淺談物聯(lián)網(wǎng)技術的管理研究方案

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801 

摘要：物聯(lián)網(wǎng)的樓宇能耗管理通常來說主要是通過耗能監(jiān)管的形式降低能耗，文章具體闡述了依據(jù)能耗監(jiān)管的具體要求，并且借助無線傳感器，實現(xiàn)對大型樓宇電能的且實時的監(jiān)控，借助采集、存儲及分析，從而提升建筑耗能的監(jiān)管力度。 

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；樓宇智能；建筑能耗 

一、前言 

目前深圳的一些大型樓宇采用敞開式設計，空調(diào)的運轉負荷較大；為了室內(nèi)照度均勻性，過度使用人工照明；用玻璃幕墻作外墻，導熱系數(shù)相對較大，對空調(diào)制冷會產(chǎn)生較大的損失；由于小部分樓宇區(qū)域辦公時間長，導致中央空調(diào)無效運轉能耗損失，還有深圳氣溫變化大特別是夏季時間長，導致能耗波動較大；會議室、個人空間使用不及時關燈，照明時間過長等，造成能耗損失。 

從目前情況進行技術分析，如利用物聯(lián)網(wǎng)智能化的平臺，能夠實現(xiàn)對建筑耗能予以實時監(jiān)控，繼而提高耗能管理系統(tǒng)的智能化水平，并且能夠進行數(shù)據(jù)采集，是大型樓宇能耗管理相對解決方案的其中一種。 

二、物聯(lián)網(wǎng)技術 

依據(jù)網(wǎng)絡分層原理，從而對大型樓宇物聯(lián)網(wǎng)構架進行分層：主要有對象感知層，傳輸層、應用服務層。對象感知層：主要是借助RFID、M2M、傳感網(wǎng)絡及通信網(wǎng)絡感知物理對象，從而獲取相關的信息內(nèi)容。具體來說傳輸層而言涵蓋以下幾個部分：即數(shù)據(jù)交換層、信息整合層。數(shù)據(jù)交換層：在某種程度能夠為數(shù)據(jù)傳輸給予便捷，提供透明傳輸；信息整合層：就是針對網(wǎng)絡獲取信息內(nèi)容，從而進行分析整理；應用服務層：一般情況是指信息轉化為主旨，提供服務內(nèi)容，具體來說是借助分析處理感知數(shù)據(jù)，這樣才能為用戶給予豐富特定服務。伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術手段發(fā)展速度的不斷加快，必將為大型樓宇建筑能耗管理給予技術支撐，這樣就能夠促進大型樓宇能耗管理獲得理想的效果，推動大型樓宇建設能夠極大限度減少能耗，實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展，提供比較完善的環(huán)境，實現(xiàn)智能化的管理，以便于大型樓宇的管理效果能夠突破固有的能耗限制。 

三、建筑物能耗管理系統(tǒng) 

構建能耗管理信息平臺是目前強化能耗管理的形式，在某種程度上能夠減少建筑物的耗能指數(shù)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術能夠達到良好的管理效果，準確采集數(shù)據(jù)，實時傳輸，且能夠進行完整的存儲，然后將不同類別實時信息，還有歷史數(shù)據(jù)，進行的對比分析，通過優(yōu)化管理策略，還有監(jiān)控不同的設備，再到合理控制能耗的目的。在具體管理過程中，通常是借助物聯(lián)網(wǎng)核心技術、無線傳感器，還有相應設備，與互聯(lián)網(wǎng)信息通過交互的形式，從而實現(xiàn)智能識別及管理。從體系構架方面，主要是借助物聯(lián)網(wǎng)建筑耗能管 

理，具體來說是由三部分構成：感知、傳輸及信息，首先針對感知來說，具體而言是末端感應信息采集，還有受控等設備；傳輸則涵蓋建筑物內(nèi)部網(wǎng)絡，還有公共外部網(wǎng)絡，進行數(shù)據(jù)的采集和傳輸；而針對信息應用來說，具體而言是建筑物對云服務層“云"調(diào)用，這樣才能實現(xiàn)智能控制及處理。 

四、能耗計量系統(tǒng) 

（一）信息采集和傳輸 

對于用電設備電信號而言，主要是借助檢測電路采集，然后采集到數(shù)據(jù)周期性，借助無線通信一跳形式，或是多跳傳輸?shù)街贫ㄎ恢茫磧?nèi)網(wǎng)服務器，通常情況下是借助ZigBee智能電表檢測，而對于這種檢測表來說，其本質(zhì)上而言需要解決如下問題：低成本、低消耗、低復雜，再到低傳輸率及近距離設備應用。而這種智能電表也具有自身的特點，表現(xiàn)為設備省電、通信可靠、網(wǎng)絡自組織，自愈性相對較強，成本較低，具有*的網(wǎng)容量，能夠確保數(shù)據(jù)的實時安全性。所以針對無線傳感計量網(wǎng)絡而言，基本上都是借助 

ZigBee、Mesh網(wǎng)構建，而對于后者來說，又可以將其稱之為無線蜂窩網(wǎng)站，屬于動態(tài)的網(wǎng)站，并且是可以逐步擴展網(wǎng)絡構架，任意兩個設備之間，都能夠進行無線互聯(lián)，從而確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性。 

建筑內(nèi)部，所有耗電設備的用電回路，在適當?shù)奈恢冒仓肸ig-Bee，將智能電表視為節(jié)點，并且將所有節(jié)點造成Mesh網(wǎng)。所有用戶則需要設置中心節(jié)點。所有網(wǎng)絡數(shù)據(jù)皆傳送至ZigBee適配器，借助適配器到達ZigBee中心節(jié)點位置，予以集中，而針對中心節(jié)點來說，接收不同電量數(shù)據(jù)，然后將安全傳輸至建筑監(jiān)控管理中心。 

（二）信息存儲 

在信息存儲的同時，則需要對信息采取數(shù)據(jù)融合處理，這就需要信息存儲系統(tǒng)能夠彰顯自身的功能性作用，從而接收不同設備傳輸數(shù)據(jù)信息，并且展示可視化數(shù)據(jù)信息，與此同時，還需要注意的是，將采集到歷史數(shù)據(jù)進行整理，并且挖掘使用規(guī)律，并且能夠將用電設備信息進行交互，制定智能聯(lián)動控制方案，減少能源消耗。 

（三）遠程監(jiān)控 

信息發(fā)布系統(tǒng)，通常是借助互聯(lián)網(wǎng)平臺，或是GRRS網(wǎng)絡，這樣就能夠給予用戶遠程訪問，合理控制信號，將其實時傳送至所有用戶內(nèi)部網(wǎng)關，由此達到系統(tǒng)所有用電設備，還有電源，進行遠程監(jiān)控。 

（四）控制設備能耗 

空調(diào)制冷應控制室溫不得低于26℃，照明節(jié)能應優(yōu)先采用高效節(jié)能實用的新光源及節(jié)能控制器，同時還要結合物聯(lián)網(wǎng)科學的維護管理，控制大型樓宇能耗。 

五、安科瑞用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng) 

（一）系統(tǒng)概述 

工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個集成Intranet/Internet網(wǎng)絡技術、GPRS無線傳輸技術、Web Service軟件技術、數(shù)據(jù)庫技術等于一體的大型數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)。系統(tǒng)為管理者、各級能耗內(nèi)部用戶、瀏覽者提供了一個訪問的網(wǎng)絡通道，搭建了一個合理、高效的信息傳輸平臺和管理平臺。工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應用為管理部門、企業(yè)生產(chǎn)管理、計量管理、節(jié)能管理提高到一個新的高度，是我們對節(jié)能減排、節(jié)能降耗實現(xiàn)的一種行之的解決方案。 

能源組成及監(jiān)測內(nèi)容： 

  

圖1 能源組成 

  

  

圖2 監(jiān)測內(nèi)容 

用電類：采集采暖、鍋爐、空調(diào)、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風機、通風機等耗電設備的用電信息。主要監(jiān)測其用電量，對于大耗電設備監(jiān)測其電流、電壓及功率因數(shù)等信息。 

配電類：采集6kv/10kv配電開關設備、變壓器，狀態(tài)信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能質(zhì)量、電能量等。 

用水：自來水和蒸汽；采集具有485通訊功能的智能熱量表、蒸汽流量計、水表等； 

用氣：煤氣、天然氣；采集具有485通訊功能燃氣表； 

環(huán)境參數(shù)：采集具有485通訊功能的溫度/濕度計；采暖空調(diào)供回水溫度； 

（二）系統(tǒng)框架 

  

圖3 系統(tǒng)框架 

(1)能源消費管理系統(tǒng)：該系統(tǒng)可以對用能企業(yè)煤、電、油、氣、熱、水等能源和耗能工質(zhì)進行定期錄入和實時采集，并將收集到的能耗數(shù)據(jù)進行整理存儲，為匯總分析和上報作數(shù)據(jù)支持。 

(2)能源利用狀況信息報送系統(tǒng) 

用能企業(yè)可通過該系統(tǒng)將企業(yè)本年度的《能源利用狀況報告》，報送至市節(jié)能監(jiān)察中心，經(jīng)初審核后，上傳至省節(jié)能監(jiān)察總隊審核，而后上報有關部門。 

(3)單位能耗水平識別評價系統(tǒng) 

利用用能單位能耗數(shù)據(jù)，對企業(yè)用能狀況進行分析評價，查找問題。為節(jié)能管理部門掌握、分析信息和研究節(jié)能改造并制定相關政策措施提供科學的依據(jù)和平臺。 

(4)決策服務和專家咨詢服務系統(tǒng) 

系統(tǒng)提供直觀、簡明、快捷的數(shù)據(jù)信息查詢和決策支持服務。對用能企業(yè)的能耗進行科學、合理的咨詢指導，幫助用能企業(yè)做出及時、正確、可行、的解決方案。 

(5)能耗預測、能源安全預警系統(tǒng) 

通過系統(tǒng)掌握用能企業(yè)能源購置、使用、消耗及生產(chǎn)情況，對企業(yè)的用能情況進行綜合的評判和分析，對比同期值和限定值，對能耗超標情況予以預警提示。 

在獲取能源使用的基礎上，進行數(shù)據(jù)挖掘分析，實現(xiàn)能耗的功能，為相關部門的宏觀決策提供支撐體系。 

(6)節(jié)能監(jiān)察及信息發(fā)布、法律法規(guī)知識培訓系統(tǒng)： 

通過該系統(tǒng)平臺，可對省耗能企業(yè)做節(jié)能監(jiān)察工作；發(fā)布節(jié)能法律法規(guī)標準以及能源基礎知識、能源統(tǒng)計知識、節(jié)能監(jiān)測方法等資料；處理日常節(jié)能管理工作相關的公文、通知、公告等。 

（三）系統(tǒng)網(wǎng)絡結構 

 系統(tǒng)把數(shù)據(jù)信息從各個企業(yè)的能源監(jiān)控中心采集到后臺的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，經(jīng)分析與處理，提供分析預測和預警功能。同時通過門戶網(wǎng)站、無線終端等手段為省、市領導以及相關委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務。 

  

圖4 系統(tǒng)結構 

（四） 能耗監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品選型 

應用場景	型號	主要功能
高壓重要回路  或低壓進線柜	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示
低壓聯(lián)絡柜、出線柜	AEM96	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級
動力柜	ACR120EL	LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量；RS485/Modbus；可選復費率電能統(tǒng)計、需量統(tǒng)計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議
	DTSD1352	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統(tǒng)計，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級
照明箱	DTSD1352	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統(tǒng)計，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級
	DDSD1352	單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量；紅外及RS485通訊；電流規(guī)格：10（60）A，有功電能精度1級，無功精度2級；可選配復費率
	DDS1352	單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量；RS485通訊；電流規(guī)格：10（60）A，有功電能精度1級，無功精度2級；尺寸：1P
給水管道	水表	計量流經(jīng)給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術，通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)
燃氣管道	燃氣表	計量流經(jīng)燃氣管道用氣的體積總量，具有閥控功能，采用電子直讀技術，通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)，計量精度高，無需外部供電。
集中供冷供熱	冷熱表	測量和顯示用戶的暖氣供熱量、中央空調(diào)的供冷量，由流量傳感器、微處理器和配對溫度傳感器組成。溫度傳感器斷路、短路時自動報警，電壓低或收到攻擊破壞時自動報警。通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)，計量精度高。

六、結語 

總體來說，物聯(lián)網(wǎng)大型樓宇建筑耗能管理研究是目前的研究，這有利于大型樓宇能耗能夠降至，實現(xiàn)資源的利用，減少能耗的同時還能推進樓宇智能化建設更為科學、合理。本文中具體闡述了物聯(lián)網(wǎng)的大型樓宇建筑能耗管理的一種實施參考方案，以推進樓宇的智能化建設取得理想效果，促使大型樓宇建設更為科學化、人性化、智能化。 

【參考文獻】 

[1]牛沖麗,王濤.基于物聯(lián)網(wǎng)的大型公共建筑能耗監(jiān)測與節(jié)能服務[J].物聯(lián)網(wǎng)技術,2015,(07):29-31+34. 

[2]尹勇,倪敏,楊燁.基于物聯(lián)網(wǎng)的樓宇能耗智能管理研究. 

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.