安科瑞 刘芳 咨询家:acrel-js
自从物联网概念提出以来,物联网技术已经广泛应用于能耗监测系统中。本文结合物联网技术,针对目前校园电能监测的现状,提出了一种基于物联网三层架构的校园电能监测系统,系统中感知层的电能采集终端从用电设备上采集电能参数;传输层中的智能数据网关完成Rs485总线协议与以太网协议的协议转换,并通过校园网把数据上传给应用层;应用层的监测中心完成数据的存储、分析处理,并向客户端提供Web服务。系统设计融入工程化、模块化的设计思想。后台完成设备建模方法实现检测设备的管理,以组织建模的方法完成设备所属组织关系的管理,满足系统对设备多维化、精细化管理需求。同时后台利用设备模板、组织模板的扩展功能属性和复用属性,实现后台数智能化存储。科学的工程化后台管理是整个系统的核心,是稳定、极速、人性化的前台根本保障。
1.系统架构设计
一个完整的电能监测系统可以对电力系统中各项参数进行监测和远程发布,本文设计的监测系统基于物联网架构主要分为设备层、传输层和应用层三个层次,其网络拓扑如图1所
设备层的电能采集终端的作用是将原始电压、电流信号采集并转变为数字信号,完成电能参数数据的采集,并通过RS485总线将数据上传到智能网关。本设计的电能采集终端可以支持多种电表,如三相四线电子式有功电能表、单相远程费控智能电表、智能电网多功能电表等。系统中一些功能是建立在特定表具上的,例如:电流、电压的趋势分析,对应的表具要存在供采集的电流、电压参数;功率趋势分析也需要可提供功率变量的表具。
传输层的功能是把来自感知层的信息进行接入和传输,通过校园网上传给应用层。智能数据网关通过RS485总线接收数据,完成RS485总线协议与以太网协议之间的转换,将终端电表上传来的实时数据进行本地分析,并通过校园网将数据压缩打包上传至应用层。网关根据系统策略分整点数据上报、异常数据上报与修复、网关离线处理等,同时网关还可以实现短时间的数据储存,当网关与服务器断开连接时,电表上报的数据将暂时存储在网关中,当连接正常后再将这些数据上报上去。
应用层的监测中心由平台服务器、数据库服务器和客户端组成。监测中心使用以太网通信协议接收智能数据网关采集上来的数据包,并将数据包存储到数据库服务器中。应用服务层采用B/S开发架构,平台服务器完成与智能数据网关的通信、数据采集、数据解析、数据保存工作,并向客户端提供Web服务。数据库服务器提供数据的可靠存储和查询等任务。客户端供用户方便地完成Web浏览。本系统支持多种客户端终端设备如计算机、平板电脑、智能手机等,可供用户随时监测校园内的用电情况。同时,平台服务器还可以把数据存储在云端,提供云服务,方便用户的远程访问。
2.系统功能模块组成
本设计的功能模块分为数据采集与存储模块、前台展示模块和后台工程管理模块三个部分,系统功能模块图如图2所示。后台的工程管理模块支持前台的展示和管理整个电能计量监测系统。
2.1数据采集与存储模块
数据采集模块完成与智能数据网关的通信、数据采集、解析和保存工作,采用自动、手动相结合的采集方式,并对通信过程提供完善的日志管理、事件管理和故障检测机制。数据存储模块根据上报来的数据进行分类、分项存储,根据存储策略,平台服务器将数据存储至本地数据库服务器和远程(云存储)数据中心。客户端将请求信息发送给平台服务器,平台服务器在和数据库服务器之间交互后,将处理结果返回给客户端。
2.2前台展示模块
前台展示模块设计为实时数据展示、用电明细、用电统计、用电分析、电能定额管理、综合信息管
(1)校园电力监控与运维
(2)能源管理系统
针对校园水、电、气等各类接入能源进行统计分析,包含同比分析、环比分分析、损耗分析等。了解用能总量和能源流向。
(3)智能照明管理
通过对高校路灯的全局监测,提供对路灯灵活智能的管理,实现校园内任一线路,任一个路灯的定时开关、强制开关、亮度调节,以及定时控制方案灵活设置,确保路灯照明的智能控制和高效节能。
(4)智慧消防系统
智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术,将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络,并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位,实时动态采集消防信息,通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析,帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防,实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。从火灾预防,到火情报警,再到控制联动,在统一的系统大平台内运行,用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况,并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下,在几秒时间内,相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段,就迅速能够迅速通知到达相关人员。
(5)后勤计费管理
采用先进的网络抄表付费管理技术,实现电、水、气等能源综合计费,实现远程抄表、费率设置、账单统计汇总等,支持微信、支付宝、一卡通等充值支付方式,可设置补贴方案。通过能源付费管理方式,培养用能群体和部门的节能意识。
宿舍用电管理
针对学生宿舍用电进行管理控制:可批量下发基础用电额度和定时通断功能;
可进行恶性负载识别,检测违规电气,并可获取违规用电跳闸记录;
商铺水电收费
针对校园超市、商铺、食堂及其他针对个体的水电用能进行预付费管理
充电桩运维平台
充电桩在“源、网、荷、储、充”信息能源结构中是必不可缺的。充电桩应用管理同样是校园生活服务中必不可缺的一部分。
2.3后台工程管理模块
后台工程管理完成从数据网关数据接收、数据整理、采集设备的管理、设备模板的配置、组织管 理、系统使用者的权限分配、系统维护等。设备管理、组织管理好坏直接影响到前台数据展示的合理性、科学性,及数据展示的效果。设备管理、组织管理的核心又是设备管理建模的设计和组织管理模板建模的设计。
(1)设备模板
设备模板功能属性及方法设计如图3所示。
(2)设备管理
设备管理功能属性及方法设计如图4所示。
(3)组织机构
组织机构中的设备在系统中的映射,组织机构是现实中的组织机构(学院、部门、科室等)在系统中的映射。通过组织机构的建立,可以对不同的组织分配不同的权限,管理相应的设备。
(4)系统维护
系统维护选项用于维护系统。校园的系统管理者查看在线网关、在线设备等,观察其运行信息,及时发现问题并及时解决;查看在线用户,观察用户的登录状态信息;查看在线设备和在线网关的实时报文,以判断这些网关或设备所处的状态,可以在平台上调试数据库信息,查看数据库状态。
3.硬件选型
4.结语
文中提出了一种基于物联网架构的校园电能监测系统解决方案,该方案重点以基于后台工程化管理,用设备建模、组织建模的方式来管理整个电能监测系统,供施工单位、管理人员使用。前台页面用于展示和数据分析供系统管理者分析使用。本方案在软件设计的角度和电能监测管理的角度上具有一定的先进性和科学性。返回搜狐,查看更多