智能數(shù)字化供熱信息平臺的設(shè)計與研究

何杏玉，鄭陽平/He Xingyu，Zheng Yangping

（承德石油高等專科學(xué)校計算機(jī)與信息工程系 承德067000）

1 引言

承德熱力自1987年籌建以來，歷經(jīng)近30 余年的發(fā)展，為承德集中供熱和節(jié)能減排做出了巨大的貢獻(xiàn)。為了貫徹落實《建設(shè)部關(guān)于貫徹《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定》的實施意見》（建科[2006]231 號）、《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》（中華人民共和國建設(shè)部令第143 號）、《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）、《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》（國發(fā)[2011]26 號）等文件精神，承德市促進(jìn)節(jié)能減排工作再上一個新臺階，改造和改善原有供熱系統(tǒng)，使電廠的高溫水進(jìn)入各換熱站，由換熱站換成70℃的熱水直接供給用戶。同時，還需要建立智能數(shù)字化供熱能耗監(jiān)測和熱計量信息平臺，實時監(jiān)測和統(tǒng)計建筑供熱的實際情況，進(jìn)行有效的實時數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計分析，為企業(yè)高效節(jié)能運行提供可靠的依據(jù)，從而節(jié)省企業(yè)的運行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，為節(jié)能減排和政府/企業(yè)決策提供有力的參考。

2 智能數(shù)字化供熱信息平臺建設(shè)的原則

2.1 安全穩(wěn)定性原則

建設(shè)智能數(shù)字化供熱信息平臺對企業(yè)管理和決策起著非常重要的作用，因此，在信息平臺建設(shè)的過程中，將安全性、可靠性和穩(wěn)定性作為設(shè)計的首選原則。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化原則

智能數(shù)字化供熱信息平臺的建設(shè)和系統(tǒng)設(shè)計，必須符合國家和地方的規(guī)范要求，采用國際和國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)方法和技術(shù)進(jìn)行信息平臺的設(shè)計和開發(fā)，爭取把該平臺建設(shè)為國內(nèi)具有一定影響力的標(biāo)準(zhǔn)化信息平臺。

2.3 實用開發(fā)性和技術(shù)先進(jìn)性原則

堅持開放性的原則建設(shè)智能數(shù)字化供熱信息平臺，同時保證供熱信息系統(tǒng)各項功能的實用性和可操作性。采用先進(jìn)實用的技術(shù)，進(jìn)行信息化平臺的架構(gòu)和系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。確保先進(jìn)技術(shù)鑄就智能數(shù)字化供熱信息平臺的高效運行和前瞻性。

2.4 經(jīng)濟(jì)性原則

在智能數(shù)字化供熱信息平臺的建設(shè)過程中以及在今后信息平臺的運行和成本維護(hù)中，都要體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行的原則。

2.5 可操作性和可擴(kuò)展性原則

智能數(shù)字化供熱信息平臺不但要體現(xiàn)其功能完善，而且要體現(xiàn)其操作簡單、維護(hù)方便。同時，還要考慮智能數(shù)字化供熱信息平臺的靈活擴(kuò)展能力，使系統(tǒng)具有良好的伸縮性，滿足管網(wǎng)熱源—換熱站—熱用戶三級結(jié)構(gòu)、公共建筑能耗監(jiān)測等系統(tǒng)的發(fā)展需求。在信息平臺建設(shè)中，必須考慮系統(tǒng)升級、拓展和維護(hù)，為二次開發(fā)提供接口。兼并考慮今后與國家級大數(shù)據(jù)平臺的無縫對接。

3 智能數(shù)字化供熱信息平臺的建設(shè)

通過對目前成熟軟件系統(tǒng)的運行狀況進(jìn)行總結(jié)分析，針對承德供熱系統(tǒng)的實際運行情況，確定智能數(shù)字化供熱信息平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由監(jiān)控管理中心、通信網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場終端設(shè)備3 個部分構(gòu)成，如圖1所示。

（1）監(jiān)控管理中心

監(jiān)控管理中心是運行智能數(shù)字化供熱信息平臺的重要地方，由各種功能不同的服務(wù)器和工作站組成，用于完成采集后數(shù)據(jù)的存儲、處理、運行狀態(tài)顯示、控制操作、報警管理、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等功能。

（2）通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)可以采用多種通信方式，每個換熱站節(jié)點可以采用GPRS/CDMA/ADSL/PSTN/VPN 等方式，實現(xiàn)與監(jiān)控管理中心的數(shù)據(jù)通信。在通信過程中，確保通信速率不低于56 kbit/s。

圖1 智能數(shù)字化供熱信息平臺建設(shè)結(jié)構(gòu)示意

（3）現(xiàn)場終端設(shè)備

現(xiàn)場終端設(shè)備包括STEC 2000 換熱站自動控制設(shè)備和現(xiàn)場一次性數(shù)據(jù)采集儀表等，如溫度、壓力、流量、電動閥等。通過供/回水溫度、壓力、流量、電動調(diào)節(jié)閥控制和閥位反饋水泵的運行狀態(tài)、頻率、電流、故障、室外溫度等參數(shù)。

4 智能數(shù)字化供熱信息平臺的設(shè)計

4.1 上位機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控管理中心設(shè)計

通過需求分析，確立監(jiān)控管理平臺軟件的技術(shù)要求，建立數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)中心建立數(shù)據(jù)庫、各種數(shù)據(jù)處理、管理服務(wù)和服務(wù)器，還需要建立通信服務(wù)器，如GPRS 服務(wù)器。數(shù)據(jù)監(jiān)控管理中心采用統(tǒng)一開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)中心的主要功能，包括數(shù)據(jù)接收服務(wù)、數(shù)據(jù)采集報文的接收、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)命令下達(dá)、原始數(shù)據(jù)報解析服務(wù)、儀表能耗數(shù)據(jù)計算、能耗數(shù)據(jù)匯總、上報數(shù)據(jù)發(fā)送、采集數(shù)據(jù)顯示、系統(tǒng)管理程序和數(shù)據(jù)同步等。數(shù)據(jù)采集頻率按照10 min/次的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。

智能數(shù)字化供熱信息平臺，采用B/S 結(jié)構(gòu)，按照數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和Web 層3 個部分進(jìn)行設(shè)計。

（1）數(shù)據(jù)層

采用分析型數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)層，這樣可以高效地分析數(shù)據(jù)。

（2）業(yè)務(wù)層

主要包括數(shù)據(jù)分析平臺、目錄服務(wù)平臺、信息發(fā)布平臺和報表處理平臺。其中，數(shù)據(jù)分析平臺主要根據(jù)采集數(shù)據(jù)實現(xiàn)能耗統(tǒng)計分析；目錄服務(wù)平臺主要建立各項數(shù)據(jù)索引，便于查找分析；信息發(fā)布平臺主要利用B/S 結(jié)構(gòu)進(jìn)行Web 信息發(fā)布和信息共享；報表處理平臺主要根據(jù)需求形成不同格式的報表、圖形和曲線等。

（3）Web 層

客戶通過Web 服務(wù)器實現(xiàn)接入。

4.2 下位機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

通過需求分析，在原有供熱系統(tǒng)上進(jìn)行改造或重建。在換熱站現(xiàn)場建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要實現(xiàn)對各類民用建筑供熱儀表數(shù)據(jù)的采集、存儲和傳送。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由現(xiàn)場采集設(shè)備、現(xiàn)場儀表、通信設(shè)備組成。數(shù)據(jù)采集通過數(shù)據(jù)采集處理器來實現(xiàn)，處理器采用成熟的多核嵌入式架構(gòu)，以RS485、MBUS 等多種方式來采集數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，通過開發(fā)的系統(tǒng)軟件，將供熱參數(shù)分離出來，生成數(shù)據(jù)報表。數(shù)據(jù)采集上傳的內(nèi)容包括室外溫度、供水溫度、回水溫度、瞬時熱量、累計熱量、瞬時流量、累計流量、耗水量、耗電量、設(shè)備故障代碼、時鐘（自動校對）等。

數(shù)據(jù)采集的傳輸方式很多，包括GPRS/CDMA、ADSL、Wi-Fi 等。由于供熱能耗監(jiān)測點較多、監(jiān)測地點較分散、數(shù)據(jù)傳輸較小等因素，采用GPRS 無線數(shù)據(jù)傳輸模式，基于已有的固定域使用，每個點使用固定的IP 地址，形成一個局域網(wǎng)，達(dá)到遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)的目的。采用GPRS 是因為它是一種低成本、高效和無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適合間歇性、突發(fā)性和少量的數(shù)據(jù)傳輸。

5 應(yīng)用分析

通過實踐應(yīng)用，智能數(shù)字化供熱信息平臺為企業(yè)熱力運行提供了有力的參考依據(jù)，數(shù)據(jù)信息的實時監(jiān)測、預(yù)警和報警，為熱力正常運行維護(hù)、故障診斷等方面提供了重要信息，并提高了工作效率。通過以年或月為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，為下一年熱力運行奠定基礎(chǔ)，同時也為節(jié)能減排、低碳環(huán)保做出重大貢獻(xiàn)。例如，用戶可以根據(jù)實際需求，在智能數(shù)字化供熱信息平臺中，選擇查詢哪些多維數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析計算，生成相應(yīng)的報表、圖形或曲線，更直觀地反映出供熱系統(tǒng)的實際運行情況，如圖2所示。圖2 左側(cè)上方顯示選擇數(shù)據(jù)集（數(shù)據(jù)立方體Cuble），左側(cè)下方顯示度量值與維度信息（如年、月、日、白晝，年、月、日、時等），在頁面通過下拉按鈕選擇度量值，生成柱形圖。也可根據(jù)實際需要選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)集和維度信息，生成12月日溫度變化曲線，如圖3所示。

通過智能數(shù)字化供熱信息平臺的統(tǒng)計分析，提取有效數(shù)據(jù)信息，形成直觀的表、圖和趨勢曲線，為企業(yè)預(yù)測、決策提供有力的參考依據(jù)。

6 結(jié)束語

針對承德地區(qū)供熱系統(tǒng)目前的狀況，根據(jù)每個換熱子站每天的運行情況，收集到超大量日常管理的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以反映目前的供熱狀態(tài)，根據(jù)這些海量數(shù)據(jù)，利用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對供熱系統(tǒng)整體狀態(tài)及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行有效的處理，以直觀的報表、圖形和曲線顯現(xiàn)出來，從中得出有效的信息，并對供熱系統(tǒng)的策略進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到節(jié)約能源的目的。該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為企業(yè)進(jìn)行預(yù)測、決策提供了有效依據(jù)，為熱力集團(tuán)低碳環(huán)保和經(jīng)濟(jì)運行奠定了重要基礎(chǔ)。

圖2 用戶自定義數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析界面

圖3 日溫度變化曲線

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