣設(shè)備參數(shù)

表2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果數(shù)據(jù)

軟件可視化功能包括人機(jī)界面、通信和后臺(tái)服務(wù)等幾個(gè)部分，由圖形展示、計(jì)算引擎、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用軟件等幾個(gè)部分配合實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)用軟件通過分析計(jì)算將電氣設(shè)備信息寫入數(shù)據(jù)庫，人機(jī)界面通過數(shù)據(jù)通信取得該信息，然后根據(jù)需要進(jìn)行加工計(jì)算和判別，得到希望展示的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)圖形界面上的坐標(biāo)顏色等可視化信息，最后用畫圖方法顯示在界面上?？梢暬Y(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

1.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣設(shè)備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）硬件設(shè)計(jì)主要由四個(gè)部分組成，第一部分為智能控制器，第二部分為以太網(wǎng)控制器，第三部分為計(jì)算服務(wù)處理器，第四部分為應(yīng)用終端。其中，智能控制器的作用是采集電氣設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，以及命令下達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)與前提，如無線GPRS遠(yuǎn)程控制斷路器等。以太網(wǎng)控制器是電氣設(shè)備與服務(wù)器之間的橋梁，通過以太網(wǎng)控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收及處理。計(jì)算服務(wù)器主要用于對(duì)操作軟件，數(shù)據(jù)分析與處理，遙控命令執(zhí)行與下達(dá)以及數(shù)據(jù)庫所必需的綜合處理。應(yīng)用終端是實(shí)現(xiàn)物與人建立連接的實(shí)時(shí)平臺(tái)，通過應(yīng)用終端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)視、控制等功能，如計(jì)算機(jī)顯示器、手機(jī)等。

2 建筑群體電氣設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測節(jié)能網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用越來越廣，更多企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在節(jié)能環(huán)保上的實(shí)際意義大于傳統(tǒng)的節(jié)能方法。為了保證本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑群體電氣設(shè)備節(jié)能上的有效性，將在PSCAD軟件上進(jìn)行仿真試驗(yàn)，在此模型中忽略了系統(tǒng)的無功損耗及網(wǎng)損。各主要電氣設(shè)備參數(shù)如表1所示。

通過在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的應(yīng)用終端干預(yù)控制下，與傳統(tǒng)的電氣設(shè)備控制方法相比，在24h內(nèi)消耗的總電量如表2所示。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面消耗的電量在24h內(nèi)比傳統(tǒng)控制方法節(jié)約568.62度，驗(yàn)證表明了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測控制在電氣設(shè)備節(jié)能減排上具有一定的有效性和實(shí)用性。

3 結(jié)語

本設(shè)計(jì)通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)公共建筑群體電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程控制進(jìn)行了分析與研究，通過在PSCAD軟件中仿真結(jié)果分析表明：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的電氣設(shè)備控制比傳統(tǒng)控制方法有了較大改善，在同等條件下，能夠獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，在節(jié)能減排上具有一定的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的監(jiān)控系統(tǒng)必須提高其監(jiān)控效率，只有不斷創(chuàng)新與改革系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，才能發(fā)揮出對(duì)更多電氣設(shè)備同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控的優(yōu)越性。