CN202183038U - 一种基于gprs网络的能源监控考核系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于GPRS网络的能源监控考核系统，包括仪表终端、集中器和集控中心服务平台，所述的集中器与仪表终端采用有线连接，传输方式采用RS485工业现场总线方式；所述的集中器包括GPRS无线模块和CPU，所述的集中器的接口部分包括ADC采样接口、条形码扫描接口、RS485工业总线接口以及数字输入输出接口；所述的GPRS组网方式为DDN专线方式。本实用新型系统内通过对印染设备在日常生产中所消耗的水、电、气等的消耗量的监控，降低企业的日常耗能，从而直接降低企业的成本。

Description

一种基于GPRS网络的能源监控考核系统

技术领域

本系统涉及能源监控系统技术领域，尤其涉及一种基于GPRS网络、适用于印染行业的能源监控考核系统。 

背景技术

目前在印染企业里，能源的消耗没有节制，完全放任于设备操作工人的粗放操作，比如设备在一个印染工序的过程中电的使用，本来是可以依据工序的不同阶段对电的需求量，灵活调节变频仪来调节电的输出，但是工人往往为了操作方便而忽略了这个操作动作，使电的损耗一直处于满负荷运作，白白浪费了能源，在日积月累中增加了企业的运营成本；水的使用也存在同样的浪费现象，而且水的粗放使用还不仅仅是浪费本身，还直接关系的污水的排放量，尤其在当前国家对环保日益重视的大环境下，排污费用在印染成本中的比重大大增加，已经是印染企业的一大心病。 

除了上述人为的粗放操作以外，印染设备本身的运行状况也是千差万别。比如新的设备由于各个零件或者结构处于出厂调试后的最佳状态，各项耗能数据处于一个相对比较理想的情况，但是随着时间的推移，由于磨损和污垢等老化现象的存在，部分或者全部的耗能数据都会有所攀升。虽然这些情况可以通过定期维护来解决问题，但是定期维修一定存在一个周期问题，过于频繁的维护会增加成本同时降低产能，过于松散的维护又无法及时解决耗能浪费。 

但是，上述在印染企业里普遍存在的问题，是很难通过企业的制度和员工的自律而完全避免的。因为首先一个，印染企业无法完整地掌握众多设备耗能的详细数据，制定设备的标准耗能指标也无从谈起；其次，每个生产工序存在很多的分解环节，每个环节都需要工人的人为干预，而一个工人又往往同时操作多台设备，企业的操作规范很难约束到工人的操作行为；另外，设备的老化往往是出现了对正常生产有影响巨大的时候，比如 无法升温或者升温缓慢等，才会被发现提交维护，时间上已经非常滞后了。企业往往也会试图通过操作制度规范以及绩效考核等手段来降低耗能，但是往往收效甚微。 

发明内容

本系统针对目前印染企业存在的诸多问题，提供了一种基于GPRS网络的能源监控考核系统，通过对印染设备在日常生产中所消耗的水、电、气等的消耗量的监控，降低企业的日常耗能，从而直接降低企业的成本。 

一种基于GPRS网络的能源监控考核系统，包括仪表终端、集中器和集控中心服务平台。 

所述的集中器与仪表终端采用有线连接，传输方式采用RS485工业现场总线方式，两线制的总线拓扑结构，采用主从式连接方式，可以支持最多32个节点。相对于其他有线方式，比如电压采集、电流采集等，由于RS485总线采用差分方式进行数据传输，抗干扰能力更强，携带的信息量更加丰富。RS485通常被用在工业控制的数据采集领域。 

所述的集中器和集控中心服务平台之间采用无线GPRS方式通讯。 

所述的集中器包括GPRS无线模块和CPU，所述的CPU优选ARM内核的LPC2103F，所述的GPRS无线模块优选西门子的MC55i。 

所述的CPU设有串口、JTAG口、ADC采样部分电路和数字输入输出通道。所述的串口有两个，一个用来接RS485总线和扫描枪，实现RS485总线的数据读写和扫描枪数据的接收，另一个用来和无线模块进行通讯，通过AT指令对MC55i进行控制实现GPRS功能。所述的JTAG口是调试阶段用来调试和仿真使用的。所述的ADC采样部分电路最多达8路，可以实现对多路模拟信号的数据采集，比如4-20mA电流或者0-5V电压的采样，信号调理电路实现模拟信号到CPU可采样范围的电压的转换。所述的数字输入输出通道连接隔离电路，输出电路采用继电器隔离输出，可以实现最多8路的开关量输出，实现对设备供电的开和关的操作，输入电路采用光电隔离，可以实现最多8路的开关量输入，用来检测设备的工作状态。上述多种接口的支持使得集中器对数据采样具备更加灵活的方案选择。 

考虑到本实用新型的能源监控考核系统的规模超过有1000个数据采集的节点，GPRS的数据量是很庞大的，所以在GPRS组网方式上选择了DDN专线方式进行组网，这样的好处是可以保证数据对实时性的要求。 

所述的集控中心服务平台的硬件采用web服务器和数据库服务器分离的方式，保证数据的安全以及客户访问的实时性。 

本实用新型系统的工作方式如下：集中器完成终端的数据采集和暂存，同时接受集控中心服务平台的指令，上传实时数据，集中器和集控中心服务平台之间采用无线GPRS方式通讯。相对于传统的有线连接方式，GPRS技术可以实现远程数据传输，而且基于当前成熟的GPRS网络，节省了布线的成本费用，大大方便了日常的维护。 

所述的集中器具有条形码扫描接口，操作工人通过扫描条码开启、停止染缸设备。条码信息中包括客户信息代码、员工号信息、规格代码、克重信息等内容，具体被定义成如下格式：条形码采用Code128编码格式，格式定义为一串包含23个数字组成的码流，需要携带的信息为：起始帧1为代码(0x46)、客户2位代码、规格4位代码、员工编号3位代码，克重(米数)4位代码+1位单位(0-克1-米)、条码属性1位(0-关1-开)，以及5位随机数、1位校验码，最后1位结束码(0x45)。条形码编码格式按此内容顺序排列合成。集中器通过扫描，对23位代码信息顺序解码，获得对应信息内容，同时上报给集控中心服务平台。 

这些信息会被上传到服务中心平台后，平台对此信息的时间点及内容会保存到数据库。一个工序以开始条码为起点，以结束条码为终点，之间的耗能为该工序的总耗能，同时工序信息里的克重为该工序的产出。这样一个工序的耗能、产出比就可以有精确的量化值了。服务平台有了此信息，就可以对员工一定时间内的产出和耗能做具体的量化，也可以对每个设备的产出和耗能做具体的量化。员工之间、设备之间可以做详细的产出和耗能的对比。这样每台设备、每个员工的产出和耗能就有了详尽的量化值，管理人员可以根据这些数据，对员工的绩效考核做出评价，也可以对设备是否需要进行维护做出评判。 

所述的服务器平台中心软件运行在中心服务器上，用户可以通过IE中输入固定IP对服务器进行访问。依据用户的权限，用户可以访问到不 同级别的数据。其中，关键的包括：实时数据显示、历史数据查询和历史数据对比。同时这些数据可以显示、统计、生成报表以及打印。 

所述的服务器平台中心软件的具体功能包括：历史数据统计、实时数据显示、历史数据对比等子模块。历史数据统计里，客户可以按照设备/员工/总量三种方式，对历史能耗值进行查询，查询的结果可以按照年、月、日进行筛选，结果以表格、柱状图、Excel导出等方式展示；实时数据显示里，实时的展示设备每个监控数据的实时曲线图，数据每隔10秒钟刷新一次；历史数据对比里，客户可以对多个设备/员工之间的能耗值进行对比，结果以柱状图的形式展示。 

本实用新型的能源监控考核系统基本采用GPRS无线通讯方式实现远程采集数据，采用固定IP加光纤入户的方式建立数据服务中心平台，采用条码红外扫描技术录入工序信息，采用RS485总线采集设备仪表的耗能数据，特别适用于印染行业，对印染设备在日常生产中所消耗的水、电、气等的消耗量的监控，可以从根本上加强对设备操作员工的约束和监管，可以帮助企业决策者加强对能源分配的合理规划，从而帮助企业减少能源消耗总量节省成本。 

附图说明

图1为本实用新型系统的结构示意图。 

图2为本实用新型系统集中器的设计框图。 

图3为本实用新型系统的RS485总线的拓扑图。 

图4为本实用新型系统的GPRS组网方式示意图。 

具体实施方式

如图1所示，一种基于GPRS网络的能源监控考核系统，包括仪表终端、集中器和集控中心服务平台。所述的集中器与仪表终端采用有线连接，传输方式采用RS485工业现场总线方式，RS485总线采用差分方式进行数据传输，两线制的总线拓扑结构，采用主从式连接方式，可以支持最多32个节点。如图3所示的485总线的拓扑图，网络两头接有120Ω的终端电阻，其他设备两两相连，最后接到主控的总线上。 

如图2所示的集中器的设计框图，其核心CPU使用ARM内核的LPC2103F，GPRS无线模块选用西门子的MC55i，接口部分支持ADC采样、RS485工业总线接口以及数字输入输出接口。CPU具有两个串口，一个用来接RS485总线和扫描枪，实现RS485总线的数据读写和扫描枪数据的接收，另外一个用来和无线模块进行通讯，通过AT指令对MC55i进行控制实现GPRS功能；CPU中的JTAG口是调试阶段用来调试和仿真使用的；最多达8路的ADC采样部分电路，可以实现对多路模拟信号的数据采集，比如4-20mA电流或者0-5V电压的采样，信号调理电路实现模拟信号到CPU可采样范围的电压的转换；数字输入输出通道连接隔离电路，输出电路采用继电器隔离输出，可以实现最多8路的开关量输出，实现对设备供电的开和关的操作，输入电路采用光电隔离，可以实现最多8路的开关量输入，用来检测设备的工作状态。

考虑到系统的规模超过有1000个数据采集的节点，GPRS的数据量是很庞大的，所以在GPRS组网方式上选择了DDN专线方式进行组网，如图4所示，由移动通信服务商直接拉专线到服务平台的中心服务器，通过专线直接把数据由GPRS网关服务器传输到服务平台，相对于传统的静态IP的方式，这样的好处是可以保证数据对实时性的要求，实现大吞吐量数据的实时传输。中心服务平台的硬件采用web服务器和数据库服务器分离的方式，保证数据的安全以及客户访问的实时性。 

本实用新型的能源监控考核系统工作方式如下：集中器完成终端的数据采集和暂存，同时接受集控中心的指令，上传实时数据，集中器和服务平台中心之间采用无线GPRS方式通讯。 

集中器具有条形码扫描接口，操作工人通过扫描条码开启、停止染缸设备。条码信息中包括了信息中包括客户信息代码、员工号信息、规格代码、克重信息等内容，具体被定义成如下格式：条形码采用Code128编码格式，格式定义为一串包含23个数字组成的码流，需要携带的信息为：起始帧1为代码(0x46)、客户2位代码、规格4位代码、员工编号3位代码，克重(米数)4位代码+1位单位(0-克1-米)、条码属性1位(0-关1-开)，以及5位随机数、1位校验码，最后1位结束码(0x45)。条形码编码格式按此内容顺序排列合成。集中器通过扫描，对23位代码信息 顺序解码，获得对应信息内容，同时上报给集控中心平台。 

这些信息会被上传到服务中心平台后，平台对此信息的时间点及内容会保存到数据库。一个工序以开始条码为起点，以结束条码为终点，之间的耗能为该工序的总耗能，同时工序信息里的克重为该工序的产出。这样一个工序的耗能、产出比就可以有精确的量化值了。服务平台有了此信息，就可以对员工一定时间内的产出和耗能做具体的量化，也可以对每个设备的产出和耗能做具体的量化。员工之间、设备之间可以做详细的产出和耗能的对比。这样每台设备、每个员工的产出和耗能就有了详尽的量化值，管理人员可以根据这些数据，对员工的绩效考核做出评价，也可以对设备是否需要进行维护做出评判。 

服务器平台中心软件运行在中心服务器上，用户可以通过IE中输入固定IP对服务器进行访问。依据用户的权限，用户可以访问到不同级别的数据。其中，关键的包括：实时数据显示、历史数据查询和历史数据对比。同时这些数据可以显示、统计、生成报表以及打印。服务器平台中心软件具体功能包括：历史数据统计、实时数据显示、历史数据对比等子模块。历史数据统计里，客户可以按照设备/员工/总量三种方式，对历史能耗值进行查询，查询的结果可以按照年、月、日进行筛选，结果以表格、柱状图、Excel导出等方式展示；实时数据显示里，实时的展示设备每个监控数据的实时曲线图，数据每个10秒钟刷新一次；历史数据对比里，客户可以对多个设备/员工之间的能耗值进行对比，结果以柱状图的形式展示。 

Claims (5)

1.一种基于GPRS网络的能源监控考核系统，包括仪表终端、集中器和集控中心服务平台，其特征在于：

所述的集中器与仪表终端通过RS485总线连接；

所述的集中器包括GPRS无线模块和CPU，所述的CPU设有串口、用于调试和仿真的JTAG口、用于对多路模拟信号的数据采集的ADC采样部分电路、用来检测设备的工作状态的数字输入通道和用于实现对设备供电的开和关的操作的数字输出通道；

所述的集控中心服务平台包括web服务器和数据库服务器；

所述的集中器和集控中心服务平台之间采用无线GPRS方式通讯。

2.如权利要求1所述的基于GPRS网络的能源监控考核系统，其特征在于：所述的CPU为ARM内核的LPC2103F。

3.如权利要求1所述的基于GPRS网络的能源监控考核系统，其特征在于：所述的串口包括连接RS485总线和扫描枪的串口以及与无线模块通讯的串口。

4.如权利要求1所述的基于GPRS网络的能源监控考核系统，其特征在于：所述的GPRS无线模块为西门子的MC55i。

5.如权利要求1所述的基于GPRS网络的能源监控考核系统，其特征在于：所述的GPRS无线模块的组网方式为DDN专线方式。

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