基于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的工業(yè)能源管理系統(tǒng)

姚凌云, 霍彥軍

(陜西斯科德智能科技有限公司, 陜西 西安 710077)

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基于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的工業(yè)能源管理系統(tǒng)

姚凌云, 霍彥軍

(陜西斯科德智能科技有限公司, 陜西 西安 710077)

結(jié)合SG工業(yè)集團(tuán)實(shí)例,從數(shù)據(jù)采集、無(wú)線組網(wǎng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交互性可視化展現(xiàn)方面介紹了基于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的能源管理系統(tǒng),闡述了工業(yè)能源管理系統(tǒng)的安全性。傳感器和儀表的改造解決了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集問(wèn)題,無(wú)線組網(wǎng)通信方案降低了廠區(qū)設(shè)置光纜或網(wǎng)線的成本,縮短了項(xiàng)目實(shí)施周期,解決了數(shù)據(jù)傳輸難題。

能源管理系統(tǒng); 數(shù)據(jù)采集; 無(wú)線組網(wǎng); 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

姚凌云(1973—),男,工程師,從事物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)應(yīng)用方面的工作。

0 引 言

目前,建筑能效管理尤其是大型公共建筑的能耗監(jiān)測(cè)正逐步落實(shí)在新建建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)和既有建筑的改造中,但工業(yè)能耗管理尚缺乏有效的推進(jìn)措施和系統(tǒng)化的構(gòu)建[1-2]。

SG工業(yè)集團(tuán)是一家以重型動(dòng)力裝備為主業(yè)的公司。在能源管理系統(tǒng)項(xiàng)目的策劃過(guò)程中發(fā)現(xiàn),集團(tuán)各下屬組織由于獨(dú)立核算及其相應(yīng)的考核體系,在信息整合和組織協(xié)同方面存在不足,表現(xiàn)為信息基礎(chǔ)設(shè)施各自構(gòu)建,導(dǎo)致異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)繁復(fù)、指標(biāo)維度難以比較、信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重,在能源消耗、能源再利用方面存在信息采集障礙。

1 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集

工業(yè)企業(yè)尤其是重化工企業(yè),其動(dòng)力源異常多元,包括外購(gòu)的電力、熱源、煤炭、油料、燃?xì)狻⑺Y源,以及轉(zhuǎn)化內(nèi)生的壓縮氣體源、蒸汽源、循環(huán)能源利用產(chǎn)生的再生源,且生產(chǎn)流程復(fù)雜,控制節(jié)點(diǎn)繁多,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的工藝參數(shù)、流程環(huán)節(jié)的環(huán)境參數(shù)影響設(shè)備的能源利用或轉(zhuǎn)化效率[3]。

針對(duì)此狀況,引入的公共熱源以及外購(gòu)的燃?xì)?、油料、煤炭、水資源和電能等能源在進(jìn)項(xiàng)側(cè)進(jìn)行智能化計(jì)量監(jiān)測(cè)的改造。例如,在變電站的進(jìn)線側(cè)和進(jìn)入到車(chē)間/班組的分支線路安裝可以兼具電力質(zhì)量監(jiān)測(cè)和電能計(jì)量的能源管理通信儀表,以對(duì)某些可能產(chǎn)生諧波的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行精確、有效的計(jì)量。在關(guān)鍵設(shè)備的輸入側(cè)和輸出側(cè)安裝帶通信的計(jì)量?jī)x表,并將關(guān)鍵工藝參數(shù)、環(huán)境狀況的數(shù)據(jù)通過(guò)轉(zhuǎn)換模塊傳輸?shù)絽R聚網(wǎng)關(guān)。

同時(shí),針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備和流程中的環(huán)境狀況和工藝參數(shù),利用現(xiàn)有的傳感器進(jìn)行采集,通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊或手動(dòng)記錄進(jìn)行統(tǒng)一匯聚。

另外,大型工業(yè)企業(yè)除辦公建筑外,都有餐飲中心、住宿、文化娛樂(lè)等生活設(shè)施,需要?jiǎng)澐植煌謪^(qū),針對(duì)照明插座、空調(diào)用能、動(dòng)力用能、特殊用能等能耗項(xiàng)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)分析。這些區(qū)域與一般建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相類似。

2 異構(gòu)歸一的無(wú)線組網(wǎng)

車(chē)間由于組建時(shí)間和技術(shù)方案的不同,其自動(dòng)化方案存在較大的差異,有的車(chē)間僅是有機(jī)械化,有的車(chē)間基于現(xiàn)場(chǎng)總線,而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也不相同。

SG工業(yè)集團(tuán)涉及相關(guān)廠區(qū)的面積達(dá)6 km2,下屬公司及部門(mén)的物理位置的分布較散,部門(mén)利益導(dǎo)致廠區(qū)現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法利用,不能架設(shè)架空線,需重新鋪設(shè)光纜或網(wǎng)線,成本高,且工期較長(zhǎng)。

針對(duì)上述狀況,通信層方案設(shè)計(jì)中采用S-Gate數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、上傳。該設(shè)備以Linux為操作系統(tǒng),輸入端采用RS-485、RS-232以及模擬信號(hào)接口,并提供WiFi、ZigBee等無(wú)線數(shù)據(jù)接收,支持現(xiàn)有主流工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通信協(xié)議,輸出具有RJ45接口以及GPRS或3G-DTU功能,并能通過(guò)設(shè)置自動(dòng)路由尋址進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)而自組無(wú)線傳輸網(wǎng)。

組網(wǎng)方案原理拓?fù)淙鐖D1所示。基于該拓?fù)湓?設(shè)計(jì)了無(wú)線組網(wǎng)通信方案,降低了廠區(qū)挖設(shè)光纜或網(wǎng)線的高昂成本,縮短項(xiàng)目實(shí)施周期,解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的難題。

圖1 組網(wǎng)方案原理拓?fù)?/p>

3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)偏重于靜態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),適用于傳統(tǒng)事務(wù)性應(yīng)用和商業(yè)分析。能源數(shù)據(jù)的采集和處理有定時(shí)限制,需要考慮吞吐量、平均響應(yīng)時(shí)間等指標(biāo),因此需要采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)滿足事務(wù)處理的適時(shí)性和數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)間的一致性,保證定時(shí)輪采數(shù)據(jù)的及時(shí)處理和數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)的真實(shí)性。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)通過(guò)適時(shí)協(xié)議和并發(fā)機(jī)制,與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)融合。

通過(guò)SQL語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)的清洗,并抽取不同維度的數(shù)據(jù),形成實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)、定期分區(qū)分類分項(xiàng)能耗統(tǒng)計(jì)、能源流向狀況、分區(qū)能耗三維動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)展示、歷史數(shù)據(jù)對(duì)比、橫向數(shù)據(jù)對(duì)比、能耗對(duì)標(biāo)管理、設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)、節(jié)能效果監(jiān)測(cè)等不同的功能模塊,便于應(yīng)用層的展示和查詢。

4 交互性可視化展現(xiàn)

系統(tǒng)平臺(tái)采用B/S架構(gòu),可通過(guò)瀏覽器瀏覽整體,針對(duì)不同模塊的交互查詢。尤其在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的趨勢(shì)下制作的移動(dòng)終端APP,方便不同權(quán)限的管理人員通過(guò)平板電腦、手機(jī)等瀏覽整體狀況,并將異常狀況及時(shí)通知到責(zé)任人。

良好的展示效果需要采用數(shù)據(jù)可視化技術(shù),才能將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖示、界面,實(shí)現(xiàn)便捷愉悅的用戶體驗(yàn)。

5 系統(tǒng)安全性

能源管理系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)安全性提出了較高的要求,需從采集設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和傳輸、權(quán)限管理等方面進(jìn)行考慮。

(1) 采集設(shè)備必須具備安全性、準(zhǔn)確性,以及相應(yīng)環(huán)境參數(shù)冗余的保護(hù)功能。

(2) 在數(shù)據(jù)安全方面,要求傳感器、儀表須具備存儲(chǔ)功能,保證掉電不丟數(shù)據(jù)和來(lái)電續(xù)傳;通過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試和手段,保證數(shù)據(jù)的傳輸安全;提供數(shù)據(jù)備份恢復(fù)功能,保證在電工作站死鎖、硬件故障、操作人員失誤或人為破壞等異常狀況下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全;當(dāng)發(fā)生故障造成系統(tǒng)停止運(yùn)行后,能迅速恢復(fù)到故障前狀態(tài),使損失降至最小,滿足可靠性要求。

(3) 在查詢和數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)方面設(shè)有權(quán)限控制表,采用有效的密碼控制操作,通過(guò)注冊(cè)保密、訪問(wèn)級(jí)別保密和數(shù)據(jù)保密三級(jí)措施,保證數(shù)據(jù)安全。

6 結(jié) 語(yǔ)

介紹了SG工業(yè)集團(tuán)基于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的工業(yè)能源管理系統(tǒng),探析既有工廠的工業(yè)能效管理系統(tǒng)存在的障礙和技術(shù)難題。通過(guò)分布式能源體系融合能源管理系統(tǒng),提高了整體能效,降低了運(yùn)維成本,并為以后向客戶提供能源動(dòng)力整體解決方案積累經(jīng)驗(yàn)。

[1] 葉建位,蘇宏業(yè).實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2005(3):45-47.

[2] 萬(wàn)力,劉育明,吳軍強(qiáng),等. 工業(yè)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用接口技術(shù)[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào),2006,13(1):49-53.

[3] 黃文燕.鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)及其能耗預(yù)測(cè)的研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2013.

[4] 王莉.節(jié)能減排背景下大型鋼鐵企業(yè)的能源管理研究[D].廣州:華東理工大學(xué),2013.

Industrial Energy Management System Based on Multi-source Heterogeneous Data

YAO Lingyun, HUO Yanjun

(Shaanxi Exceed Intelligent Technology Co., Ltd., Xi’an 710077, China)

Combining by SG industrial group,this paper introduced the industrial energy management system based on multi-source heterogeneous data in aspects of data collection,wireless network,data storage and interactive visualization display. The security of industrial energy management system was elaborated. The transformation of sensor and instrument solves the collecting problem of multi-source heterogeneous data. The wireless network communication scheme which solves the data transmission,reduces the costs of setting optical cable or network cable,and shortens the project cycle.

energy management system; data collection; wireless network; data storage

TU 201.5

B

1674-8417(2016)10-0035-03

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.10.010

2016-10-09

霍彥軍(1981—),男,工程師,從事基于互聯(lián)網(wǎng)+的能源管理大數(shù)據(jù)應(yīng)用方面的工作。