基于多源异构数据的工业能源管理系统

姚凌云, 霍彦军

(陕西斯科德智能科技有限公司, 陕西 西安 710077)



基于多源异构数据的工业能源管理系统

姚凌云, 霍彦军

(陕西斯科德智能科技有限公司, 陕西 西安 710077)

结合SG工业集团实例,从数据采集、无线组网、数据存储、交互性可视化展现方面介绍了基于多源异构数据的能源管理系统,阐述了工业能源管理系统的安全性。传感器和仪表的改造解决了多源异构数据采集问题,无线组网通信方案降低了厂区设置光缆或网线的成本,缩短了项目实施周期,解决了数据传输难题。

能源管理系统; 数据采集; 无线组网; 数据存储

姚凌云(1973—),男,工程师,从事物联网与数据应用方面的工作。

0 引 言

目前,建筑能效管理尤其是大型公共建筑的能耗监测正逐步落实在新建建筑的规划设计和既有建筑的改造中,但工业能耗管理尚缺乏有效的推进措施和系统化的构建[1-2]。

SG工业集团是一家以重型动力装备为主业的公司。在能源管理系统项目的策划过程中发现,集团各下属组织由于独立核算及其相应的考核体系,在信息整合和组织协同方面存在不足,表现为信息基础设施各自构建,导致异构网络繁复、指标维度难以比较、信息孤岛现象严重,在能源消耗、能源再利用方面存在信息采集障碍。

1 多源异构数据采集

工业企业尤其是重化工企业,其动力源异常多元,包括外购的电力、热源、煤炭、油料、燃气、水资源,以及转化内生的压缩气体源、蒸汽源、循环能源利用产生的再生源,且生产流程复杂,控制节点繁多,每个节点的工艺参数、流程环节的环境参数影响设备的能源利用或转化效率[3]。

针对此状况,引入的公共热源以及外购的燃气、油料、煤炭、水资源和电能等能源在进项侧进行智能化计量监测的改造。例如,在变电站的进线侧和进入到车间/班组的分支线路安装可以兼具电力质量监测和电能计量的能源管理通信仪表,以对某些可能产生谐波的生产环节进行精确、有效的计量。在关键设备的输入侧和输出侧安装带通信的计量仪表,并将关键工艺参数、环境状况的数据通过转换模块传输到汇聚网关。

同时,针对关键设备和流程中的环境状况和工艺参数,利用现有的传感器进行采集,通过协议转换模块或手动记录进行统一汇聚。

另外,大型工业企业除办公建筑外,都有餐饮中心、住宿、文化娱乐等生活设施,需要划分不同分区,针对照明插座、空调用能、动力用能、特殊用能等能耗项进行采集和统计分析。这些区域与一般建筑能耗监测系统相类似。

2 异构归一的无线组网

车间由于组建时间和技术方案的不同,其自动化方案存在较大的差异,有的车间仅是有机械化,有的车间基于现场总线,而现场总线技术也不相同。

SG工业集团涉及相关厂区的面积达6 km2,下属公司及部门的物理位置的分布较散,部门利益导致厂区现有通信网络无法利用,不能架设架空线,需重新铺设光缆或网线,成本高,且工期较长。

针对上述状况,通信层方案设计中采用S-Gate数据采集器进行数据的采集、上传。该设备以Linux为操作系统,输入端采用RS-485、RS-232以及模拟信号接口,并提供WiFi、ZigBee等无线数据接收,支持现有主流工业现场通信协议,输出具有RJ45接口以及GPRS或3G-DTU功能,并能通过设置自动路由寻址进行数据转发而自组无线传输网。

组网方案原理拓扑如图1所示。基于该拓扑原理,设计了无线组网通信方案,降低了厂区挖设光缆或网线的高昂成本,缩短项目实施周期,解决异构网络的难题。

图1 组网方案原理拓扑

3 数据存储

传统的数据库和数据管理系统偏重于静态数据的存储,适用于传统事务性应用和商业分析。能源数据的采集和处理有定时限制,需要考虑吞吐量、平均响应时间等指标,因此需要采用实时数据库管理系统来满足事务处理的适时性和数据采集传输时间的一致性,保证定时轮采数据的及时处理和数据库状态的真实性。实时数据库管理系统通过适时协议和并发机制,与传统数据库管理系统融合。

通过SQL语言进行数据的清洗,并抽取不同维度的数据,形成实时能耗数据、定期分区分类分项能耗统计、能源流向状况、分区能耗三维动态实时展示、历史数据对比、横向数据对比、能耗对标管理、设备运行状况监测、节能效果监测等不同的功能模块,便于应用层的展示和查询。

4 交互性可视化展现

系统平台采用B/S架构,可通过浏览器浏览整体,针对不同模块的交互查询。尤其在移动互联网的趋势下制作的移动终端APP,方便不同权限的管理人员通过平板电脑、手机等浏览整体状况,并将异常状况及时通知到责任人。

良好的展示效果需要采用数据可视化技术,才能将数据转化为图示、界面,实现便捷愉悦的用户体验。

5 系统安全性

能源管理系统平台对安全性提出了较高的要求,需从采集设备、数据采集和传输、权限管理等方面进行考虑。

(1) 采集设备必须具备安全性、准确性,以及相应环境参数冗余的保护功能。

(2) 在数据安全方面,要求传感器、仪表须具备存储功能,保证掉电不丢数据和来电续传;通过严格的测试和手段,保证数据的传输安全;提供数据备份恢复功能,保证在电工作站死锁、硬件故障、操作人员失误或人为破坏等异常状况下的数据存储安全;当发生故障造成系统停止运行后,能迅速恢复到故障前状态,使损失降至最小,满足可靠性要求。

(3) 在查询和数据库维护方面设有权限控制表,采用有效的密码控制操作,通过注册保密、访问级别保密和数据保密三级措施,保证数据安全。

6 结 语

介绍了SG工业集团基于多源异构数据的工业能源管理系统,探析既有工厂的工业能效管理系统存在的障碍和技术难题。通过分布式能源体系融合能源管理系统,提高了整体能效,降低了运维成本,并为以后向客户提供能源动力整体解决方案积累经验。

[1] 叶建位,苏宏业.实时数据库系统关键技术及实现[J].计算机应用研究,2005(3):45-47.

[2] 万力,刘育明,吴军强,等. 工业过程监控系统中实时数据库的应用接口技术[J].工程设计学报,2006,13(1):49-53.

[3] 黄文燕.钢铁企业能源管理系统及其能耗预测的研究[D].广州:华南理工大学,2013.

[4] 王莉.节能减排背景下大型钢铁企业的能源管理研究[D].广州:华东理工大学,2013.

Industrial Energy Management System Based on Multi-source Heterogeneous Data

YAO Lingyun, HUO Yanjun

(Shaanxi Exceed Intelligent Technology Co., Ltd., Xi’an 710077, China)

Combining by SG industrial group,this paper introduced the industrial energy management system based on multi-source heterogeneous data in aspects of data collection,wireless network,data storage and interactive visualization display. The security of industrial energy management system was elaborated. The transformation of sensor and instrument solves the collecting problem of multi-source heterogeneous data. The wireless network communication scheme which solves the data transmission,reduces the costs of setting optical cable or network cable,and shortens the project cycle.

energy management system; data collection; wireless network; data storage

TU 201.5

B

1674-8417(2016)10-0035-03

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.10.010

2016-10-09

霍彦军(1981—),男,工程师,从事基于互联网+的能源管理大数据应用方面的工作。