CN104391489B - 一种多总线能源监测管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多总线能源监测管理系统，包括数据采集层、传输层和主监控站。数据采集层连接不同通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其他的耗量计量仪表；传输层通过协议转换装置和软件配置将采集到的数据通过总线传输到主监控站；主监控站包括用户管理模块、数据采集模块、能源监控模块、系统管理模块和数据预测模块，数据的处理、远程控制和数据预测都在主监控站完成。主监控站将采集到的数据进行相关数据进行实时监测并进行存储、统计、管理和分析，并根据分析结果远程控制相关设备的运行，同时将采集到数据库中的数据进行预测。本发明可根据实际情况充分利用资源，节约经费；对设备的远程控制可方便的控制相关设备的运行从而合理的分配能耗。
Description
技术领域
本发明涉及了一种多总线能源监测管理系统，尤其涉及建筑能源监测管理系统。
背景技术
目前，能源危机已引发全世界范围内更深入的节能思考，降低单位产品能耗在世界上成为潮流。我国是能源生产和消耗的大国，我国能源形势非常严峻，随着经济社会的高速发展、人口数量的增长、工业化进程的加速，对能源的需求量也会越来越大，经济在高速发展中所面临的能源制约问题与大量能源消耗所产生的严重的环境问题也越来越突出。
现在的能源管理缺乏有效地数据管理方式，虽然已经能够实现自动采集提高了数据的有效性，但现在市场上各厂家生产的设备都有不同的通信协议，在需要不同功能的计量表时，会由于通信协议不同而耗时耗力有时甚至不能完成所需功能；各通信协议都有各自的优缺点，适用场合和最佳传输距离都不同，同一种总线往往不能达到最佳效果；由于监控主站与所监控的地理位置较远，监控常常鞭长莫及，发现不需要经常启动的耗能器件时，不能有效的控制其启动和停止；由于无法较准确的估计未来用能的数据，掌握未来能源消耗状况，往往不能制定有效的用能方案，指导节能工作的开展。如果能开发一种多总线能源监测管理系统去解决上述问题则能很大程度地提高用能效率、节约人力资源，省时省里的达到节能的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多总线的能源监测管理系统，旨在解决现有技术中不同设备存在不同的通信协议的通信问题、监控主站与所监控的地理位置较远，不能有效的进行实时监测和控制的问题和数据的有效预测问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提出的一种多总线能源监测管理系统，包括数据采集层、传输层和主监控站；
数据采集层由连接不同通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表组成，所述仪表完成对各种能耗数据的收集，所述不同通信接口 分别为Modbus通信接口、Profibus通信接口和TCP通信接口；
传输层通过协议转换装置和软件配置将从数据采集层采集到的数据通过不同的总线传输到主监控站，传输层包括Modbus转Profibus通信适配器、Modbus/TCP网关适配器和网关设备，同时包括Modbus、Profibus和TCP三种协议；
主监控站包括用户管理模块、数据采集模块、能源监控模块、系统管理模块和数据预测模块，对设备能源消耗进行实时监测；将采集到的数据进行统计、管理和分析，并根据分析结果远程控制相关设备的运行；根据数据库中已有能耗数据进行能耗预测；所述用户管理模块包括用户验证、权限验证和权限管理；用户每次登陆需要通过验证，系统对用户采用动态管理；数据采集模块包括数据采集与上传和数据分类；实现数据的自动实时采集和分类；所述能源监控模块包括实时能耗监测、历史能耗管理、远程设备控制；实现数据的有效处理和远程设备的有效控制；所述系统管理模块包括设备信息配置和参数配置；实现采集数据传输到监控模块的真实性和有效性；所述数据预测模块实现数据预测；采用 BP 神经网络算法，通过数据库中已有能耗数据，网络可以进行学习和训练，找到一般规律来预测未来能耗趋势，为节能潜力分析提供依据和指导。
本发明中，具有Modbus通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表分别通过RS485总线直接将采集到的数据传输到主监控站。
本发明中，具有Modbus通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表通过modbus转profibus配适器将Modbus通信协议转换为Profibus协议，然后在 simatic manage中组态CP5611板卡和OPC服务器以及对以CP5611为主站的从站设备进行设置，再将采集到的数据通过Profibus协议传输到主监控站。
本发明中，具有Profibus通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表通过simatic manage中组态CP5611板卡和OPC服务器以及对以CP5611为主站的从站设备进行设置，将采集到的数据通过Profibus协议传输到主监控站。
本发明中，具有Modbus通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表通过Modbus/TCP网关适配器和相应的软件配置将Modbus通信协议转换为Modbus-TCP协议，再将采集到的数据通过Modbus-TCP网络传输到主监控站；
本发明中，具有TCP通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表直接通过TCP传输到主监控站。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种多总线能源监测管理系统，包括数据采集层、传输层、数据处理、远程控制层和数据预测层。其中：采集层连接不同通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表、其他的耗量计量仪表，这些仪表完成对各种能耗数据的收集；传输层通过协议转换装置和软件配置将采集到的数据通过不同的总线传输到主监控站；主监控站包括用户管理模块、数据采集模块、能耗监控模块、系统管理模块、数据预测模块，是整个系统的核心，数据的处理、远程控制和数据预测都在主监控站通过相关软件完成；这个系统解决了多总线共存、远程控制和数据预测的问题。
附图说明
图1为多总线能源监测管理系统的系统图。
图2为多总线能源监测管理系统中Modbus接口的设备通过Modbus协议将采集到的数据传到主监控站的过程。
图3为多总线能源监测管理系统中Modbus接口的设备通过Profibus协议将采集到的数据传输到主监控站的过程和Profibus接口的设备直接通过Profibus协议将采集到的数据传输到主监控站的过程。
图4为多总线能源监测管理系统中Modbus接口的设备通过以太网将采集到的数据传输到主监控站的过程和TCP接口的设备直接通过以太网传输到主监控站的过程。
图5为多总线能源监测管理系统的主监控站软件构架图。
图6为多总线能源监测管理系统的多元化网络结构。
图7和图8为数据预测的过程和结果。
图中标号：1为主监控站，2为多总线采集器，3为多总线计量装置，4为电耗量计量仪表，5为水耗量计量仪表，6为燃气耗量计量仪表，7为其它耗油量计量仪表，8为CP5611,9为modbus转profidbus配适器，10为局域网，11为TCP接口设备，12为Modbus接口设备,13为用户管理模块，14为数据采集模块，15为能源监控模块，16为系统管理模块，17为数据预测模块，18为Modbus/TCP网关适配器，19为具有modbus接口的控制与保护开关KB0-T,20为具有modbus接口的控制与保护开关KB0-E，21为modbus接口电表，22为Profibus接口电表，23为TCP接口电表，24为交换机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，但并不限定本发明。
本发明的一种多总线能源监测管理系统包括数据采集层、传输层、主监控站1。
数据采集层：连接不同通信接口的电耗量计量仪表4、水耗量计量仪表5、燃气耗量计量仪表6、其它耗量计量仪表6，所述仪表完成对各种能耗数据的收集。
传输层：传输层通过协议转换装置和软件配置将从数据采集层采集到的数据通过不同的总线传输到主监控站。
主监控站：主监控站1包括用户管理模块13、数据采集模块14、能源监控模块15、系统管理模块16和数据预测模块17，是整个系统的核心，对设备能源消耗进行实时监测；将采集到的数据进行统计、管理和分析，并根据分析结果远程控制相关设备的运行；根据数据库中已有能耗数据进行能耗预测。用户管理模块13包括用户验证、权限验证和权限管理；用户每次登陆需要通过验证，系统对用户采用动态管理。数据采集模块14包括数据采集与上传和数据分类；实现数据的自动实时采集和分类。能源监控模块15包括实时能耗监测、历史能耗管理、远程设备控制；实现数据的有效处理和远程设备的有效控制。系统管理模块16包括设备信息配置和参数配置；实现采集数据传输到监控模块的真实性和有效性。数据预测模块17实现数据预测；采用 BP 神经网络算法，通过数据库中已有能耗数据，网络可以进行学习和训练，找到一般规律来预测未来能耗趋势，为节能潜力分析提供依据和指导。
具有Modbus通信接口的电耗量计量仪表4、水耗量计量仪表5、燃气耗量计量仪表6、其它耗量计量仪表6通过RS485总线直接将采集到的数据传输到主监控站1。
具有Modbus通信接口的电耗量计量仪表4、水耗量计量仪表5、燃气耗量计量仪表6、其它耗量计量仪表6通过modbus转profibus配适器9将Modbus通信协议转换为Profibus协议，然后在 simatic manage中组态CP5611板卡9和OPC服务器以及对以CP5611为主站的从站设备进行设置，再将采集到的数据通过Profibus协议传输到主监控站1；具有Profibus通信接口的电耗量计量仪表4、水耗量计量仪表5、燃气耗量计量仪表6、其它耗量计量仪表6通过simatic manage中组态CP5611板卡8和OPC服务器以及对以CP5611为主站的从站设备进行设置，将采集到的数据通过Profibus协议传输到主监控站1。
具有Modbus通信接口的电耗量计量仪表4、水耗量计量仪表5、燃气耗量计量仪表6、其它耗量计量仪表6通过Modbus/TCP网关适配器和相应的软件配置将Modbus通信协议转换为Modbus-TCP协议，再将采集到的数据通过Modbus-TCP网络传输到主监控站；TCP通信接口的设备直接通过TCP传输到主监控站1。
如图6所示：本发明的多总线能源监测管理系统总有三层结构：数据采集层、传输层和主监控站；一部分Modbus通信接口的设备通过RS485总线直接将采集到的数据传输到主监控站；一部分Modbus通信接口的设备通过modbus转profibus配适器将Modbus通信协议转换为Profibus协议，然后在 simatic manage中组态CP5611板卡和OPC服务器以及对以CP5611为主站的从站设备进行设置，再将采集到的数据通过Profibus协议传输到主监控站；一部分Modbus通信接口的设备通过Modbus/TCP网关适配器和相应的软件配置将Modbus通信协议转换为Modbus-TCP协议，再将采集到的数据通过Modbus-TCP网络传输到监控总站；一部分TCP通信接口的设备直接通过TCP传输到主监控站。一部分Profibus通信接口的设备通过simatic manage中组态CP5611板卡和OPC服务器以及对以CP5611为主站的从站设备进行设置，将采集到的数据通过Profibus协议传输到主监控站。
如图7和图8所示：主监控站的数据预测模块采用 BP 神经网络算法，通过调用数据库中已有的能耗数据，网络可以进行学习和训练，找到一般规律来预测未来能耗趋势，为节能潜力分析提供依据和指导。
将不同通信接口的设备根据具体的传输要求采用多元化网络架构，运用modbusRTU，modbusTCP，profibus-DP等多总线并存技术，最后主监控站利用用户管理模块、数据采集模块、能源监控模块、系统管理模块、数据预测模块完成数据的处理、远程控制和数据预测，有效地解决了背景技术中提到的目前存在的技术难题。
显然，上述实例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种多总线能源监测管理系统，其特征在于：包括数据采集层、传输层和主监控站；
数据采集层由连接不同通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表组成，所述仪表完成对各种能耗数据的收集，所述不同通信接口分别为Modbus通信接口、Profibus通信接口和TCP通信接口；
传输层通过协议转换装置和软件配置将从数据采集层采集到的数据通过不同的总线传输到主监控站，传输层包括Modbus转Profibus通信适配器、Modbus/TCP网关适配器和网关设备，同时包括Modbus、Profibus和TCP三种协议；
具有Modbus通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表通过modbus转profibus配适器将Modbus通信协议转换为Profibus协议，然后在 simatic manage中组态CP5611板卡和OPC服务器以及对以CP5611为主站的从站设备进行设置，再将采集到的数据通过Profibus协议传输到主监控站；
具有Profibus通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表通过simatic manage中组态CP5611板卡和OPC服务器以及对以CP5611为主站的从站设备进行设置，将采集到的数据通过Profibus协议传输到主监控站；
主监控站包括用户管理模块、数据采集模块、能源监控模块、系统管理模块和数据预测模块，对设备能源消耗进行实时监测；将采集到的数据进行统计、管理和分析，并根据分析结果远程控制相关设备的运行；根据数据库中已有能耗数据进行能耗预测；所述用户管理模块包括用户验证、权限验证和权限管理；用户每次登陆需要通过验证，系统对用户采用动态管理；数据采集模块包括数据采集与上传和数据分类；实现数据的自动实时采集和分类；所述能源监控模块包括实时能耗监测、历史能耗管理、远程设备控制；实现数据的有效处理和远程设备的有效控制；所述系统管理模块包括设备信息配置和参数配置；实现采集数据传输到监控模块的真实性和有效性；所述数据预测模块实现数据预测；采用 BP 神经网络算法，通过数据库中已有能耗数据，网络可以进行学习和训练，找到一般规律来预测未来能耗趋势，为节能潜力分析提供依据和指导；
根据具体的传输要求对不同通信接口的设备采用多元化网络架构，运用modbusRTU，modbusTCP，profibus-DP多总线并存技术，由主监控站完成数据处理、远程控制和数据预测。
2.根据权利要求1所述的一种多总线能源监测管理系统，其特征在于：具有Modbus通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表分别通过RS485总线直接将采集到的数据传输到主监控站。
3.根据权利要求1所述的一种多总线能源监测管理系统，其特征在于：具有Modbus通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表通过Modbus/TCP网关适配器和相应的软件配置将Modbus通信协议转换为Modbus-TCP协议，再将采集到的数据通过Modbus-TCP网络传输到主监控站。
4.根据权利要求1所述的一种多总线能源监测管理系统，其特征在于：具有TCP通信接口的电耗量计量仪表、水耗量计量仪表、燃气耗量计量仪表和其它耗量计量仪表直接通过TCP传输到主监控站。
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