熱力管網系統(tǒng)中的物聯(lián)網網關研究與設計

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)的熱力站管網儀器中常有接入網絡困難等各種問題，以至于出現(xiàn)信息孤島的現(xiàn)象。對于這些問題，物聯(lián)網技術可以使其得到很好的解決，不僅能夠對設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系統(tǒng)現(xiàn)存的問題進行分析，接著提出了相關的研究與設計。

關鍵詞：熱力管網；物聯(lián)網；網關

引言：當前的城市供熱系統(tǒng)主要組成部分為熱源、熱網、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重要的作用，同時其也是城市熱網的末梢單元，與整個熱網熱量的分配息息相關。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，其建設與技術都得到了十分顯著的進步，然而城市熱力管網系統(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，還有動力設備與運轉狀態(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)反應較為滯后。以至于在如今的熱力站中，無法使自動控制技術得到最好的發(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)中一些較早的管網出現(xiàn)老化的問題。由于管網老化，使得供熱運行中管網出現(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，供熱管網有著高溫高壓等特征，其管內有著較高溫度的水介質，管道運行也有著較大的運行壓力，以至于對出現(xiàn)問題的管網進行搶險時有較高的風險與難度。面對熱力管網系統(tǒng)中所存在的各種問題，本文針對物聯(lián)網網關進行了相應的研究與設計。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，同時也使熱力管網系統(tǒng)能夠得到高效運行。

二、物聯(lián)網網關設計

（一）總體解決方案。在如今的熱力管網系統(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)熱力站設備都十分老式，例如其傳感器與控制器等，都是非智能設備，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)網網關的設計進行解決。針對于物聯(lián)網網關的總體方案設計，大致在感知層、傳輸層以及應用層方面的設計。首先是感知層，主要是各類感知終端，以及相關的熱力儀器儀表。其次是傳輸層，包括PAN/LAN/3G/4G網絡以及物聯(lián)網網關等。最后是應用層，其包含有終端用戶以及數(shù)據(jù)庫服務器等。

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)網網關，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。在目前的熱力管網系統(tǒng)中，物聯(lián)網網關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，在網關系統(tǒng)中接入類型及制式都不相同的傳感器與熱表。同時對底層傳感網絡的差異性進行屏蔽，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絡的協(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)網網關能夠使子網內感知節(jié)點的管理得到良好的實現(xiàn)，除了能夠對節(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。子網有著不同的技術標準，因此其支持協(xié)議的復雜性也有很大的區(qū)別，進而導致網關也有著不同的管理能力。用戶通過各種方式能夠對網關進行配置管理。

（三）通信接口設計。在物聯(lián)網網關的通信接口設計方面，除了對上廣域通信接口的設計十分重要外，對下近距離通信接口的設計也至關重要。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)進行解析與轉換。而對于底層的感知終端網絡，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TCP/IP標準進行建立。請求/響應是通信接口設計的主要模式，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)網網關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)網網關都會對間隔執(zhí)行數(shù)據(jù)采集與傳遞流程進行固定發(fā)送。

結語：現(xiàn)如今，該技術已在各個行業(yè)領域中得到良好的使用。在熱力管網系統(tǒng)中，物聯(lián)網網關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)網網關的研究與設計工作主要是對于以往熱力站及管網進行升級完善，本文致力于熱力網關系統(tǒng)中物聯(lián)網網關的相關研究，能夠使熱力管網系統(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手段仍在研究之中，因此物聯(lián)網網關的研究與設計還需要有更深層次的發(fā)展。

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