基于物聯網的建筑電氣設備節能系統的應用與研究①

唐京瑞 段勛興

(重慶化工職業學院智能制造與汽車學院 重慶 401220)

近幾年來，隨著人們對電能的需求量越來越大，用戶在能源的節能減排上越來越受到重視，在保證正常的電能消耗外，低碳電力發展體系的構建顯得愈來愈重要[1-2]。尤其是針對如學校、辦公大樓等公共建筑體，存在著用電設備管理不到位，電能浪費情況嚴重的現象，因此，為了合理利用電能資源、優化管理能力、降低能源浪費，通過發揮物聯網技術的優勢，對用電設備進行實時監測和控制顯得十分重要。

在物聯網技術快速發展的今天，物聯網已經利用互聯網、GPRS等移動網絡實現了物與物、物與人的相連，廣泛應用于智能家居、智能學習和智能交通等領域。其核心關鍵技術在于傳感識別技術，通過布置各種傳感設備，再利用移動網絡連接，將用電終端數據進行實時采集、傳輸、發布和控制，從而實現對各個子系統提供服務處理決策支持[3]。本文研究了利用物聯網技術對建筑用電設備的節能要求，尤其針對建筑中的照明、空氣調節、給排水、消防、供熱通風、電梯等子系統中的設備進行監測和控制方法進行了闡述，從而實現電能的集中管理、分散控制。

圖1 系統整體方案設計框圖

1 基于物聯網的電氣設備監控系統設計

公共建筑中電氣設備管理存在設備種類多、設備操控人員和時間均不固定等特點，基于物聯網背景下的監控系統能夠很好適應和解決此類問題，能在實際項目應用過程中發揮出積極的作用[4]。

1.1 系統整體方案及軟件設計

智能斷路器與電氣設備終端物理相連，無線節點與智能斷路器相連，以便于將智能斷路器的實時狀態數據通過無線網絡傳送到服務器，并下達控制命令。同時無線節點還用于獲取終端設備的狀態信息，并將信息傳送給遠程設備網關和路由器，最后將數據傳送至服務器，再利用軟件對分析與處理后的數據發送給用戶終端，如電腦、手機等監控平臺，系統整體方案設計框圖如圖1所示。

CC2000A數據采集與監控軟件支持Windows xp,UNIX, Window 10操行系統，CC2000A運行系統包括3個用戶及目錄，即Osa、cc2000和oracle用戶。其中cc2000用戶所有unix節點都有，HOME路徑是/data/users/osa。oracle用戶存放oracle軟件用戶，主備機及高級應用服務器上安裝服務端，其余節點安裝客戶端，一般放在/oracle目錄下。CC2000用戶存放源程序用戶，只在主備服務器上，HOME路徑是/data/users/cc2000。

圖2 可視化結構圖

表1 主要電氣設備參數

表2 實驗驗證結果數據

軟件可視化功能包括人機界面、通信和后臺服務等幾個部分，由圖形展示、計算引擎、數據通信、數據庫、應用軟件等幾個部分配合實現的。應用軟件通過分析計算將電氣設備信息寫入數據庫，人機界面通過數據通信取得該信息，然后根據需要進行加工計算和判別，得到希望展示的數據和對應圖形界面上的坐標顏色等可視化信息，最后用畫圖方法顯示在界面上。可視化結構圖如圖2所示。

1.2 系統硬件電路設計

基于物聯網的電氣設備數據采集與監控系統（SCADA系統）硬件設計主要由四個部分組成，第一部分為智能控制器，第二部分為以太網控制器，第三部分為計算服務處理器，第四部分為應用終端。其中，智能控制器的作用是采集電氣設備實時運行數據并將數據進行上傳，以及命令下達執行機構，它是實現物聯網的基礎與前提，如無線GPRS遠程控制斷路器等。以太網控制器是電氣設備與服務器之間的橋梁，通過以太網控制器實現數據的接收及處理。計算服務器主要用于對操作軟件，數據分析與處理，遙控命令執行與下達以及數據庫所必需的綜合處理。應用終端是實現物與人建立連接的實時平臺，通過應用終端可以實現對現場電氣設備運行狀態數據的監視、控制等功能，如計算機顯示器、手機等。

2 建筑群體電氣設備遠程監測節能網絡構建實驗

近年來，隨著物聯網技術的運用越來越廣，更多企業已經意識到基于物聯網技術在節能環保上的實際意義大于傳統的節能方法。為了保證本文提出的基于物聯網技術在建筑群體電氣設備節能上的有效性，將在PSCAD軟件上進行仿真試驗，在此模型中忽略了系統的無功損耗及網損。各主要電氣設備參數如表1所示。

通過在物聯網技術下的應用終端干預控制下，與傳統的電氣設備控制方法相比，在24h內消耗的總電量如表2所示。

根據實驗數據可以看出，本文提出的基于物聯網技術方面消耗的電量在24h內比傳統控制方法節約568.62度，驗證表明了基于物聯網技術的遠程監測控制在電氣設備節能減排上具有一定的有效性和實用性。

3 結語

本設計通過利用物聯網技術對公共建筑群體電氣設備的遠程控制進行了分析與研究，通過在PSCAD軟件中仿真結果分析表明：基于物聯網技術下的電氣設備控制比傳統控制方法有了較大改善，在同等條件下，能夠獲得更好的經濟效益，在節能減排上具有一定的應用價值。同時，基于物聯網技術下的監控系統必須提高其監控效率，只有不斷創新與改革系統設計方法，才能發揮出對更多電氣設備同時進行監控的優越性。