热力管网系统中的物联网网关研究与设计

龙兴

（西安市热力总公司，陕西 西安 710016）

摘要：在目前的热力管网系统中有许多问题亟待解决，诸如自动化与智能化程度偏低等，且传统的热力站管网仪器中常有接入网络困难等各种问题，以至于出现信息孤岛的现象。对于这些问题，物联网技术可以使其得到很好的解决，不仅能够对设备的全面接入进行感知，还可以使数据的实时监测与共享得以实现。本文首先对热力管网系统现存的问题进行分析，接着提出了相关的研究与设计。

关键词：热力管网；物联网；网关

引言：当前的城市供热系统主要组成部分为热源、热网、热力站以及用户，同时也可分为多种子系统。而其中，在集中供热方面热力站有着至关重要的作用，同时其也是城市热网的末梢单元，与整个热网热量的分配息息相关。另外热力站除了对用户的供热效果有所影响，也在极大程度上影响着集中供热系统的耗热量。如今城市集中供热一直处于不断发展的状态，而热力站的数量也随之在持续增长。

一、热力管网系统现状

近年来，我国的集中供热系统一直在快速发展，其建设与技术都得到了十分显著的进步，然而城市热力管网系统仍有许多问题亟待解决。首先需要解决的是原始供暖系统与现代集中供热系统并存的问题，且还广泛存在有小型分散的供热形式。在很长一段时间里对热力站仪表进行的监控，使用的都是人工抄录与控制的方式。除此之外，还有动力设备与运转状态等多个方面也是如此，以至于出现信息无法及时采集且控制调节不稳定等多种问题。其次是城市热力供热系统规模较大的问题，每一个热力站以及其供热系统都十分独特，其互不相同，不仅有着诸多影响参数，且供热系统反应较为滞后。以至于在如今的热力站中，无法使自动控制技术得到最好的发挥，且供热系统也无法达到最佳运行状态，导致热能的利用率十分低下。最后是系统中一些较早的管网出现老化的问题。由于管网老化，使得供热运行中管网出现各种滴漏情况，这种现象时常发生却难以及时发现。另外，供热管网有着高温高压等特征，其管内有着较高温度的水介质，管道运行也有着较大的运行压力，以至于对出现问题的管网进行抢险时有较高的风险与难度。面对热力管网系统中所存在的各种问题，本文针对物联网网关进行了相应的研究与设计。对于底层的各类传感器及仪表的差异性，进行了全面接入及屏蔽，使得热力站的各项数据能够得到准确及时的获取，同时也使热力管网系统能够得到高效运行。

二、物联网网关设计

（一）总体解决方案。在如今的热力管网系统中，热力站可以被分为有人值守与无人值守两种。而其中的传统热力站设备都十分老式，例如其传感器与控制器等，都是非智能设备，只有通过有线方式才能对其进行连接。对于这两种热力站，可以通过与物联网网关的设计进行解决。针对于物联网网关的总体方案设计，大致在感知层、传输层以及应用层方面的设计。首先是感知层，主要是各类感知终端，以及相关的热力仪器仪表。其次是传输层，包括PAN/LAN/3G/4G网络以及物联网网关等。最后是应用层，其包含有终端用户以及数据库服务器等。

针对于热力站现场的各类传感器以及热表，进行实时数据的动态采集。通过有线与无线两种方式，将数据传输至物联网网关，并对底层数据的差异性进行屏蔽。另外，还可以接入管理系统，以便更全面的对热力站进行监测，并及时进行预警，以免出现各种安全事故。

（二）功能介绍。在目前的热力管网系统中，物联网网关有着以下几个方面的功能。

首先是全面接入能力。通过对底层数据进行接收，在网关系统中接入类型及制式都不相同的传感器与热表。同时对底层传感网络的差异性进行屏蔽，以便更好的进行数据全面接收。

其次是协议及数据适配能力。对于下层標准格式不同的数据，统一进行封装，以此来使不同感知网络的协议得到改变，成为统一的数据与信令。对上层下发的数据包进行解析，使其成为感知层协议，最终完成对信令与控制指令的识别。

最后是可管理能力。物联网网关能够使子网内感知节点的管理得到良好的实现，除了能够对节点的标识与状态等进行感知之外，还能更好的对其进行远程控制以及诊断维护等。子网有着不同的技术标准，因此其支持协议的复杂性也有很大的区别，进而导致网关也有着不同的管理能力。用户通过各种方式能够对网关进行配置管理。

（三）通信接口设计。在物联网网关的通信接口设计方面，除了对上广域通信接口的设计十分重要外，对下近距离通信接口的设计也至关重要。通过对C/S模式进行采样，以约定端口监听的形式，使数据的今天更具有周期性，在对上传的数据进行协议的同时，也对其数据进行解析与转换。而对于底层的感知终端网络，Mod Bus TCP协议通信是重中之重。而对于上层的接入管理平台，其对上接口主要通过太网TCP/IP标准进行建立。请求/响应是通信接口设计的主要模式，其通信连接主要通过Socket进行建立，同时其需要与目的IP地址与端口进行绑定。

（四）数据采集与传递流程。数据采集与传递流程的配置文件中，除了存放有相关数据采集器的IP地址之外，还有数据采集的时间间隔等。同时，在物联网网关与接入管理平台以及数据采集器等进行连接之后，可以进入到数据采集的循环之中，除非管理员将该循环终止，否则物联网网关都会对间隔执行数据采集与传递流程进行固定发送。

结语：现如今，该技术已在各个行业领域中得到良好的使用。在热力管网系统中，物联网网关的使用可以实时检测其热力参数，同时也使各个管理部门能够更好的对其工作状态以及运行情况进行监控。目前物联网网关的研究与设计工作主要是对于以往热力站及管网进行升级完善，本文致力于热力网关系统中物联网网关的相关研究，能够使热力管网系统中存在的各种问题得到有效解决。然而如新型智能传感器与仪表的接入等一些技术手段仍在研究之中，因此物联网网关的研究与设计还需要有更深层次的发展。

参考文献

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