CN108833546A - 一种大型建筑能源计量系统 - Google Patents

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任腾
黄志炜
周忠宝
王忠伟
庞燕
何敏藩
王淩
周盛超
王锐
伍国华
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Abstract

本发明公开了一种大型建筑能源计量系统，该系统包括监测模块和由传输层、数据层和服务层组成的监管平台；监测模块通过传输层与监管平台实现数据交互；数据层的数据采集处理单元通过传输层定期获取监测模块采集的监控数据，对监控数据进行多重筛选、过滤及分析处理；数据层的智能终端单元通过传输层获取监测模块中各个监测设备的运行状态和报警信息；服务层的能耗监测单元对处理后的监控数据进行能耗多级、分项计量统计及各类能源报表的展示和生成；服务层的设备运维单元获取各个监测设备的运行状态和报警信息并捕捉报警信息，及时通知相关负责人员。因此本发明提供的系统具有能源数据计量分布式运算、存储以及监测设备维护等优点。

Description

一种大型建筑能源计量系统
技术领域
本发明涉及能源计量技术领域，特别涉及一种大型建筑能源计量系统。
背景技术
能源计量是节能减排量化数据的体现，起着举足轻重的作用，同时也作为一种管理工具和手段。利用能源计量数据的采集，诊断，分析，实施有效管理。科学准确的计量数据能够指导建筑能源的利用，由此达到节能降耗的目的。
物联网的发展，为能源计量的方法、形式带来了变革，计量数据的采集、传输、处理逐步转向数字化、信息化，使计量工作的效率、准确、系统化得到提高。
随着社会的进步与人民生活水平的不断提高，大型建筑中新能源的使用也越来越普遍，同时也给建筑中新能源的使用与管理提出了更高的要求，因此，出于节能环保的考虑，对大型建筑中能源计量的需求也与日俱增。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现能源计量分布式运算、数据存储的大型建筑能源计量系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种大型建筑能源计量系统，所述大型建筑能源计量系统包括监测模块和监管平台；所述监管平台包括传输层、数据层和服务层；所述监测模块通过所述传输层与所述监管平台实现数据交互；所述传输层通过统一化数据服务接口与所述数据层数据通信；所述监测模块包括楼宇自控监测设备、变配电监测设备、环境监测设备、风光互补太阳能供电监测设备、空调末端监测设备以及照明监测设备；所述传输层包括多种接口；所述数据层包括数据采集处理单元和智能终端单元；所述服务层包括能耗监测单元和设备维护单元；
所述数据采集处理单元通过所述传输层中的各个接口定期获取所述监测模块采集的监控数据，并对所述监控数据进行多重筛选、过滤以及分析处理；
所述智能终端单元通过所述传输层中的各个接口不间断获取所述监测模块中各个监测设备的运行状态和报警信息；
所述能耗监测单元用于对处理后的监控数据进行能耗多级计量、能耗分项计量、能源统计以及各类能源报表的展示和生成；
所述设备运维单元用于获取各个所述监测设备的运行状态和报警信息并捕捉所述报警信息，及时通知相关负责人员。
可选的，所述服务层还包括智能控制单元；所述智能控制单元用于根据用户需求输出相应的智能控制模式，并将所述智能控制模式发送至各个所述监测设备以控制各个所述监测设备按照所述智能控制模式运行。
可选的，所述服务层还包括能耗分析单元；所述能耗分析单元用于根据历史能耗数据，以标准值做参考，对所述处理后的监控数据进行分析，输出节能控制方案。
可选的，所述数据层还包括数据中心；所述数据层通过所述数据中心与所述服务层数据交互；所述数据中心获取所述处理后的监控数据以及各个所述监测设备的运行状态和报警信息，并将所述处理后的监控数据以及各个所述监测设备的运行状态和报警信息持久化存储在所述数据中心内。
可选的，所述数据采集处理单元是基于XML的支持协议扩展数据采集框架构建的；所述基于XML的支持协议扩展数据采集框架包括统一化数据服务接口、XML协议转换器、数据匹配处理器、数据检验备份器、数据哈希缓存区、线程调度器以及协议选择器；其中，
所述统一化数据服务接口为向外发布数据访问的统一接口；所述XML协议转换器包含描述统一编码及不同协议数据处理的XML文件和不同通信协议XML描述文件；所述数据匹配处理器用于对统一编码进行解析，并根据配置文件信息对不同协议的监控数据进行协议转换，采用统一编码对处理后的监控数据进行匹配；所述数据检验备份器用于对原始数据和处理后的监控数据进行检验和备份；所述数据哈希缓存区用于缓存原始数据和处理后的监控数据；所述线程调度器用于根据XML协议文件的要求，对不同协议，不同监测设备的进行线程调度；所述协议选择器用于对协议进行筛选，并根据线程运行的参数指定通信协议，从而按照指定通信协议格式与监测设备进行连接。
可选的，所述监测模块与所述传输层之间采用MQTT通讯协议实现数据通信。
可选的，所述传输层包括楼宇设备自控网关接口、变配电监测接口、环境监测接口、风光互补太阳能供电监测接口、空调末端监测接口以及照明监测接口；
所述楼宇设备自控网关接口，与所述楼宇自控监测设备对接，用于实现中央空调数据的上传和协议转换；
所述变配电监测接口，与所述变配电监测设备对接，用于实现楼宇电力数据的上传和协议转换；
所述环境监测接口，与所述环境监测设备对接，用于实现楼宇环境数据的上传和协议转换；
所述风光互补太阳能供电监测接口，与所述风光互补太阳能供电监测设备的PLC控制接口对接，用于实现楼宇供电数据的上传和协议转换；
所述空调末端监测接口，与所述空调末端监测设备的风机盘管控制器交互，用于实现楼宇各个中央空调运行时间数据的上传和协议转换；
所述照明系统接口，与所述照明监测设备的供电回路控制器交互，用于实现楼宇照明数据的上传和协议转换。
可选的，所述风光互补太阳能供电监测设备采用可编程逻辑控制器的数据监测与控制系统来监测记录风光互补太阳能供电装置的实时电气量。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种大型建筑能源计量系统，该系统包括监测模块和监管平台；所述监管平台包括传输层、数据层和服务层；所述监测模块通过所述传输层与所述监管平台实现数据交互；所述传输层通过统一化数据服务接口与所述数据层数据通信；所述监测模块包括楼宇自控监测设备、变配电监测设备、环境监测设备、风光互补太阳能供电监测设备、空调末端监测设备以及照明监测设备；所述传输层包括多种接口；所述数据层包括数据采集处理单元和智能终端单元；所述服务层包括能耗监测单元和设备维护单元；所述数据采集处理单元通过所述传输层中的各个接口定期获取所述监测模块采集的监控数据，并对所述监控数据进行多重筛选、过滤以及分析处理；所述智能终端单元通过所述传输层中的各个接口不间断获取所述监测模块中各个监测设备的运行状态和报警信息；所述能耗监测单元用于对处理后的监控数据进行能耗多级计量、能耗分项计量、能源统计以及各类能源报表的展示和生成；所述设备运维单元用于获取各个所述监测设备的运行状态和报警信息并捕捉所述报警信息，及时通知相关负责人员。因此，本发明提供的系统具有能源数据计量分布式运算、存储以及监测设备维护等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例大型建筑能源计量系统的结构框图；
图2为本发明实施例数据采集处理单元的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种能够实现能源计量分布式运算、数据存储的大型建筑能源计量系统。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明是将大型公共建筑新能源综合利用及节能运维平台与示范工程建设结合，保证本发明提供的系统能够在执行期内投入运行。
图1为本发明实施例大型建筑能源计量系统的结构框图。
如图1所示，本发明实施例提供的大型建筑能源计量系统包括监测模块和监管平台；所述监管平台包括传输层、数据层和服务层；所述监测模块与所述传输层之间采用MQTT通讯协议实现数据通信。所述监测模块通过所述传输层与所述监管平台实现数据交互；所述传输层通过统一化数据服务接口与所述数据层数据通信。
所述监测模块包括楼宇自控监测设备、变配电监测设备、环境监测设备、风光互补太阳能供电监测设备、空调末端监测设备以及照明监测设备。
所述传输层包括多种接口。所述传输层包括楼宇设备自控网关接口、变配电监测接口、环境监测接口、风光互补太阳能供电监测接口、空调末端监测接口以及照明监测接口。
所述楼宇设备自控网关接口，与所述楼宇自控监测设备对接，用于实现中央空调数据的上传和协议转换；所述变配电监测接口，与所述变配电监测设备对接，用于实现楼宇电力数据的上传和协议转换；所述环境监测接口，与所述环境监测设备对接，用于实现楼宇环境数据的上传和协议转换；所述风光互补太阳能供电监测接口，与所述风光互补太阳能供电监测设备的PLC控制接口对接，用于实现楼宇供电数据的上传和协议转换；所述空调末端监测接口，与所述空调末端监测设备的风机盘管控制器交互，用于实现楼宇各个中央空调运行时间数据的上传和协议转换；所述照明系统接口，与所述照明监测设备的供电回路控制器交互，用于实现楼宇照明数据的上传和协议转换。
风光互补太阳能供电系统，集风力发电、光伏发电两种发电方式于一体，并采用氢气储能(含制氢、氢气转电能)和燃料电池储能两种蓄能方式。为了提高风光互补太阳能供电系统的可靠性和稳定性，减少监测工作量，需要通过软件配置来建立高品质和高效率的自动数据收集与分析系统。本发明使用基于PC机的组态软件来开发主机操作接口界面，并采用加宽的智能仪表作为较低的计算机来采集数据。主机和下位机通过现场总线和RS-232进行沟通。
因此，本发发明实施例中的所述风光互补太阳能供电监测设备采用基于可编程逻辑控制器(PLC)的数据监测与控制系统，来监测记录风光互补太阳能供电装置的实时电气量，如电流和电压等。所述风光互补太阳能供电监测设备用到的一些具体装置包括PLC的CPU单元、模拟模块、直流电流采集、直流变流器并联、整流器等设备，采用此所述风光互补太阳能供电监测设备，电流和电压值可以读取和记录非常容易。
所述数据层包括数据采集处理单元、智能终端单元和数据中心。所述数据层通过所述数据中心与所述服务层数据交互。
所述数据采集处理单元通过所述传输层中的各个接口定期获取所述监测模块采集的监控数据，并对所述监控数据进行多重筛选、过滤以及分析处理；所述智能终端单元通过所述传输层中的各个接口不间断获取所述监测模块中各个监测设备的运行状态和报警信息；所述数据中心获取所述处理后的监控数据以及各个所述监测设备的运行状态和报警信息，并将所述处理后的监控数据以及各个所述监测设备的运行状态和报警信息持久化存储在所述数据中心内。
所述服务层包括能耗监测单元、智能控制单元、能耗分析单元和设备维护单元。
所述能耗监测单元用于对处理后的监控数据进行能耗多级计量、能耗分项计量、能源统计以及各类能源报表的展示和生成。所述设备运维单元用于获取各个所述监测设备的运行状态和报警信息并捕捉所述报警信息，及时通知相关负责人员。所述智能控制单元用于根据用户需求输出相应的智能控制模式，并将所述智能控制模式发送至各个所述监测设备以控制各个所述监测设备按照所述智能控制模式运行。所述能耗分析单元用于根据历史能耗数据，以标准值做参考，对所述处理后的监控数据进行分析，输出节能控制方案，为用户提供可行的节能方法，所述能耗分析单元还用于对用户的节能潜力进行分析。
图2为本发明实施例数据采集处理单元的结构框图。
如图2所示，所述数据采集处理单元是基于XML的支持协议扩展数据采集框架构建的；所述基于XML的支持协议扩展数据采集框架包括统一化数据服务接口、XML协议转换器、数据匹配处理器、数据检验备份器、数据哈希缓存区、线程调度器以及协议选择器；其中，
(1)统一化数据服务接口(UWSI)：它负责向外发布数据访问的统一接口，访问者只需要通过web服务找到此数据访问接口，即可以与数据进行通信，结合数据统一编码，可以方便取得访问者所需数据，充分体现了此采集框架的良好通用性。
(2)XML协议转换器(XMLPC)：它包含描述统一编码及不同协议数据处理的XML文件和不同通信协议XML描述文件，这些XML文件决定采集框架具有可扩展性。转文转换器负责对这些配置文件进行解析，同时实现了不同协议的数据转换，取得统一编码和通信协议信息，并把信息提供给DMP和TS。
(3)数据匹配处理器(DMP)：它用于对统一编码进行解析，根据配置文件信息对不同协议的设备数据进行协议转换，使用统一编码与处理后的监控数据进行匹配。因此，DMP是保证采集框架良好通用性的前提，是统一编码与处理后的监控数据的映射，也是原始数据与处理后的监控数据的处理器，起到承上启下的作用。
(4)数据检验备份器(DCBD)：它一方面用于对原始数据和处理后的监控数据进行检验，以保证数据向外提供时的正确性，另一方面用于对数据进行备份工作，防止数据出现断层或丢失。
(5)数据哈希缓存区(HC)：它是一个动态实时变化的哈希内存区域，用于缓存数据采集回来的数据，它相当于数据数控设备中的数据在内存中的一个映射，通过多线程对设备进行数据采集后，数据会存放于此缓存，并且会实时更新，更新的频率可以配置。当有访问者访问接口读取数据时，DMP可以直接从HC中提取相关信息返回，从而使得数据的实时性得到保障。
(6)线程调度器(TS)：它根据XML协议文件的要求，对不同协议，不同设备的进行线程调度，从而对数据进行采集。其中，线程会对具体的协议进行解析，并根据具体协议格式组织指令，控制通信以及实现与数控设备的具体通信。
(7)协议选择器(PS)：它负责对协议的筛选，根据线程运行的参数指定具体通信协议，从而按照具体协议格式与数控设备进行连接，从而实现数据通信。
XML协议转换器解析出需要使用的协议及采集的设备，提供了数据转换及协议转换信息，线程调度器通过调度采集线程对设备数据进行自动采集，并对哈希缓存区域进行实时更新，访问者需要采集数据时，通过web服务接口，经过数据匹配处理器，并使用数据检验备份器对数据进行备份及检验，从缓存区取得需要的数据。
本发明以大型公共建筑作为切入点，依托新能源技术和物联网技术构建主要技术方案，以示范工程作为检验和评估方法，建立由物联网接入、通信接口、广域网、数据采集、数据处理、智能服务及上层应用构成的大型公共建筑新能源综合利用及节能运维系统，具有能源数据计量分布式运算、存储以及监测设备维护等优点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种大型建筑能源计量系统，其特征在于，所述大型建筑能源计量系统包括监测模块和监管平台；所述监管平台包括传输层、数据层和服务层；所述监测模块通过所述传输层与所述监管平台实现数据交互；所述传输层通过统一化数据服务接口与所述数据层数据通信；所述监测模块包括楼宇自控监测设备、变配电监测设备、环境监测设备、风光互补太阳能供电监测设备、空调末端监测设备以及照明监测设备；所述传输层包括多种接口；所述数据层包括数据采集处理单元和智能终端单元；所述服务层包括能耗监测单元和设备维护单元；
所述数据采集处理单元通过所述传输层中的各个接口定期获取所述监测模块采集的监控数据，并对所述监控数据进行多重筛选、过滤以及分析处理；
所述智能终端单元通过所述传输层中的各个接口不间断获取所述监测模块中各个监测设备的运行状态和报警信息；
所述能耗监测单元用于对处理后的监控数据进行能耗多级计量、能耗分项计量、能源统计以及各类能源报表的展示和生成；
所述设备运维单元用于获取各个所述监测设备的运行状态和报警信息并捕捉所述报警信息，及时通知相关负责人员。
2.根据权利要求1所述的大型建筑能源计量系统，其特征在于，所述服务层还包括智能控制单元；所述智能控制单元用于根据用户需求输出相应的智能控制模式，并将所述智能控制模式发送至各个所述监测设备以控制各个所述监测设备按照所述智能控制模式运行。
3.根据权利要求1所述的大型建筑能源计量系统，其特征在于，所述服务层还包括能耗分析单元；所述能耗分析单元用于根据历史能耗数据，以标准值做参考，对所述处理后的监控数据进行分析，输出节能控制方案。
4.根据权利要求1所述的大型建筑能源计量系统，其特征在于，所述数据层还包括数据中心；所述数据层通过所述数据中心与所述服务层数据交互；所述数据中心获取所述处理后的监控数据以及各个所述监测设备的运行状态和报警信息，并将所述处理后的监控数据以及各个所述监测设备的运行状态和报警信息持久化存储在所述数据中心内。
5.根据权利要求1所述的大型建筑能源计量系统，其特征在于，所述数据采集处理单元是基于XML的支持协议扩展数据采集框架构建的；所述基于XML的支持协议扩展数据采集框架包括统一化数据服务接口、XML协议转换器、数据匹配处理器、数据检验备份器、数据哈希缓存区、线程调度器以及协议选择器；其中，
所述统一化数据服务接口为向外发布数据访问的统一接口；所述XML协议转换器包含描述统一编码及不同协议数据处理的XML文件和不同通信协议XML描述文件；所述数据匹配处理器用于对统一编码进行解析，并根据配置文件信息对不同协议的监控数据进行协议转换，采用统一编码对处理后的监控数据进行匹配；所述数据检验备份器用于对原始数据和处理后的监控数据进行检验和备份；所述数据哈希缓存区用于缓存原始数据和处理后的监控数据；所述线程调度器用于根据XML协议文件的要求，对不同协议，不同监测设备的进行线程调度；所述协议选择器用于对协议进行筛选，并根据线程运行的参数指定通信协议，从而按照指定通信协议格式与监测设备进行连接。
6.根据权利要求1所述的大型建筑能源计量系统，其特征在于，所述监测模块与所述传输层之间采用MQTT通讯协议实现数据通信。
7.根据权利要求6所述的大型建筑能源计量系统，其特征在于，所述传输层包括楼宇设备自控网关接口、变配电监测接口、环境监测接口、风光互补太阳能供电监测接口、空调末端监测接口以及照明监测接口；
所述楼宇设备自控网关接口，与所述楼宇自控监测设备对接，用于实现中央空调数据的上传和协议转换；
所述变配电监测接口，与所述变配电监测设备对接，用于实现楼宇电力数据的上传和协议转换；
所述环境监测接口，与所述环境监测设备对接，用于实现楼宇环境数据的上传和协议转换；
所述风光互补太阳能供电监测接口，与所述风光互补太阳能供电监测设备的PLC控制接口对接，用于实现楼宇供电数据的上传和协议转换；
所述空调末端监测接口，与所述空调末端监测设备的风机盘管控制器交互，用于实现楼宇各个中央空调运行时间数据的上传和协议转换；
所述照明系统接口，与所述照明监测设备的供电回路控制器交互，用于实现楼宇照明数据的上传和协议转换。
8.根据权利要求7所述的大型建筑能源计量系统，其特征在于，所述风光互补太阳能供电监测设备采用可编程逻辑控制器的数据监测与控制系统来监测记录风光互补太阳能供电装置的实时电气量。
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