集中供熱系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術應用

何嘉

集中供熱系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術應用

何嘉

（北京博大開拓熱力有限公司，北京，100176）

目前我國集中供熱系統(tǒng)面臨能源利用率低、管理機制不完善等挑戰(zhàn)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術及體系架構，結合我國集中供熱系統(tǒng)應用現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)，從數(shù)據(jù)采集、信息讀取、信息判斷與反饋三大方面提出了將物聯(lián)網(wǎng)體系融入集中供熱系統(tǒng)的新方法、新思路，能夠在更好的安全性和交互性下，實現(xiàn)熱量、流量、時間及溫度等參數(shù)的在線實時采集與監(jiān)測，推動熱計量領域的深入發(fā)展。研究表明：物聯(lián)網(wǎng)技術應用是集中供熱系統(tǒng)科學管理的不二法門。

集中供熱系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)管；實時；交互

引言

所謂物聯(lián)網(wǎng)技術，實質上是通過利用諸如射頻識別、紅外感應器、激光掃描及GPRS等信息傳感器，依據(jù)所約定的相關協(xié)議，把物品或物體的具體信息與互聯(lián)網(wǎng)相連接，實現(xiàn)二者之間的信息交換，最終達成智能化管理、監(jiān)控、跟蹤、識別及定位等目的的一種技術。物聯(lián)網(wǎng)技術于1999年首次提出，最初目的在于促進“人與物”及“物與物”之間在信息層面上的職能交互[1]。伴隨著當今信息技術持續(xù)發(fā)展，尤其是進入新世紀以來，物聯(lián)網(wǎng)技術受到大中小型企業(yè)的高度重視，紛紛將其運用于商業(yè)及管理中，且取得了十分突出的成績。我國諸多行業(yè)，諸如物流、電網(wǎng)、公共安全、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)自動化控制及國防軍事等，也開展了物聯(lián)網(wǎng)試點工作，促使我國物聯(lián)網(wǎng)技術得到推廣與應用，進而為企業(yè)工作帶來了新方法、新思路，同時也為企業(yè)商業(yè)化發(fā)展的深入提供了科技化及便利化的新模式。

1　集中供熱系統(tǒng)

1.1集中供熱系統(tǒng)應用現(xiàn)狀

集中供熱在我國北方地區(qū)實施已經(jīng)幾十年了，供熱系統(tǒng)在整個城市中成為非常重要的基礎設施。在建筑高速發(fā)展、城市規(guī)模越來越大，且環(huán)境溫度不斷升高時期，供熱系統(tǒng)出現(xiàn)多余供熱、自動控制滯后、用戶需求反饋不暢等問題；更重要的是大氣環(huán)境質量迫切需要改善。提升能源利用率、提升城市人民生活水平，二者需求非常迫切。

我國城鎮(zhèn)在集中供熱發(fā)展方面，在諸如北京、唐山、哈爾濱及沈陽等大中型城市，均已建成規(guī)模宏大且體系完善的城鎮(zhèn)供熱設施：在熱網(wǎng)及熱源方面已形成一定規(guī)模，在用戶設備及自動控制裝置方面也已較為完善。我國集中供熱主要集中在兩方面，一是為區(qū)域鍋爐房與熱電聯(lián)產(chǎn)，二是為中央空調、電及燃氣等方式的供電提供輔助[3]。

1.2集中供熱系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

在熱源供熱鍋爐運行熱效率方面，國家先進水平標準為80～85%，而我國供熱系統(tǒng)僅達到65～70%，低于先進標準近20個百分點。對于低熱效率產(chǎn)生的主要原因，主要是燃用煤大多是散燒，未經(jīng)過篩選及洗選等環(huán)節(jié)，而這些細末及灰粉多的高原煤往往難以與供熱鍋爐燃燒要求相符。因此，我國供熱鍋爐在低負荷下運行較為普遍，機械不能充分發(fā)揮燃燒作用，導致出現(xiàn)較大的熱損失和過剩空氣系數(shù)、以及較嚴重的排煙熱損失等問題。這類問題往往也與管理人員管理水平低、缺乏最基本的自動控制及操作能力等因素相關。對于城市供熱相關要求而言，不僅在規(guī)模方面需要不斷擴大，在供熱覆蓋率方面也尚在強化，而且供熱系統(tǒng)相應供熱可靠性及能源有效利用率方面也必須得到大幅提升，對科學性及合理性提出了更嚴格要求。

2　物聯(lián)網(wǎng)體系結構

我國重視供熱控制系統(tǒng)的發(fā)展，對供熱系統(tǒng)在節(jié)能減排方面的相應要求上也越發(fā)明確。在整個供熱事業(yè)發(fā)展進程中，努力學習國外先進技術，廣泛汲取國外有益經(jīng)驗。但在現(xiàn)實運用當中，由于種種限制因素，并未將所引進的技術及經(jīng)驗充分利用起來[4]。而若要將技術和設備、人員操作與管理等方面的問題有效解決，需供熱企業(yè)及有關部門強化監(jiān)管，在實際操作中對其弊端及時了解與掌握，并強化其掌控能力。此外，目前對于設備檢測、能耗檢測及管理記錄等標準均比較模糊，對相關部門監(jiān)管供熱企業(yè)造成了不利影響，導致無法有的放矢實施節(jié)能減排工作，而是僅依據(jù)人員經(jīng)驗對設備進行供熱溫度等參數(shù)的調控，缺乏合理性、科學性。

應用物聯(lián)網(wǎng)技術和體系促進集中供熱系統(tǒng)智能化發(fā)展，技術路徑可行。整個物聯(lián)網(wǎng)體系總共分為三層，分別為感知層、網(wǎng)絡層及應用層，如表1所示。

2.1感知層

所謂感知層，就是利用傳感器對物品信息進行采集和感知，而在傳感節(jié)點處，通過信息的處理與通訊，便和其他物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點及有關應用之間形成了交互，進而促進實現(xiàn)信息傳遞。現(xiàn)今所指的傳感器包括射頻識別、紅外感應器及激光掃描等，目的在于促進物聯(lián)網(wǎng)相應數(shù)據(jù)感知與設施控制的實現(xiàn)，它是整個物聯(lián)網(wǎng)結構當中最為核心的基礎環(huán)節(jié)。

表1　物聯(lián)網(wǎng)體系結構

2.2網(wǎng)絡層

所謂網(wǎng)絡層，即將現(xiàn)行的互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡作為基礎，運用云計算技術對數(shù)據(jù)進行儲存及分析感知，負責感知信息的傳送及路由尋址服務的提供，促進物聯(lián)網(wǎng)應用層及感知層相應數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)[2]。

2.3應用層

應用層，作為物聯(lián)網(wǎng)欲達成的終極目標，對感知層所采集的各種信息進行實時處理：將事先制定好的程序輸入后，開始對信息進行分析，爾后進行相應操作、提供反饋信息，最終促進智能化在管理中的應用。應用層的最終目的在于分析與處理傳送來的數(shù)據(jù)，并與各種行業(yè)的需求相結合，依據(jù)各種指標，制定與之相應的處理方式，得到最終結果。

3　物聯(lián)網(wǎng)技術在供熱系統(tǒng)中的應用

用物聯(lián)網(wǎng)技術，能夠將“人與物”及“物與物”之間形成有效連接，促進人們更為便捷地獲取準確、科學的數(shù)據(jù)信息。為促使供熱企業(yè)實現(xiàn)能耗降低目標，需準確掌握供熱企業(yè)各項與能耗相關的數(shù)據(jù)，并根據(jù)所制定的節(jié)能減排總體目標，對能耗數(shù)據(jù)加以合理分析，進而采取與之對應的合理措施，促進供熱系統(tǒng)最終實現(xiàn)節(jié)能減排。

3.1監(jiān)控供熱管道等重點節(jié)點數(shù)據(jù)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術，不僅能夠實時監(jiān)控供熱各管道能耗及供熱系統(tǒng)能耗總量，而且還可實時監(jiān)控熱網(wǎng)失水量及泵狀態(tài)。

如圖1所示，供熱系統(tǒng)能耗控制作為整個供熱系統(tǒng)具體節(jié)能減排工作中的基礎環(huán)節(jié)，只有及時掌握最為真實準確的信息，方能為供熱企業(yè)及相關部門“對癥下藥”提供依據(jù)和便利，并為供熱系統(tǒng)節(jié)能減排問題的解決提供可靠支撐。

圖1　物聯(lián)網(wǎng)技術在供熱系統(tǒng)中的應用

物聯(lián)網(wǎng)技術在供熱系統(tǒng)中的應用主要體現(xiàn)為以下三個方面：

（1）數(shù)據(jù)采集。在供熱系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術主要有兩種數(shù)據(jù)采集方式，分別為人工數(shù)據(jù)采集及自動數(shù)據(jù)采集。其中，自動數(shù)據(jù)采集主要通過將傳感器安裝在管網(wǎng)、用戶熱量表、換熱站、熱電廠及熱源上，從而實現(xiàn)熱量、流量、時間及溫度等參數(shù)的采集；

（2）信息讀取。通過對傳感器所傳送的數(shù)據(jù)信息進行識別，依據(jù)TCP/IP協(xié)議，將其轉換為網(wǎng)絡傳輸格式，再利用無線或有線等方式進行連接，促進底層數(shù)據(jù)上傳及采集功能實現(xiàn)；

（3）信息判斷與反饋。操作系統(tǒng)運用的乃是B/ S與C/S混合的軟件體系結構，并運用Intranet B/S瀏覽模式實施狀態(tài)監(jiān)測。此種模式不僅操作清晰簡便，而且還能為數(shù)據(jù)庫安全提供保障。在系統(tǒng)管理方面，則利用C/S模式對數(shù)據(jù)庫進行管理，具有較強交互性[5]。

3.2監(jiān)控整體發(fā)熱系統(tǒng)

通過以上三大方面的應用，對于管理方針而言，數(shù)據(jù)修改與查詢具有更快響應速度；對于數(shù)據(jù)采集層而言，由于是對諸如用戶、分布管網(wǎng)及鍋爐等有關數(shù)據(jù)進行采集，并對斷點予以續(xù)傳，因此可為數(shù)據(jù)完整性提供保證，為上層分析決策提供充實依據(jù)；對于數(shù)據(jù)匯聚層而言，則主要包含有整個工業(yè)數(shù)據(jù)庫當中數(shù)萬點以上的數(shù)據(jù)容量，為數(shù)據(jù)傳送的安全及穩(wěn)定提供保證，還可為數(shù)據(jù)查詢及儲存提供便利。

當分析決策層完成上層分析決策平臺構建后，利用報表及圖像等方式，對供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)予以直觀顯示，還可對歷年數(shù)據(jù)進行比較和分析，進而為供熱系統(tǒng)設備的報警及預警提供智能化管理。其操作流程為：利用Ioserver將管網(wǎng)、用戶熱量表、換熱站及熱電廠等進行錄入，并輸入至供熱企業(yè)設備上，即可供檢測流量、時間及壓力等參數(shù)的傳感器所用，通過傳輸網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)信息實時發(fā)送至供熱廠監(jiān)控室。監(jiān)控室展示方式包含B/S網(wǎng)站展示方式及C/S大屏展示方式，在展示內容上，包含供熱廠的水電氣能耗計算分析數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)報表匯總及生產(chǎn)運營實時數(shù)據(jù)、抄表系統(tǒng)用戶體驗數(shù)據(jù)等，最終促進供熱廠設備控制及檢測的實現(xiàn)。同時，SQL數(shù)據(jù)庫的同步數(shù)據(jù)及采集層的原始數(shù)據(jù)均被統(tǒng)一輸送至工業(yè)數(shù)據(jù)庫Historian當中，且與物聯(lián)網(wǎng)平臺Oracle數(shù)據(jù)庫之間形成同步。把耗能指標輸入于系統(tǒng)中，且實現(xiàn)程序是否安裝完畢的自動判斷，則可發(fā)送報警信息，或為數(shù)據(jù)調整提供支撐。

4　結束語

伴隨當今物聯(lián)網(wǎng)技術的日益發(fā)展，由于各種原因的限制與影響，我國供熱系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)技術應用方面還未能得到普及。為實現(xiàn)供熱系統(tǒng)在監(jiān)管上的強化，推動熱計量工作的深入開展，物聯(lián)網(wǎng)技術在供熱系統(tǒng)管理中的應用為不二選擇。

劉陽, 周德云. 物聯(lián)網(wǎng)技術在集中供熱室內溫度監(jiān)測系統(tǒng)中的

[1]應用[J]. 哈爾濱職業(yè)技術學院學報, 2014(5): 139-140.山紅偉. 基于物聯(lián)網(wǎng)的集中供熱系統(tǒng)構建[J]. 科技視界,

[2]2016(3): 218.韓阿蒙, 孔德瀚. 基于廣義超圖的熱計量表物聯(lián)網(wǎng)的子圖挖掘

[3]技術[J]. 信息系統(tǒng)工程, 2015(1): 24-25.楊關生, 仇明貴. 淺析物聯(lián)網(wǎng)技術在燃氣具熱水系統(tǒng)中應用

[4][C]// 中國土木工程學會燃氣分會應用專業(yè)委員會、中國土木工程學會燃氣分會燃氣供熱專業(yè)委員會2012年會論文集. 2012: 37-39.應勝斌, 雷必成, 周坤, 等. 基于物聯(lián)網(wǎng)的禽畜智能養(yǎng)殖監(jiān)控系

[5]統(tǒng)的設計[J]. 電子測量技術, 2014, 37(11): 86-89.

何嘉(1983-)，男，電氣高級工程師，研究方向；暖通、電氣、自控。

Applications on Internet of Things Technology in Centralized Heating System

HE Jia
(Beijing Bodakaituo Heating Co., Ltd., Beijing, 100076, China)

At present, the centralized heating system in China faces the challenge of low energy utilization and imperfectness of management mechanism. Based on the structure of Internet of Things (IoT), combined with China's status of centralized heating system application and challenges, from three aspects of data collection, including information loading, information judgment and feedback, new methods and ideas are put forward for conjunction of IoT Technology and centralized heating system, to realize realtime acquisition and monitor of parameters including heat, flow, time and temperature, which promotes a further development of heat metering field. Research shows that the IoT technology is the only proper course for scientific management of centralized heating system.

Centralized Heating System; Internet of Things (IoT); Supervision; Real-time; Interaction

TU833+.1

A

2095-8412 (2016) 05-1028-04工業(yè)技術創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.054