基于復雜環境的能耗數據集中器設計與實現

李 清，馬 翔，李 晨，王國棟，趙廣昊

（1.北京市燃氣集團有限責任公司，北京 100035；2.北京市公用工程設計監理有限責任公司，北京 100124；3.中國節能海特光電有限責任公司，北京 102206）

基于復雜環境的能耗數據集中器設計與實現

李 清1，馬 翔1，李 晨1，王國棟2，趙廣昊3

（1.北京市燃氣集團有限責任公司，北京 100035；2.北京市公用工程設計監理有限責任公司，北京 100124；3.中國節能海特光電有限責任公司，北京 102206）

數據集中器是能源管控系統的重要組成部分，負責終端計量設備數據的采集，是上下級設備通信的橋梁，接受并執行主站系統發來的指令及通信協議之間的解析和轉化工作。本文基于物聯網總線技術，旨在研究一款適合此類復雜環境的數據集中器，以達到適用性、經濟性、高可靠性的要求。

1 數據集中器技術現狀

目前，普遍應用于能耗數據采集的數據集中器，一般有串口服務器和通信管理機兩類。串口服務器，提供串口轉網絡功能，其下行接口能夠將RS-232/485/422串口轉換成上行的TCP/IP網絡接口，實現RS-232/485/422串口與TCP/IP網絡接口的數據雙向透明傳輸。此種設備通信接口方式單一，不具備對數據的處理能力。通信管理機，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行網絡接口，還具備較強的數據處理、數據存儲、兼容多種規約、接口卡熱插拔、GPS衛星對時、雙電源供電等功能，是對串口服務器的升級。這兩類設備中，串口服務器功能過于簡單，無法適用與復雜環境下的數據采集；而一般的通信管理機的附加功能又過多，設備成本高，也就使得分散型數據采集的項目資金成本過高。

2 復雜環境的能耗數據集中器的需求分析及設計原則

2.1 復雜環境的能耗數據集中器的需求分析

本課題是以某大型國有集團的能耗數據采集為分析原型，項目特點是用能點分散，采集、傳輸差異性突出。對于這類復雜的項目環境，我們對能耗數據采集的特點和難點，進行了詳細的調研、科學的分析，總結出復雜環境下能耗數據集中器的需求如下：一是要求數據集中器能夠同時接入不同能源品種的計量設備，需要進行規約適配創新；二是數據集中器須具備主動采集模式；三是上行網絡接口需要滿足有線和GPRS兩種形式；四是數據安全性尤為重要，須具備完善可靠的數據安全保障措施；五是數據集中器維護模式要方便高效；六是數據集中器需求量較大，產品的經濟性十分重要。

基于以上具體需求，我們需要針對此類復雜環境單獨研制合適的數據集中器。在系統開發過程中，有硬件系統和軟件系統兩大部分需要開發，且硬件設計和軟件設計是相互關聯的。研發過程包括總體設計、軟硬件設計、測試驗證等幾個階段。

2.2 總體設計的基本原則

基本原則：一是安全性和可靠性；二是完善的抗干擾措施；三是良好的性價比。

3 軟硬件設計要點

設計方面數據采集電路包括數據采集部分、數據傳輸部分、單片機控制電路、數據顯示電路和外圍電路。如圖1、圖2所示。

軟硬件設計要點包括：快速適配新的設備類型；簡化工程項目中實施的復雜度；靈活的數據傳輸方式；具有完善可靠的數據安全保障措施；降低采集器設備的采購成本。

圖1 數據采集及發射流程圖

圖2 數據接收及顯示流程圖

4 測試驗證

數據集中器的測試驗證需要包含以下幾個方面：

（1）軟件的功能測試。功能測試需要按功能劃分程序模塊，并繪出流程圖。將程序按小任務形成若干的測試用例，如初始化程序用例、自檢程序用例、采集程序用例、數據處理程序用例、打印和顯示程序用例、打印報警程序用例等。這些模塊功能既相互獨立又相互聯系，低一級模塊可以被高一級模塊重復調用，這種模塊化、結構化相結合的程序設計技術既提高了程序的可擴充性，又便于程序的調試及維護。測試用例的編寫應充分考慮各模塊間的關聯。

（2）操作面板的測試。操作界面的基本功能包含：輸人和修改源程序；顯示和打印各種參數；工作方式的選擇；啟動和停止系統的運行。為了完成上述功能，操作面板一般由數字鍵、功能鍵、開關、顯示器件以及打印機等組成。測試范圍應包含以上所有軟硬件內容。

（3）系統抗干擾測試。對于數據采集系統，其抗干擾能力要求一般都比較高。因此，抗干擾設計應貫穿于系統設計的全過程，要在系統總體設計時統一考慮。

（4）測試記錄。測試記錄見表1。

5 結束語

隨著科技的發展，時代的進步，集中監管和大數據已經成為各行業的一個潮流，而數據的收集是所有工作的基礎。像智慧城市這種復雜的數據采集情況，采用多種完全不同的數據采集和處理設備勢必會增加系統的復雜度，降低系統的穩定性，增加額外的成本。一款適用于復雜環境下的兼具適配性、經濟性的數據集中設備將會得到廣泛的應用。

表1 測試記錄

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.12.019

TN919.5，TP391文獻標示碼：A

1672-7274（2017）12-0054-02