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公建能耗監控系統方案

廈門四信通信科技有限公司

一、需求分析

住房和城鄉建設部建科發布[2008]114號文（2008-06-24）《關于印發國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統建設相關技術導則的通知》。通知要求在全國范圍內建立大型公共建筑能耗監測平臺，對全國重點城市、重點建筑能耗進行實時監測，并通過能耗統計、能源審計、能效公示、用能定額和超定額加價等制度，促使國家機關辦公建筑和大型公共建筑提高節能運行管理水平，為政府政策的制定和決策提供參考。

二、項目分析

采集數據類型為：

分類能耗即根據國家機關辦公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源種類劃分進行采集和整理的能耗數據，如：電、燃氣、水等。

分項能耗是指根據各類能源的主要用途劃分進行采集和整理的能耗數據，例如，電量分項能耗應當包括：照明插座用電、空調用電、動力用電、特殊用電等。

2. 無線傳輸設備

廈門四信IP MODEM F2103采用標準的232/485通信接口，只要內置一張GPRS數據卡就能和互聯網進行通信，通過232/485與現場采集終端連接后，將采集終端送上來的能耗數據通過網絡傳輸到數據管理中心。F2103的通用性強，即插即用，體積小巧安裝使用簡單便捷，無需太多專業技能，而且針對不同的工程情況可選擇不同的網絡。

3. 數據管理中心

數據中心也就是數據庫，接收并存儲其管理區域內監測建筑的能耗數據，并對其進行處理、分析、展示和發布。數據中心具備設置數據更新的時間間隔，訪問歷史數據，報警，打印報表，實時與歷史曲線，圖表的繪制，并預留相應擴展功能。

首先運用RS232/485將數據采集終端與F2103連接起來，將SIM卡插進F2103中，給F2103上電即可，此時F2103會自動連接到數據中心。數據中心服務器一般通過固定IP、ADSL、APN的形式接入網絡。

無線傳輸設備F2103通過GPRS網絡連接到遠程數據中心服務器主機，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數據通道。當采集終端需要上報數據的時候將數據直接送往串口，此時F2103就會把收到的數據原封不動地發送到數據中心服務器主機。當數據中心下發的命令或數據通過通道傳輸到F2103后，F2103通過串口送到采集終端，從而實現了數據雙向透明傳輸。

1. 系統實現功能

利用專用上位機軟件對現場能耗數據進行采集與監測，最大的特點是能以靈活多樣的“組態形式”而不是編程方式來進行系統集成，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態”，便可以非常容易地實現和完成對現場數據的采集與監測功能。實現的能耗監測系統具有友好的人機交互界面，可實時和定時采集現場設備各參量及開關量狀態，并將采集到的數據上傳給數據中心存儲。系統還提供了實時曲線和歷史趨勢曲線分析，符合用戶設計需要的報表、事件記錄和故障報警等功能。整個系統可以實現所有回路能耗的采集和統計，實現了遠程自動抄表、能耗監測功能。

2. 傳輸模塊與采集模塊連接

工業領域設備一般都采用以太口或串口傳輸數據，無線通信模塊F2103同時支持232/485通信方式，因此可以直接和加油站采集終端進行連接通信，如下圖：

一、數據中心網絡接入方式分析

1.專線接入

中心采用APN專線，所有點都采用內網固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。

用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內部安全。

用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性，安全性和穩定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。

2. ADSL撥號連接（動態公網IP地址）

中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態IP+DNS解析服務的。客戶先與DNS服務商聯系開通動態域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受制于DNS服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。

3. 通過固定公網IP連接

中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP服務的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業務，中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。

3.3 數據中心軟件平臺構建

中心端軟件的構建有多種方式，對于傳入數據的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現中心端的數據接收和現場設備的管理。

目前四信提供三種方式的中心接口：

首先是對于組態軟件，目前很多組態軟件廠家已經集成了我們的驅動了，可以直接配置使用

對于后臺中心軟件只讀串口數據的情況，提供一個虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網數據轉化為串口數據，從而實現利用無線公網傳輸數據且又對現有系統不做修改的完美結合。

在客戶想要開發自己的數據中心是，此時我公司會提供一個動態鏈接庫，利用動態鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進行對接，同時會提供一個的數據中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協助客戶進行自己數據中心軟件和功能的開發。客戶可能通過動態鏈接庫快速開發一個靈活的，穩定的，功能齊全的終端管理和數據交互的中心軟件。

一、方案特點

1) 利用四信無線IP MODEM可基本不用布線，且采用多點對一中心的組網方式，實現了數據的一中心統一管理。

2) 四信IP MODEM采用高性能工業級處理器以及看門狗等安全機制設計，保證IP MODEM 萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟，保證IP MODEM 永遠在線，通信鏈路永遠正常。

3) 由于采集點是直接連入中心，對現有的網絡不會造成任何的中斷和影響。

4) IP MODEM 采用標準的工業串口通信，即插即用，且高規格的模具設計，體積小巧方便維護。

5) 四信IP MODEM完全采用國際標準的TCP/IP安全傳輸協議機制，保證數據的安全和及時，而且采用完全透明傳輸機制，保證數據的準確性。

6) 多中心設計，可同時設置5個中心監控采集現場，避免因某個中心網絡不穩定或者關閉導致無法對加油站現場進行監控而產生安全隱患。

7) F2103進行人性化工程設計，可是工程人員無需到現場就可以遠程直接對網絡參數進行相應的配置，達到時間和人力的合理利用。

8) 高規格材料選配，可在 -25~+65ºC、相對濕度 95%(無凝結)環境下正常工作。

二、總結

建筑所必須的電梯動力、照明、空調、消防、通風、高低壓配電等用能信息的傳遞是建筑節能和工業節能的基礎，高效實現建筑節能信息化的關鍵問題之一是解決這些信息的傳輸問題。在建筑大樓中，特別是既有建筑，遇到的最大問題是需要綜合布線，工程量大、成本高昂、對大樓環境具有破壞性。因此對建筑大樓最佳的信息傳遞方式是通過無線方式，傳統的GSM、WLAN、SCADA等無線系統存在功耗高、設備和運行成本高、組網不靈活等局限，而無線傳感網技術正是解決這一難題的最佳解決方案。

該系統不僅符合國家有關公共建筑管理節能的政策和技術要求，更是融合了能耗監測、集中控制和節能運行管理等整體解決方案,可對建筑能耗進行動態監測和分析，實現建筑的精細化管理與控制，帶給用戶新的價值體驗，達到節能減排的效果。

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