可再生能源建筑应用示范项目数据监测系统方案

某小区可再生能源建筑应用示范项目数据监测系统方案一、用户需求鉴于工地需要，对现场空调系统的耗电量进行计量、对空调系统的制热/制冷量等进行计量、对空调系统作用之楼宇内几个指定地点的室温进行检测。要求计量的相关数据、主机设备运行状态能够在远程管理中心进行监测及存储、查询、打印。各计量仪表及控制设备能够自动稳定运行。主要对三个区域进行监测计量，具体分配如下：1 高区供暖主机系统：100KW*4台 （配电输入功率）备用潜水泵：37KW*1台高区循环泵：22KW*3台 潜水泵：30KW*1台2 中区供暖主机系统：100KW*4台 （配电输入功率）中区循环泵：22KW*3台 潜水泵：30KW*1台3 低区供暖主机系统：100KW*6台 （配电输入功率）低区循环泵：30KW*3台 潜水泵：37KW*1台 30KW*1台4 热水主机系统：100KW*2台 （配电输入功率）热水供水系统：5.5 KW *6台 11 KW *2台 潜水泵：30KW*1台根据需求，监测点数如下：1. 主机系统监测点共16个（分别是高区4个，中区4个，低区6个，热水2个共16个主机控制器），采集数据包括压机、循环泵等的工作状态。2. 电能功耗监测点共10个，分别对应9个电控柜及总电。要求选用数字电能表，采集数据包括三相电压、电流、频率、有功/无功功率、功率因数。3. 热量能耗监测点共5个（其中包含水流量监测点共5个，分别对应高区、中区、低区、热水系统和潜水泵，采集数据包括瞬时量和累积量；水温监测点共10个，分别对应高区、中区、低区、热水系统和潜水泵的进水口及出水口）。4. 室内环境温度监测点5个，安装在楼宇内指定位置。以上信息都需要自动采集、现场显示，并通过计算机自动进行定时集抄，自动记录，采集频率要求每5秒一次。同时要求流量计的安装不能改动原有管道。二、方案设计通过中国移动的GPRS网络系统，可将工业和民用数字电能表、热能表等采集的电力系统数据实时传递到管理中心，以实现对电/热能等计量设备的统一监控和分布式管理。GPRS网络可为电力系统提供了简单高效的通信传输手段。中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在GPRS业务平台上构建电力、热力远程抄表系统，实现电能表、热能表数据的无线数据传输。该系统具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。由电能表、热能表、主机控制器通过RS485口将数据传到远程数据集抄终端，远程数据集抄终端将数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络，通过GPRS数据网络将数据传送至管理中心，实现电能表、热能表数据和管理中心系统的实时连接。针对用户需求，现设计方案如下：整个系统分为三个部分，一是远程数据采集端（放置于现场配电室），包括多功能电能表、超声波热量计（核心是热量积算仪，以下简称热量积算仪；采用超声波流量计捆缚式或者插入式安装，不会改变原有管道）、主机控制器、远程数据集抄终端、配电箱/柜等；二是室内温度采集端（中央空调作用的建筑物内），包括室温采集点、室温集抄中继器等；三是电/热能管理主站（放置于值守间或监测室），包括工控管理机、电/热能监测及管理软件系统、UPS电源、控制台、打印机等。电能表、热量积算仪及主机控制器和远程数据集抄终端相连。室温采集点通过射频向室温集抄中继器（内嵌远程数据集抄终端）发送数据。管理中心的电/热能监测及管理软件系统对各个远程数据集抄终端进行编号登记，并与远程数据采集端的多功能电能表、热量积算仪进行关联，以便识别管理和维护处理。三、系统构建由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，管理中心计算机主机配置固定的IP地址，各个远程数据采集端采用GPRS模块和该主机进行通信。1、远程数据采集端数字电能表、热量积算仪以及主机控制器的RS485接口通过双绞线连接到远程数据集抄终端，将相关数据传送至远程数据集抄终端，通过嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后，再由GPRS模块发送到GPRS网络，传送至管理中心端的电/热能监测及管理软件系统，实现电/热能数据和管理中心系统的实时连接。2、室内温度采集端室温采集器可以分布在上下五个楼层的各个房间，将室温集抄中继器安装在最中间的楼层。室温采集器将温度数据无线发送至室温集抄中继器（中继器内嵌远程数据集抄终端），中继器将温度数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络，传送至管理中心端的电/热能监测及管理软件系统，实现室温数据和管理中心系统的实时在线连接。3、管理中心a）公网接入方案服务器采用公网方式接入Internet，如ADSL拨号/电信专线宽带上网等，申请公网固定IP地址；可以实现中小容量的电表数据采集应用。具体资费需咨询当地宽带营业厅。【注：*铁通公司商企专线宽带业务1M套餐（含固定IP地址）费用，全年1600元】。b）专网接入方案服务器采用省移动通信公司提供的DDN专线，申请配置固定IP地址，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当远程数据采集端数量增加，中心不用扩容即可满足需求，可实现大容量数据采集应用。管理中心管理服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到管理中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理，这样进一步增强了系统数据通信安全性能。具体资费请咨询当地移动营业厅。4、GPRS/GSM移动数据传输网络：远程数据集抄终端采集的数据经GPRS网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到管理中心IP地址。电/热能计量与远程集抄监测系统拓扑图如下：四、核心设备简介1.3150EP远程数据集抄终端3150EP远程数据集抄终端是工业级GPRS DTU，具备RS485接口（通过硬件跳线，可以支持RS232/422/TTL）；采用业内最高端32位高性能工业级ARM9嵌入式处理器CPU，以实时操作系统RTOS为软件支撑平台，超大内存，内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。公司产品已广泛应用于金融、水利、环保、电力、邮政、气象、交通、石油等行业。软件功能 TCP/UDP透明数据传输；支持多种工作模式。心跳包技术。 智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。 支持RSA，RC4加密算法 支持虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）功能，确保系统稳定可靠 支持虚拟数据专用网（APN/VPDN） 支持数据中心动态域名和IP地址访问 支持DNS动态获取，防止DNS服务器异常导致的设备当机。 支持双数据中心备份 支持多数据中心同时接受数据 支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接。 支持短消息备份及告警。 多重软硬件看门狗 数据包传输状态报告。 标准的AT命令界面 可以用做普通拨号MODEM 支持telnet功能。 支持远程配置，远程控制 通过串口软件升级 同时支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系统产品特性CM3150EP完全兼容厦门桑荣SARO3150EP，同时在以下方面作了巨大提升： 三层系统保护：在原来两级（软件保护+CPU内置看门狗保护，外置硬件看门狗保护）系统保护的基础上，增加一级系统监测保护SWP（System Watch Protect），彻底解决了业内”假在线”，”假死机”，”当机”等疑难问题。 超大缓存：可以提供16M的客户传输数据缓存，解决因网络瓶颈导致的数据丢失 高速处理CPU：采用极高速ARM9的工业级CPU，可以更加高速地处理各种协议数据转换，规避因CPU处理速度慢而导致的数据重传和丢失等问题 DNS自动获取：自动获取DNS，不再需要人工配置输入DNS，规避了因为选择的DNS服务器异常，导致DTU设备当机的严重现象！ 完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，原来系统采用的是轻量级TCP/IP(LPIP)协议栈，协议栈是有裁剪的，新系统采用了完善的TCP/IP协议栈，网络通信性能优异。 EMC性能优异：通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用，系统稳定可靠。 支持多中心：客户数据可以同时往客户指定的监控中心发送，最大支持发送中心达256个。 RTU全面支持：新款设备在数据位、停止位、校验位、流控上，能全面支持业内的所有型号的RTU。解决了原来无法支持7位数据和2位停止位的问题。无线参数 支持EGSM900/GSM1800无线网络 GPRS multi-slot class 10 编码方案：CS1 CS4 符合SMG31bis技术规范 Compliant to GSM phase 2/2+ 支持数据、短信 支持13K QCELP音频编解码硬件系统 CPU：工业级ARM9 CPU，200MPS，16K Dcache，16K Icache FLASH：8MB（可扩展至32MB） SDRAM：64MB（可扩展至256MB） 接口：串口：RS485 port，(Support RS232/RS485/TTL if needed)Rate：110 bpsData bits ：7 or 8Parity： None， Even， OddStop bits：- 1 or 2Flow contro： None or RTS/CTSProtection 15 kV ESD and short circuit指示灯：具有电源、通信、在线及以太网口LINK/ACT指示灯。天线接口：标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧。SIM/UIM卡接口：标准的抽屉式用户卡接口（3V/5V）。电源接口：标准的3芯火车头电源插座。语音接口：标准的耳机麦克风接口。（预留，可选） 供电： DC 9V/1.5A（宽电压DC 5-32V） 其他参数：工作环境温度 -25 +75C储存温度 -40 +85C相对湿度 95%(无凝结)2.MLF-100R超声波热量计热量计是一种适用于测量在热交换环路中，载热体所吸收或转换热能的仪表，热量计既能测量供热系统的供热量又能测量供冷系统的吸热量(冷量计)。按载热介质的不同热量计分为热水(液体)热量计、蒸汽热量计、过热蒸汽热量计和饱和蒸汽热量计。根据热力学原理，热量等于流体质量流量与热交换系统的入口和出口温度差以及介质定压比热的乘积MLF-100R系列超声波热量计是利用超声波流量传感器和温度传感器测量供水流量及供、回水温度差从而由热量转换器(二次表)测量及显示水流经热交换系统所释放或吸收的热能的仪表。基本数学公式： Q释放或吸收的热量， J或Wh；qm水的质量流量，kg/h；qv水的体积流量，m3/h； 水的密度，Kg/m3；h在热交换系统的入口和出口温度下，水的焓差值； 时间，h由于供热量的规模大小不同和用户要求不同，热量测量一般分为双流量计系统和单流量计系统。双流量计系统测量方法是在供、回水管道分别安装流量计，分别计算供水热量和回水热量，其差值即为供热量。单流量计系统是在供水管道安装流量计，假定回水流量与供水流量相等，然后计算供热量。生产标准热能表国家建设部 CJ。应用 热力公司供热量、流量、温度监测 中央空调热量、冷量测量 工矿企业热量、流量的计量与监测组成超声波热量计由热量积算仪、超声波流量传感器（捆缚式或插入式安装，计量精度2%）、温度传感器组成。热量积算仪分为壁挂式、盘装式。供电AC220V或DC1236V，配接两线制的温度变送器。壁挂式外壳材料：ABS防护等级：IP65外形尺寸：213185107mm重量：1.2Kg盘装式外壳材料：ABS防护等级：IP55外形尺寸：160180250mm开孔尺寸：15276mm重量：1.0Kg 转换器为中文显示和中文操作菜单 数据记录与存储可查询前720小时，前365天，前36个月和前十年的流量、热量数据 高精度的数学计算模型 菜单设定管道参数、温度量程、输出量程、热量单位。 信号输出RS-485接口；可接入(或嵌入)GSM/GPRS模块实现无线数据传输；可配接打印机。五、安全措施由于电力远程抄表系统的特殊性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，稳定是指系统能够724小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。采用以下几个措施可以有效地保证系统安全。1、APN专网模式：利用SIM卡的唯一性，划定用户可接入某系统的范围，可以有效避免非法入侵。采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，在网络侧对SIM卡和APN进行绑定，只有属于指定行业的SIM卡才能访问专用APN。普通手机号的GPRS终端无法呼叫专门的APN。2、对于特定用户，管理中心给每个移动终端分配特定的ID和密码，其他没有管理中心分配的ID和密码的移动终端将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。3、硬件自动复位功能，设备意外引起死机和掉网，通过自动复位可重新上电工作。4、安全的防火墙过滤，设置防火墙软件报障系统安全。5、采用“亚控组态王”开发的专用管理软件系统，对集抄的电力数据信息进行汇总、统计、打印，供授权用户参考分析，有效杜绝非法用户侵入。六、方案优点GPRS无线电力远程抄表系统具备如下特点： 1、可靠性高：GPRS DTU采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个采集点同时进行数据传输，互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。2、实时性强：由于GPRS具有实时在线特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输，因此GPRS监测管理中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。3、建设成本少低：由于采用GPRS的无线公网平台，只需安装好设备就可以，不需要为远程抄表进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低；4、集抄范围广：GPRS覆盖范围广，在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。5、系统的传输容量大，扩容性能好：配电管理中心要和每一个远程数据采集端保持实时连接。由于远程数据采集端数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要；由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个管理中心可轻松支持几千个电表数据采集器的通信接入。6、数据传送速率高：每个远程数据采集端每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（10Kbps）的需求。7、系统运营成本低：采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用，GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月不限流