世博會綠色交行能耗分項監(jiān)測

摘要:綠色環(huán)保、節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟等理念已經(jīng)深入人心，成為諸多企業(yè)追求的時尚。世博之際，聚星工程師應邀為交通銀行的“綠色交行”信息平臺設(shè)計能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)，基于高性能高可靠的測控平臺NIcompactRIO，快速構(gòu)建了分布式監(jiān)測系統(tǒng)，無縫接入現(xiàn)場信息展示平臺，并借助3G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了遠程監(jiān)測。能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)為“綠色交行”的能耗管理和節(jié)能減排提供了有效的數(shù)據(jù)依據(jù)和模型。

關(guān)鍵詞:能耗監(jiān)測;compactRIO;LabView;WSN;世博會;

應用背景

交通銀行作為2010上海世博會商業(yè)銀行全球合作伙伴，為世博會獨家提供全方位金融服務，位于世博浦西園區(qū)內(nèi)的交通銀行主網(wǎng)點每天將迎來大量參觀園區(qū)的游客。交通銀行邀請IBM協(xié)助構(gòu)建網(wǎng)點內(nèi)部的信息化展示系統(tǒng)，從而向人們傳達“綠色銀行”的理念。“綠色”理念的踐行之一就是建立網(wǎng)點的環(huán)境和能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)。上海聚星儀器應邀為IBM設(shè)計并搭建網(wǎng)點能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)。

能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)必須能實時、準確地獲取能耗數(shù)據(jù)，并“無縫”接入現(xiàn)場的信息展示系統(tǒng)中。系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝必須在場館落成之后進行，不能對已建成的電氣線路和建筑結(jié)構(gòu)造成任何影響。此外，系統(tǒng)的待測線路位于不同機房的兩個配電箱中，需要完成分布式采集。

應用方案

根據(jù)展館的電氣設(shè)計圖，我們把展館劃分為六大功能區(qū):展示大廳區(qū)域、休閑區(qū)、工作人員休息區(qū)、柜臺區(qū)、ATM區(qū)和機房，每個功能區(qū)分別對空調(diào)用電、插座用電和照明用電三項能耗進行統(tǒng)計。結(jié)合現(xiàn)場勘察，我們把展館的電氣線路和功能分區(qū)映射起來，監(jiān)測18項能耗參數(shù)。

為確保在短時間內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)的開發(fā)和部署，我們選用NICompactRIO(cRIO)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)分別安裝在兩個配電箱中，通過Zigbee無線方式集中至cRIO集中處理。基于NI Labview和聚星的cRIO開發(fā)者套件，快速建立了一套高可靠性高性能的能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)。

系統(tǒng)硬件

傳感器

電能檢測參數(shù)包括電流、電壓和功率因素等，為便于現(xiàn)場安裝，我們選取了輕巧的開啟式電流互感器對線路電流進行測量，采用導軌式變壓器將相電壓有效值從220v降至6V，滿足采集模塊±10V測量范圍。

數(shù)據(jù)采集和分析

系統(tǒng)的核心部分(數(shù)據(jù)采集和分析)采用cRIo和WSN平臺來實現(xiàn)，cRIO包括控制器NI cRIO-9014、底板NI cRIO-9113和兩塊模擬輸入NI9205，完成64通道、采樣率1kS/s的數(shù)據(jù)采集和分析;無線傳感網(wǎng)絡(luò)由無線網(wǎng)關(guān)WSN 9071和兩個無線采集節(jié)點WSN 3202組成，無線節(jié)點安放在通道數(shù)較少的配電箱中，通過Zigbee方式把采集數(shù)據(jù)匯總至cRIO。

數(shù)據(jù)傳輸

作為嵌入式處理器，cRIO不僅擁有高處理性能，還支持各種傳輸方式。該系統(tǒng)中cRIo借助路由器的無線橋接功能，以wi-Fi方式“無縫”接人現(xiàn)場局域網(wǎng)中，把監(jiān)測結(jié)果發(fā)送至交行信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務器，供展館的顯示和記錄。由于展館外網(wǎng)接口受限，我們采用3G路由器，將cRIO監(jiān)測結(jié)果直接發(fā)送至我們的Web服務器RIO-Mesh上，用戶通過Internet瀏覽器即可遠程實時查看測試結(jié)果。

系統(tǒng)軟件

聚星cRIO開發(fā)者套件

聚星cRIO開發(fā)者套件定義了一個標準化的軟件框架，以動態(tài)調(diào)用的方式并行實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和分析、數(shù)據(jù)上傳和命令響應、數(shù)據(jù)流盤、調(diào)試接口等諸多功能，適用于所有的cRIO平臺。此外，該套件提供一組模塊化的Ⅵ庫，對不同類型信號的采集任務模塊化與規(guī)范化，兼顧了效率優(yōu)化和功能拓展等需求。基于cRIO開發(fā)者套件的軟件框架和Ⅵ庫，用戶只需簡單的配置和修改，就可以快速建立定制化的數(shù)采記錄系統(tǒng)，縮短開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本。同時，軟件的高度標準化和模塊化，便于系統(tǒng)的拓展，如硬件的更新、測點的增加和修改等。

能耗監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用了cRIo開發(fā)者套件中的標準框架和模塊，實現(xiàn)了72通道能耗的分項數(shù)據(jù)采集和電能質(zhì)量的分析，不但獲取了實時耗電量信息，還實現(xiàn)了電能質(zhì)量分析，計算出線路的功率因數(shù)和諧波系數(shù)，并通過能耗統(tǒng)計模型，為能耗管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

人機交互界面

聚星cRIO開發(fā)者套件定義了TCP數(shù)據(jù)包格式和指令格式，上位機只需按照預定義的數(shù)據(jù)格式解析和封裝即可實現(xiàn)與cRIo的數(shù)據(jù)交互。此外，cRIo開發(fā)者套件還提供了c#、Java、Delphi等開發(fā)語言的上位機TCP數(shù)據(jù)通訊例程，便于用戶根據(jù)編程語言習慣進行非Labview的上位機設(shè)計，實現(xiàn)與cRIO的數(shù)據(jù)交互。

世博交行館能耗監(jiān)測的人機交互界面位于展示大廳的一臺觸摸屏電腦上，需要用Java語言完成數(shù)據(jù)顯示、數(shù)采指令傳遞等程序設(shè)計。服務器端上位機Java程序根據(jù)cRIO的數(shù)據(jù)格式進行解析獲取各分項能耗數(shù)據(jù)，寫入指定xml文件中，F(xiàn)lash讀取xml文件的數(shù)值進行動畫顯示，如圖3所示。Flash中以不同顏色示意不同功能分區(qū)，以高度值反映分區(qū)的用電總量。同時，F(xiàn)lash中餅圖顯示了空調(diào)用電、插座用電和照明用電的比重。

RIO-Mesh Web服務器

為了給客戶一個簡單易用的網(wǎng)絡(luò)平臺，用于記錄、查詢和管理傳感數(shù)據(jù)，聚星建立了Web數(shù)據(jù)服務器RIO-Mesh(www.rio-mesh.net)。用戶在該服務器上建立帳戶后可以像博客系統(tǒng)一樣實時發(fā)布、查看和集中管理分布式傳感器數(shù)據(jù)。

測試系統(tǒng)部署現(xiàn)場后，cRIO通過Internet將采集數(shù)據(jù)上傳至RIO Mesh相應目錄，遠端用戶不需要安裝任何軟件，通過Web瀏覽器即可查看和管理遠程系統(tǒng)的測試結(jié)果。如圖4所示，cRIO以1s/min的速率將18項能耗統(tǒng)計結(jié)果上傳至RIO-Mesh服務器，在Web瀏覽器中通過數(shù)據(jù)回放分析各項能耗的數(shù)值和變化趨勢。

結(jié)論

基于NI cRIO和WSN平臺，我們在已經(jīng)完工的交行館中構(gòu)建了分布式監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了展館的能耗分項監(jiān)測。WSN節(jié)點采集數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)奖镜靥幚砥鰿ompactRIO中進行確定性控制、數(shù)據(jù)記錄和分析。

cRIO內(nèi)嵌了性能強大的工業(yè)級實時控制器，并支持多種采集模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)電流和電壓的高速同步采集，還可以進行電能質(zhì)量的分析，計算功率因數(shù)和諧波系數(shù)，并判斷電能的品質(zhì)。借助聚星的cRIo軟件開發(fā)者套件，節(jié)約了大量的軟件開發(fā)時間，2周即完成了整個系統(tǒng)的設(shè)計和實施。

此外，借助于不斷發(fā)展的通信技術(shù)，NI CompactRIO可以結(jié)合最新的3G技術(shù)，將數(shù)據(jù)集中上傳RIo-Mesh網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，此外也可以將處理結(jié)果發(fā)送回手機、互聯(lián)網(wǎng)、PDA中，供用戶實時查看。