基于物联网的建筑电气设备节能系统的应用与研究①
2020-07-17唐京瑞段勋兴
唐京瑞 段勋兴
(重庆化工职业学院智能制造与汽车学院 重庆 401220)
近几年来，随着人们对电能的需求量越来越大，用户在能源的节能减排上越来越受到重视，在保证正常的电能消耗外，低碳电力发展体系的构建显得愈来愈重要[1-2]。尤其是针对如学校、办公大楼等公共建筑体，存在着用电设备管理不到位，电能浪费情况严重的现象，因此，为了合理利用电能资源、优化管理能力、降低能源浪费，通过发挥物联网技术的优势，对用电设备进行实时监测和控制显得十分重要。
在物联网技术快速发展的今天，物联网已经利用互联网、GPRS等移动网络实现了物与物、物与人的相连，广泛应用于智能家居、智能学习和智能交通等领域。其核心关键技术在于传感识别技术，通过布置各种传感设备，再利用移动网络连接，将用电终端数据进行实时采集、传输、发布和控制，从而实现对各个子系统提供服务处理决策支持[3]。本文研究了利用物联网技术对建筑用电设备的节能要求，尤其针对建筑中的照明、空气调节、给排水、消防、供热通风、电梯等子系统中的设备进行监测和控制方法进行了阐述，从而实现电能的集中管理、分散控制。
图1 系统整体方案设计框图
1 基于物联网的电气设备监控系统设计
公共建筑中电气设备管理存在设备种类多、设备操控人员和时间均不固定等特点，基于物联网背景下的监控系统能够很好适应和解决此类问题，能在实际项目应用过程中发挥出积极的作用[4]。
1.1 系统整体方案及软件设计
智能断路器与电气设备终端物理相连，无线节点与智能断路器相连，以便于将智能断路器的实时状态数据通过无线网络传送到服务器，并下达控制命令。同时无线节点还用于获取终端设备的状态信息，并将信息传送给远程设备网关和路由器，最后将数据传送至服务器，再利用软件对分析与处理后的数据发送给用户终端，如电脑、手机等监控平台，系统整体方案设计框图如图1所示。
CC2000A数据采集与监控软件支持Windows xp,UNIX, Window 10操行系统，CC2000A运行系统包括3个用户及目录，即Osa、cc2000和oracle用户。其中cc2000用户所有unix节点都有，HOME路径是/data/users/osa。oracle用户存放oracle软件用户，主备机及高级应用服务器上安装服务端，其余节点安装客户端，一般放在/oracle目录下。CC2000用户存放源程序用户，只在主备服务器上，HOME路径是/data/users/cc2000。
图2 可视化结构图
表1 主要电气设备参数
表2 实验验证结果数据
软件可视化功能包括人机界面、通信和后台服务等几个部分，由图形展示、计算引擎、数据通信、数据库、应用软件等几个部分配合实现的。应用软件通过分析计算将电气设备信息写入数据库，人机界面通过数据通信取得该信息，然后根据需要进行加工计算和判别，得到希望展示的数据和对应图形界面上的坐标颜色等可视化信息，最后用画图方法显示在界面上。可视化结构图如图2所示。
1.2 系统硬件电路设计
基于物联网的电气设备数据采集与监控系统（SCADA系统）硬件设计主要由四个部分组成，第一部分为智能控制器，第二部分为以太网控制器，第三部分为计算服务处理器，第四部分为应用终端。其中，智能控制器的作用是采集电气设备实时运行数据并将数据进行上传，以及命令下达执行机构，它是实现物联网的基础与前提，如无线GPRS远程控制断路器等。以太网控制器是电气设备与服务器之间的桥梁，通过以太网控制器实现数据的接收及处理。计算服务器主要用于对操作软件，数据分析与处理，遥控命令执行与下达以及数据库所必需的综合处理。应用终端是实现物与人建立连接的实时平台，通过应用终端可以实现对现场电气设备运行状态数据的监视、控制等功能，如计算机显示器、手机等。
2 建筑群体电气设备远程监测节能网络构建实验
近年来，随着物联网技术的运用越来越广，更多企业已经意识到基于物联网技术在节能环保上的实际意义大于传统的节能方法。为了保证本文提出的基于物联网技术在建筑群体电气设备节能上的有效性，将在PSCAD软件上进行仿真试验，在此模型中忽略了系统的无功损耗及网损。各主要电气设备参数如表1所示。
通过在物联网技术下的应用终端干预控制下，与传统的电气设备控制方法相比，在24h内消耗的总电量如表2所示。
根据实验数据可以看出，本文提出的基于物联网技术方面消耗的电量在24h内比传统控制方法节约568.62度，验证表明了基于物联网技术的远程监测控制在电气设备节能减排上具有一定的有效性和实用性。
3 结语
本设计通过利用物联网技术对公共建筑群体电气设备的远程控制进行了分析与研究，通过在PSCAD软件中仿真结果分析表明：基于物联网技术下的电气设备控制比传统控制方法有了较大改善，在同等条件下，能够获得更好的经济效益，在节能减排上具有一定的应用价值。同时，基于物联网技术下的监控系统必须提高其监控效率，只有不断创新与改革系统设计方法，才能发挥出对更多电气设备同时进行监控的优越性。
