物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在能源管理中的應(yīng)用分析

儲國慶

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在能源管理中的應(yīng)用分析

儲國慶

（南京恒天偉智能技術(shù)有限公司）

新時(shí)期我國迎來了物聯(lián)網(wǎng)通信時(shí)代，而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也得到了社會各界的廣泛重視。本文主要探討能源管理中有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，以便提高能源管理的綜合水平。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；能源管理；應(yīng)用

1 引言

在遠(yuǎn)程能源管理系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有重要作用，上層采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)，下層采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備與傳感器的連接，從而避免在現(xiàn)場進(jìn)行總線布設(shè)的困難，消除日常IT服務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)硬件的投入，可以輕松的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對能源的管理。本文基于實(shí)際來探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在能源管理系統(tǒng)中的應(yīng)用問題。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本概述

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本含義

我國對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)并統(tǒng)一的定義，而大體含義為：按照約定的協(xié)議，根據(jù)激光掃描器、全球定位系統(tǒng)、傳感器、視頻識別等信息傳感設(shè)備，將互聯(lián)網(wǎng)與任何物品連接起來，完成信息的通訊與交換，實(shí)現(xiàn)智能化管理、監(jiān)控、跟蹤、定位以及識別等的一種網(wǎng)絡(luò)。從表面上來理解物聯(lián)網(wǎng)就是聯(lián)系物體的一種互聯(lián)網(wǎng)，因此我們可知物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)與核心還是互聯(lián)網(wǎng)，它是在基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)上的一種擴(kuò)展與延伸。另外物聯(lián)網(wǎng)的用戶端擴(kuò)展并延伸到了所有物品之間的通訊與信息交換聯(lián)系。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的本質(zhì)來看，其就是現(xiàn)代化信息技術(shù)完善發(fā)展到一種程度后所出現(xiàn)的一種技術(shù)提升與聚合性應(yīng)用，將自動化技術(shù)、人工智能技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及感知技術(shù)等集成聚合在一起應(yīng)用，以便實(shí)現(xiàn)物體與人類的智能化交流及對話。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展?fàn)可娴骄W(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)，是一種系統(tǒng)性、綜合性以及聚合性的創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的本質(zhì)特征：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有智能化特征，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)路系統(tǒng)的智能控制、自我反饋以及自動化特點(diǎn)；其次物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有通信與識別特征，可以將連入物聯(lián)網(wǎng)的物體具備物物通信與自動識別的功能；最后物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有互聯(lián)網(wǎng)特征，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)就是互聯(lián)網(wǎng)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的基本組成

（1）應(yīng)用層：物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層就是依照客戶自身需求，結(jié)合感知狀態(tài)與數(shù)據(jù)來為客戶提供給特定并有效服務(wù)的層次。該層次主要呈現(xiàn)特定形式的感知數(shù)據(jù)。

（2）網(wǎng)絡(luò)層：該層次發(fā)揮的主要作用就是幫助底層傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)中，接入網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)主要為衛(wèi)星通訊、無線網(wǎng)路、3G網(wǎng)絡(luò)或者以太網(wǎng)等。網(wǎng)絡(luò)層具有較高的計(jì)算能力、查詢能力以及存儲能力等。

（3）感知層：感知層主要由控制器、各類傳感器等數(shù)據(jù)采集的控制設(shè)備與聯(lián)系這些設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)組成。感知層主要包括傳感網(wǎng)絡(luò)、射頻識別、智能傳感器、智能終端等。

2.3 ZigBee（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)的主要特點(diǎn)

ZigBee協(xié)議主要適應(yīng)無線傳感器的高容錯(cuò)性、低能量以及低花費(fèi)等要求，主要應(yīng)用低速率并短距離的一種無線連接，通信的基礎(chǔ)就是若干個(gè)傳感器之間的相互聯(lián)系與協(xié)調(diào)。圖1為ZigBee常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。常見的結(jié)構(gòu)為樹型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及星型結(jié)構(gòu)等。尤其是網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有較高的系統(tǒng)可靠性與網(wǎng)絡(luò)健壯性。常見該技術(shù)的基本特點(diǎn)見下述分析：

圖1 ZigBee常見網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（1）收發(fā)信息的功率消耗比較小，并且工作周期比較短，其中功能器件結(jié)合休眠模式可以在非工作時(shí)期自動化的進(jìn)入到休眠期，具有較高的節(jié)能效果。

（2）成本較低，不足1/10藍(lán)牙的大幅簡化協(xié)議極大的減少了其對通信控制器的工作要求，因此成本耗費(fèi)較低。

（3）具有短延時(shí)以及低速率的特點(diǎn)。ZigBee（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)在2.4MHz工作條件下的通信最大速率為250kb/s，可以適用低速率數(shù)據(jù)的傳輸需求。

（4）具有高容量以及近距離的特點(diǎn)，一般網(wǎng)絡(luò)傳輸范圍在10～100m之間，在近距離之間可以快速傳輸高容量的數(shù)據(jù)。

（5）具有高安全性以及高可靠性，采用碰撞避免機(jī)制（CSMA/CA）可以為固定帶寬的通信業(yè)務(wù)進(jìn)行專用時(shí)隙的預(yù)留，防止數(shù)據(jù)發(fā)送傳輸時(shí)出現(xiàn)沖突與競爭。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在能源管理中的應(yīng)用

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（1）設(shè)計(jì)應(yīng)用原理：本文介紹的能源管理系統(tǒng)就是為了實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域內(nèi)有關(guān)用電設(shè)備的一種智能化管理，在能源管理系統(tǒng)的感知層結(jié)合ZigBee的無線通訊技術(shù)來完成，無線個(gè)域網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)自愈性強(qiáng)、省電、設(shè)備體積小、設(shè)備成本低等優(yōu)勢特點(diǎn)，所以比較適合在醫(yī)療監(jiān)控、能源管理、工業(yè)控制以及智能家庭等物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用。將智能開關(guān)、網(wǎng)絡(luò)電力儀表以及網(wǎng)關(guān)組成一個(gè)私域ZigBee網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)互相之間的有效連接。采用網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)本地的邏輯運(yùn)算作業(yè)，從而達(dá)到本地用電設(shè)備的智能化控制與管理。

（2）能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：能源管理系統(tǒng)一般由應(yīng)用服務(wù)程序、本地?cái)?shù)據(jù)處理以及現(xiàn)場采集執(zhí)行器等組成，而其主要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2所示。

圖2 能源管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖

其中能源管理系統(tǒng)中的現(xiàn)場采集執(zhí)行器主要包括ACR220EL以及ACR330ELH兩種卡表。而能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)程序就是基于谷歌開發(fā)的網(wǎng)頁應(yīng)用程序，以便確保用戶可以在互聯(lián)網(wǎng)接入口采用網(wǎng)頁瀏覽器來進(jìn)行登錄查看，以便獲知該能源管理系統(tǒng)中能耗數(shù)據(jù)報(bào)表信息以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。

3.2 能源管理體系在建立時(shí)最好選擇電力儀表

計(jì)量體系應(yīng)當(dāng)建立在能源管理系統(tǒng)建立之前，決策的先決條件為數(shù)據(jù)，計(jì)量也是節(jié)能的開始。為了避免投資過度的浪費(fèi)。要將配電系統(tǒng)與能源管理系統(tǒng)進(jìn)行一體化處理，以便在配電系統(tǒng)中直接進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)的采集。

在計(jì)量電能的時(shí)候最好使用電力儀表在作為配電系統(tǒng)內(nèi)部管理與控制的電表。將收費(fèi)電表安裝在總進(jìn)線位置可以便于電能的管理。考慮到節(jié)能管理與內(nèi)部電能計(jì)量的需求，在安裝用戶收費(fèi)電表前提下還要進(jìn)行電力儀表的安裝，以便進(jìn)行內(nèi)部電能的實(shí)際管理。

3.3 ZigBee能源管理系統(tǒng)解決無線抄表的方案

無線個(gè)域網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，并將MODBUS-RTU協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)電報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。能源管理系統(tǒng)中監(jiān)控主機(jī)將MODBUS-RTU命令數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議系列傳遞給無線個(gè)域網(wǎng)（ZigBee）的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中心，然后網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中心采用特定通信模式將命令數(shù)據(jù)以廣播形式傳遞到ZigBee的網(wǎng)絡(luò)采集器中，并通過采集器來將這些信息傳輸?shù)礁鱾€(gè)總線上的電力儀表內(nèi)，若是命令幀與表計(jì)地質(zhì)相吻合的話，就可以根據(jù)實(shí)際情況來回復(fù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并通過原來的路線將數(shù)據(jù)返回到能源管理系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)內(nèi)。

本文所介紹的能源管理系統(tǒng)主要是針對生產(chǎn)用電所開展的一種電能管理分析系統(tǒng)，該電能管理系統(tǒng)主要基于物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)來構(gòu)成，而整體能源管理系統(tǒng)的組網(wǎng)采用的是RS485與ZigBee混合模式。該廠區(qū)的監(jiān)測點(diǎn)主要集中在配電末端、排風(fēng)機(jī)控制箱、空調(diào)動力柜、層配生產(chǎn)動力柜、配電室等的幾個(gè)照明控制箱內(nèi)，在每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置有一個(gè)無線物聯(lián)網(wǎng)采集器，以便實(shí)現(xiàn)能源管理的目標(biāo)。

4 結(jié)束語

總而言之，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用具有較高的時(shí)代價(jià)值，而能源管理系統(tǒng)中對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也大大提高了管理的水平與效率。我國還要進(jìn)一步的研究與探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并探討其在能源管理中的實(shí)際應(yīng)用問題，以便能提高提高能源管理的水平，但是如今的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還不否完善與科學(xué)，因此想要大范圍并全面的普及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還需要一定的時(shí)間。

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