论文部分内容阅读
摘 要：在高校校园引入能源管理系统是建立高校节能体系、降低办学成本、科学监测校园能耗的重要手段之一。本文提出将无线通信技术、网络技术及数据采集技术综合应用于校园能源管理，为高校的合理用能提供科学决策。
关键词：能源管理 无线通讯技术 系统设计及应用
目前我国部分高校建立了校园能源管理中心，但在能源管理系统及平台的建设上还不能适应高校的发展，究其原因是现有能源基础设施未能完全纳入能源管理系统的管理范围，同时由于系统建设资金需求较大，增加了建设的成本与难度。针对于此，本文提出将无线通信技术、网络技术及数据采集技术综合应用于校园能源管理，形成以动态组网、管理与决策为支持的系统设计方案。
一、系统总体设计方案
1.系统设计的目标与原则
校园能源管理系统是基于WEB的信息化管理平台，可以实现对各类能源数据的采集、存储、查询、统计和分析处理，为学校科学规划能源使用、合理核算能源成本提供依据。学校做为教学单位，对能源管理平台及系统的投入，一定程度上受学校基础设施现状和资金等方面的约束，因此在整个系统的设计中要予以统筹考虑，并遵循一定的原则。
1.1性能稳定，兼容性强。能源管理系统是包括硬件系统、软件系统和网络通信系统的集成系统，系统涵盖学校能源管理的各个环节，因此采用的技术和标准要具有良好的兼容性。
1.2功能全面，利于二次开发。随着教学科研需求的不断增长，系统在功能的设计上，要留有二次开发的余地。二次开发包括新技术的引入、与校园其它系统的接驳等等，使系统具有良好的扩展性。
1.3架构优化，成本合理。由于能源信息化系统建设的资金和技术门槛较高，因此在系统设计之初，应考虑选择适当的技术，优化的系统架构，尽量减少基础设施和用能管线的改造，为高校节省办学资金。
2.系统总体架构
校园能源管理系统主要由数据管理层、无线网络传输层、数据采集层三个部分组成，其架构如图1所示。数据管理层由数据处理服务器组成，提供数据的通信、存储、分析及处理，是整个系统的核心；无线网络传输层将能源计量仪表的标准工业信号打包成数据包，并以TCP/IP的形式发送至远程数据中心；
数据采集层含能源计量表具和无线数据采集装置，采用RS485总线组网。[1]
3.硬件系统
硬件系统包括终端设备、无线传输与采集设备和系统服务器三个部分组成。终端设备由输入输出设备
图一 校园能源管理系统架构
和计量表具组成，以二线制RS485总线与数据采集控制单元相连接。
无线传输与采集设备由无线传输处理器和数据采集器组成，采用运行速度快、功耗低、采集与通信性能稳定的ARM芯片，与RS485接口连接，信息以TCP/IP数据包形式无线收发。[2]
系统服务器安装无线数据收发软件、SQLSewer数据库软件和能源管理软件，用户可通过WEB服务器发布和浏览能源数据，来实现对能源數据的采集、收发、存储、分析和统计。
4.软件系统
系统以微软的Visual Studio为开发环境，操作系统为Windows 2003 Server，数据库采用SQL Server2005数据库，C#为开发语言，利用.NET技术完成系统的开发。软件为B/S结构，分为表示层、业务逻辑层和数据服务层，有效地提高了系统的效率和安全性，也使系统的升级变得更为容易。[3]
系统软件可以实现数据查询汇总功能、实时监控及统计功能、管理与决策功能及异常报警功能。系统根据校园用户的不同需求，还可以对用能设施设备及功能管线的异常数据和状态设置警戒线，出现异常立即对管理人员予以提示，并根据预案及时予以处理。
二、通信系统的选择
校园能源管理系统采用了基于GPRS无线网络的流量测量技术和远程无线采集技术，不直接接入INTERNET，在GPRS模块上以SIM卡的形式绑定校园IP，系统外的用户无法直接访问，系统信息在校园网络内部传递，使安全系数大大提高。整个系统采用分布式结构，分为无线网络的通信和有线网络的通信。[4]
1.有线网络的通信
有线网络的通信为计量终端与传输控制器之间的通信，采用RS-485总线连接。RS-485总线在多点互连时使用方便，布线简单，传输稳定。
2.无线网络的通信
采用GPRS技术的无线网络模块内嵌通信协议栈，与计量终端之间采用串口通信来完成数据交换。通过GPRS通信模块可以接收来自系统控制室的组态信息，也可以通过该模块将终端数据或者从其它设备获取的数据以GPRS无线传输的方式发回系统控制室。[5]在对GPRS通讯终端进行配置时，预先输入计量主站的固定IP地址。通讯终端收到数据后，把这些数据送到固定IP地址的网络服务器中，通过端口映射转发到数据中心服务器，完成对数据的存储，并实现数据浏览、数据查询等功能。[6]
三、结束语
高等学校内的能源用途比较复杂，既有教学科研方面的使用，也有民用与商业方面的用途，因此网络设计在本系统中占有重要地位，它对整个系统的稳定性、可靠性和传输速度起着十分重要的作用。针对于此，要建立对整个校园能耗进行即时监测的能源监控中心，才能真正起到节能降耗的作用。校园能源监控中心其主要职能是为学校管理者提供监控数据，对采集的数据进行综合分析，为能源管理人员提供维护和管理的决策依据。基于GPRS无线通讯技术的校园能源管理系统因其具有组网灵活、终端配置简单的优点，易于实现能源数据的实时监控、动态采集。系统具有架构简洁易行、维护方便、低成本的特点，符合高校发展的需要。
参考文献
[1]《基于RS 485总线的远程抄表系统采集终端的设计与实现》王宗阳，马旭东，现代电子技术，2012年4月.
[2]《基于GPRS无线传输技术的水资源远程监控系统的设计》，丁瑞国，黑龙江科技信息，2009年3月.
[3]《试论高校校园能源管理网络平台的构建》，职业教育研究，王旭东，2011年3月.
[4]《基于ZigBee的热轧企业能源管理系统设计与应用》，毕锋，刘毅敏，电子设计工程，2013年1月.
[5]《基于GPRS无线传输的数据采集器设计》，曾孝平，吴建军，自动化与仪器仪表，2009年4月.
[6]《基于GPRS的水计量无线采集系统应用研究》，孔海心，酒钢科技2012年第1期.
[7]《面向中小企业的能源管理系统设计》，胡燕，自动化与信息工程，2012年4月.
关键词：能源管理 无线通讯技术 系统设计及应用
目前我国部分高校建立了校园能源管理中心，但在能源管理系统及平台的建设上还不能适应高校的发展，究其原因是现有能源基础设施未能完全纳入能源管理系统的管理范围，同时由于系统建设资金需求较大，增加了建设的成本与难度。针对于此，本文提出将无线通信技术、网络技术及数据采集技术综合应用于校园能源管理，形成以动态组网、管理与决策为支持的系统设计方案。
一、系统总体设计方案
1.系统设计的目标与原则
校园能源管理系统是基于WEB的信息化管理平台，可以实现对各类能源数据的采集、存储、查询、统计和分析处理，为学校科学规划能源使用、合理核算能源成本提供依据。学校做为教学单位，对能源管理平台及系统的投入，一定程度上受学校基础设施现状和资金等方面的约束，因此在整个系统的设计中要予以统筹考虑，并遵循一定的原则。
1.1性能稳定，兼容性强。能源管理系统是包括硬件系统、软件系统和网络通信系统的集成系统，系统涵盖学校能源管理的各个环节，因此采用的技术和标准要具有良好的兼容性。
1.2功能全面，利于二次开发。随着教学科研需求的不断增长，系统在功能的设计上，要留有二次开发的余地。二次开发包括新技术的引入、与校园其它系统的接驳等等，使系统具有良好的扩展性。
1.3架构优化，成本合理。由于能源信息化系统建设的资金和技术门槛较高，因此在系统设计之初，应考虑选择适当的技术，优化的系统架构，尽量减少基础设施和用能管线的改造，为高校节省办学资金。
2.系统总体架构
校园能源管理系统主要由数据管理层、无线网络传输层、数据采集层三个部分组成，其架构如图1所示。数据管理层由数据处理服务器组成，提供数据的通信、存储、分析及处理，是整个系统的核心；无线网络传输层将能源计量仪表的标准工业信号打包成数据包，并以TCP/IP的形式发送至远程数据中心；
数据采集层含能源计量表具和无线数据采集装置，采用RS485总线组网。[1]
3.硬件系统
硬件系统包括终端设备、无线传输与采集设备和系统服务器三个部分组成。终端设备由输入输出设备
图一 校园能源管理系统架构
和计量表具组成，以二线制RS485总线与数据采集控制单元相连接。
无线传输与采集设备由无线传输处理器和数据采集器组成，采用运行速度快、功耗低、采集与通信性能稳定的ARM芯片，与RS485接口连接，信息以TCP/IP数据包形式无线收发。[2]
系统服务器安装无线数据收发软件、SQLSewer数据库软件和能源管理软件，用户可通过WEB服务器发布和浏览能源数据，来实现对能源數据的采集、收发、存储、分析和统计。
4.软件系统
系统以微软的Visual Studio为开发环境，操作系统为Windows 2003 Server，数据库采用SQL Server2005数据库，C#为开发语言，利用.NET技术完成系统的开发。软件为B/S结构，分为表示层、业务逻辑层和数据服务层，有效地提高了系统的效率和安全性，也使系统的升级变得更为容易。[3]
系统软件可以实现数据查询汇总功能、实时监控及统计功能、管理与决策功能及异常报警功能。系统根据校园用户的不同需求，还可以对用能设施设备及功能管线的异常数据和状态设置警戒线，出现异常立即对管理人员予以提示，并根据预案及时予以处理。
二、通信系统的选择
校园能源管理系统采用了基于GPRS无线网络的流量测量技术和远程无线采集技术，不直接接入INTERNET，在GPRS模块上以SIM卡的形式绑定校园IP，系统外的用户无法直接访问，系统信息在校园网络内部传递，使安全系数大大提高。整个系统采用分布式结构，分为无线网络的通信和有线网络的通信。[4]
1.有线网络的通信
有线网络的通信为计量终端与传输控制器之间的通信，采用RS-485总线连接。RS-485总线在多点互连时使用方便，布线简单，传输稳定。
2.无线网络的通信
采用GPRS技术的无线网络模块内嵌通信协议栈，与计量终端之间采用串口通信来完成数据交换。通过GPRS通信模块可以接收来自系统控制室的组态信息，也可以通过该模块将终端数据或者从其它设备获取的数据以GPRS无线传输的方式发回系统控制室。[5]在对GPRS通讯终端进行配置时，预先输入计量主站的固定IP地址。通讯终端收到数据后，把这些数据送到固定IP地址的网络服务器中，通过端口映射转发到数据中心服务器，完成对数据的存储，并实现数据浏览、数据查询等功能。[6]
三、结束语
高等学校内的能源用途比较复杂，既有教学科研方面的使用，也有民用与商业方面的用途，因此网络设计在本系统中占有重要地位，它对整个系统的稳定性、可靠性和传输速度起着十分重要的作用。针对于此，要建立对整个校园能耗进行即时监测的能源监控中心，才能真正起到节能降耗的作用。校园能源监控中心其主要职能是为学校管理者提供监控数据，对采集的数据进行综合分析，为能源管理人员提供维护和管理的决策依据。基于GPRS无线通讯技术的校园能源管理系统因其具有组网灵活、终端配置简单的优点，易于实现能源数据的实时监控、动态采集。系统具有架构简洁易行、维护方便、低成本的特点，符合高校发展的需要。
参考文献
[1]《基于RS 485总线的远程抄表系统采集终端的设计与实现》王宗阳，马旭东，现代电子技术，2012年4月.
[2]《基于GPRS无线传输技术的水资源远程监控系统的设计》，丁瑞国，黑龙江科技信息，2009年3月.
[3]《试论高校校园能源管理网络平台的构建》，职业教育研究，王旭东，2011年3月.
[4]《基于ZigBee的热轧企业能源管理系统设计与应用》，毕锋，刘毅敏，电子设计工程，2013年1月.
[5]《基于GPRS无线传输的数据采集器设计》，曾孝平，吴建军，自动化与仪器仪表，2009年4月.
[6]《基于GPRS的水计量无线采集系统应用研究》，孔海心，酒钢科技2012年第1期.
[7]《面向中小企业的能源管理系统设计》，胡燕，自动化与信息工程，2012年4月.