一種遠程能耗數據采集系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種遠程能耗數據采集系統，包括多個區域，每個區域中包括多個采集點，每個采集點中在采集現場安裝用于檢測采集現場中電力參數、熱量參數和氣象參數的傳感器單元，該傳感器單元的輸出端電連接該采集點設置的數據采集單元，該數據采集單元電連接該采集點設置的工控機單元，每個區域中的每個采集點中的工控機單元均通過網絡單元與數據中心設置的數據采集服務器單元進行通訊，該數據采集服務器單元與數據中心的數據分析服務器單元連接。本實用新型采用全分布式技術，以多個不同類型建筑為對象搭建能耗監測平臺，實現了能耗數據采集、數據中轉和數據中心的系統集成。不僅有效的提高系統的工作效率，同時還降低硬件成本。系統還能夠通過Internet實現Web發布，使用戶通過瀏覽器直接登陸系統，便可隨時隨地掌握建筑的能耗情況。
【專利說明】
一種遠程能耗數據采集系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于一種利用大數據云計算實現能耗數據的采集、存儲、分析、瀏覽等功能的領域，尤其是一種遠程能耗數據采集系統。該采集系統采用現場總線、GPRS無線通信、Internet等網絡，通過網關將其連接組網，實現電耗、熱耗、水耗、氣象數據等等多種實時數據采集及評價。
【背景技術】
[0002]為了對綠色建筑的運行實施有效的管理并指導建筑設備進行節能優化，綠色建筑中必須要構建相應的能耗監測系統。隨著綠色建筑技術的飛速發展，綠色智能建筑系統日趨大型化、復雜化，特別是對于使用可再生能源的綠色建筑，其能耗的使用標準可以達到零能耗。因此需不斷增加子系統來滿足功能需求，其所涉及的技術和設備也日趨多樣化。由于系統的復雜程度越來越高，傳統、單一的分析方法已經無法滿足系統的分析和管理，這就需要采用系統工程的方法和思想來實現。
[0003]計算機技術發展至今，網絡技術、電子技術、通信技術和軟件技術都有很大進步，系統集成的要求也更加復雜，尤其在應用軟件和數據庫的集成方面，不但要求信息可以共享，對信息交換和處理速度方面的要求也越來越高。能耗監測系統需要通過系統集成將計算機技術、通信技術和信息技術以及樓宇自動化有機地結合起來，以實現信息綜合、資源共享。因此，可以說，能耗監測系統集成是將綠色建筑中獨立的設備運行狀態、分類能耗信息以及分散的管理方式借助于網絡通信和綜合布線等技術集成到關聯統一的系統之中，實現信息、資源、任務共享。而這種系統集成不單單是提供統一的運行平臺，內部數據也要實現高度統一，以保證系統的接口標準化及內部操作統一性。
[0004]各國政府在評價指標的指引下通過橫向發展專項技術、縱向過程深入集成，對綠色建筑運營管理和監測技術體系進行完善。例如德國設計了可量化的指標體系，通過獨立的監管機構，建立相應的制度來實現能耗監測。隨著科技的飛速發展，許多公司研發的建筑能耗監測系統在實時性、可靠性、穩定性等方面都具有一定的水準，但是由于地域氣候、管理規定等方面的差異和制約，我國不可能也不應該完全照搬國外的系統。
[0005]由于我國的建筑節能技術起步相對較晚，建筑運營能耗監測水平遠低于發達國家，因此，在建筑節能方面我國有很大的發展空間。通過建立建筑能耗監測系統，根據實際能耗數據進行分析，結合綠色建筑評價標準，實現能源有效管理，逐步達到建筑節能的目的。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供集成化、效果好且靈活可靠的一種遠程能耗數據采集系統。
[0007]本實用新型采取的技術方案是:
[0008]—種遠程能耗數據采集系統，其特征在于:包括多個區域，每個區域中包括多個采集點，每個采集點中在采集現場安裝用于檢測采集現場中電力參數、熱量參數和氣象參數的傳感器單元，該傳感器單元的輸出端電連接該采集點設置的數據采集單元，該數據采集單元電連接該采集點設置的工控機單元，每個區域中的每個采集點中的工控機單元均通過網絡單元與數據中心設置的數據采集服務器單元進行通訊，該數據采集服務器單元與數據中心的數據分析服務器單元連接。
[0009]而且，所述數據分析服務器單元分別連接數據外網服務器單元和數據備份服務器單元，所述數據外網服務器單元通過內網或外網與多個計算機客戶端通訊。
[0010]而且，所述網絡單元由GPRS模塊和INTERNET模塊組成，GPRS模塊的一端連接工控機單元，GPRS模塊的另一端連接INTERNET模塊的一端，INTERNET模塊的另一端連接所述數據采集服務器單元。
[0011]而且，所述電力參數由HH94E-9S4G型多功能電力儀表進行采集。
[0012]而且，所述熱量參數由JC200超聲波計量儀表進行采集。
[0013]而且，所述氣象參數由PC-4型氣象站進行采集。
[0014]本實用新型的優點和積極效果是:
[0015]本實用新型采用全分布式技術，以多個不同類型建筑為對象搭建能耗監測平臺，實現了能耗數據采集、數據中轉和數據中心的系統集成。采用四層體系架構，由設備層、數據采集層、監控層、管理層所組成，并在監控層和管理層設置雙重數據庫，對數據進行存儲和管理，保證了數據的安全性。系統采用多網絡融合技術，系統采用現場總線、GPRS、Interent等多種網絡融合的無線數據遠傳技術，實現能耗數據的實時可靠傳輸，解決了建筑能耗監測系統遠距離傳輸問題，便于進行數據整合分析，實現在線節能診斷。針對前端檢測設備通信協議的多樣性，采用多協議融合技術，不僅有效的提高系統的工作效率，同時還降低硬件成本。針對無線數據傳輸中數據包易丟失的問題，系統采用了數據包斷點續傳技術，保證了傳輸數據的完整性、可靠性和解決了數據冗余問題，減少了數據的傳輸流量，進一步提高了系統的經濟性和安全性。系統能夠對能耗數據進行存儲、統計和分析，分析結果通過可視化圖表的形式提供客戶，系統還能夠通過Internet實現Web發布，使用戶省去安裝客戶端，通過瀏覽器直接登陸系統，便可隨時隨地掌握建筑的能耗情況。系統非常靈活，具備可擴展性，支持設備的任意擴展和整棟建筑監測系統的任意接入。通過不同建筑類型，給出了能耗數據分類模型，結合配電系統的特點及設備能耗特性，建立一套針對不同類型綠色建筑的完整能耗計量方法。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結構不意圖；
[0017]圖2是系統體系結構框圖；
[0018]圖3是總線型結構接線；
[0019]圖4是GPRSDTU端與服務器端的通信和協議轉換示意圖；
[0020]圖5是系統軟件結構；
[0021 ]圖6是數據讀寫雙緩存結構圖；
[0022]圖7是現場工作站數據處理模塊軟件流程圖；
[0023]圖8是現場工作站數據上傳處理軟件流程圖；
[0024]圖9是無線采集網絡結構圖；
[0025]圖10是數據接收工作流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合實施例，對本實用新型進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本實用新型的保護范圍。
[0027]—種遠程能耗數據采集系統，如圖1?10所示，本實用新型的創新在于:包括多個區域(由I?Y，可以是一個省或市內的不同區域，也可以是多個省或市的不同區域，具體定義可以根據需要采集的地區確定)，每個區域中包括多個采集點(由I?X，包括寫字樓、住宅樓、行政辦公樓、車站、飛機場、設備站等處)，每個采集點中在采集現場安裝用于檢測采集現場中電力參數、熱量參數和氣象參數的傳感器單元3，該傳感器單元的輸出端電連接該采集點設置的數據采集單元2，該數據采集單元電連接該采集點設置的工控機單元I，每個區域中的每個采集點中的工控機單元均通過網絡單元與數據中心設置的數據采集服務器單元12進行通訊，該數據采集服務器單元與數據中心的數據分析服務器單元11連接。
[0028]本實施例中，所述數據分析服務器單元分別連接數據外網服務器單元10和數據備份服務器單元13，所述數據外網服務器單元通過內網或外網與多個計算機客戶端9通訊。
[0029]其中，網絡單元由GPRS模塊和INTERNET模塊組成，GPRS模塊的一端連接工控機單元，GPRS模塊的另一端連接INTERNET模塊的一端，INTERNET模塊的另一端連接所述數據采集服務器單元。內網是指INTRANET，外網是指INTERNET。
[0030]計算機客戶端可以是需要分析數據的本地內的或其它地區的客戶端，也可以是負責報警的計算機客戶端，還可以是管理員所在的計算機客戶端，還可以是需要瀏覽數據的其它計算機客戶端。
[0031]本系統針對建筑群運營階段能耗、水耗的分項計量與遠程傳輸技術，結合我國建筑自身用能的特點，給出了推薦的能耗分類分項模型，通過建筑配電系統的特點及末端集能耗特性，建立了一套針對不同類型綠色建筑完整的能耗計量方法;采用多網絡融合技術，通過現場總線、InternetXPRS等網絡結合實現能耗數據的無線遠傳，確保數據實時、安全、穩定的傳輸，解決了多數建筑能耗監測系統的距離限制問題;采用全分布式技術，以多個不同類型建筑為對象搭建能耗監測平臺，完成了能耗數據采集、數據中轉和數據中心的系統集成，實現能耗實時監測，并以可視化圖表的形式進行展示，通過Web發布，使相關人員能夠更加方便直觀的了解建筑能耗情況;最終將能耗數據進行整合，實現能耗在線分析與顯示，為及時的能耗管理提供了依據，提升了建筑群的能耗運營管理水平。
[0032I 1.系統體系結構如圖2所示
[0033]本系統為了提高安全性以及可靠性，采用典型的四層體系架構，由設備層(傳感器單元)、數據采集層(數據采集器單元)、監控層(工控機單元)、管理層(數據中心)所組成。
[0034]其中設備層為各種多功能數據采集儀表及傳感器，負責采集各建筑的能耗水耗數據及氣象信息，數據采集層能夠利用智能數據采集器統一前端設備采集的數據標準，將采集的數據進行多協議融合，并將處理后的數據傳輸至監控層，然后監控層的工控機接收采集器傳來的數據，進行數據預處理并存入現場本地數據庫，同時將數據上傳至管理和應用層，管理和應用層中心服務器實現對能耗水耗數據進行存儲、管理、分析和發布。其中軟件分為前端數據采集、數據處理、中心服務器管理和分析軟件;其中，底層是直接的實時數據，其他兩層分別有對應的關系數據庫，雙數據庫存儲，保證了數據的安全性和完整性。
[0035]由于系統為綠色建筑運營能耗監測系統，因此主要涉及綠色建筑的能耗監測及節能診斷。功能有以下幾個方面:
[0036](I)實時能耗數據計量、采集
[0037]能耗數據采集系統由多功能采集儀表、傳感器、采集器和采集軟件組成。首先通過數據采集器收集儀表和傳感器計量的數據，然后將采集的數據進行緩存，等待上傳，上傳時間的設定可以是遠端服務器的查詢上傳，也可以提前設置定時上傳。為了達到數據傳輸的高效性及可靠性，采集的數據必須通過數據采集器進行打包、加密和封裝處理。
[0038](2)能耗數據傳輸
[0039]能耗數據傳輸功能將Internet、GPRS等多種網絡技術結合，進行數據傳輸，實現無線遠距離傳輸，并且能夠實現斷點續傳，保證能耗數據的快速、可靠、安全傳輸。
[0040](3)能耗數據存儲
[0041 ]能耗數據存儲功能將采集的能耗數據分類分項進行存儲，定時備份，作為數據統計分析的基礎。為保證數據安全，數據采集后傳輸到現場工控機中存儲一次，上傳到遠端服務器后進行二次存儲，確保數據準確完整。
[0042](4)能耗數據統計
[0043]能耗數據統計是將各分類分項能耗數據按規定時間(如年、月、日)生成的文本報表，以及相關指標的統計圖表。管理人員可以通過數據的統計對建筑能耗有直觀的了解。
[0044](5)能耗分析及節能診斷
[0045]對建筑能耗數據進行計算、分析，將分析結果通過文字或報表的形式給出診斷結論，使工作人員能夠及時找出設備運行的漏洞和能源使用的不合理狀況，從而調整能源使用策略，實現降低能耗的目的。
[0046](6)節能告警
[0047]以月、周、日為時間單元，定時按照建筑集合遍歷查詢能耗數據，并與規定的閥值進行對比，如果查詢的數據超過規定的閥值將進行告警，提示工作人員及時采取節能措施，并把該數據詳細信息存入歷史告警記錄中。
[0048](7)系統Web發布
[0049]將管理分析軟件通過服務器進行Web發布，不受距離限制，只要能連接Internet即可查看相應權限的內容，使相關人員可以在任何地方對能耗情況進行監測。
[0050]2.能耗數據的遠程傳輸
[0051]數據遠傳是指將前端儀表傳感器、數據采集器收集的數據傳輸給遠端的服務器，是保證能耗監測系統獲得完整、實時、準確數據的重要環節。本系統依據《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據傳輸技術導則》相關規定，結合生態城建筑能耗分布特點，選取合適的采集傳輸設備，采用以太網、GPRS、Internet等多種網絡結合的方式實現能耗數據的實時、穩定、安全傳輸。能耗數據遠程傳輸實現了以下功能:
[0052]1.計量裝置與數據采集器之間傳輸使用的通信協議，應符合國家相關行業標準。
[0053]2.數據采集器完成數據采集后，緩存數據，等待上傳，既可以是遠端服務器查詢，數據服務器對數據采集器發出信號;也可以設定為定時上報，即定時傳輸數據，數據采集器接受到命令后，就會自動的將采集的數據上傳。
[0054]3.數據采集器應該擁有斷點續傳功能。由于實際工作中傳輸網絡難免會出現狀況，使得數據不能及時的傳出去，所以數據采集器應能夠先存儲數據，等待網絡傳輸恢復，再將存儲的數據傳輸出去。
[0055]4.能耗數據傳輸前應對數據進行打包、加密、封裝，提高數據的安全性和可靠性，確保在傳輸過程中不泄露，不丟失。
[0056]5.數據中心可以通過身份驗證這個環節，防止一些不屬于該中心的能耗采集系統進入中心系統。
[0057]根據建筑群建筑內部特點及數據遠傳要求，系統采用如圖1所示的多網絡融合通信網絡結構。其中前端由多功能數據采集儀表采集能耗數據，通過RS-485總線5連接，利用Modbus傳輸協議，實時地將數據傳送至智能數據采集器，然后經過采集器進行協議轉換后通過以太網4傳送至該建筑的基層數據采集控制器即工控機，并在工控機上顯示處理并存儲能耗數據，由于現場不具備網絡條件(數據中心距現場距離較遠，敷設網絡成本較高)，所以工控機通過GPRS無線網絡與Internet相結合的方式向服務器上傳其存儲的監測建筑的能耗數據，以便監測平臺對每個類別所有建筑的能耗數據進行匯總，然后對收集的數據進行統計、分析，最終服務器能夠通過Internet對能耗數據進行Web發布，實現建筑能耗數據的實時采集、處理、分析、展示和發布。
[0058]3.硬件設備
[0059]3.1電力參數
[0060]能耗監測系統中電表要求具有遠傳功能，用于建筑配電支路電能消耗的測量，本系統采用PDl 94E-9S4G型多功能電力儀表，對常用的電力參數(三相電流、電壓、功率因數、有功功率、有功電能、總諧波含量等)都能夠測量，精度達0.5級。該儀表擁有滿足系統要求的多種接口，采用Modbus標準開放協議，符合國家相關規定。
[0061]3.2熱量參數
[0062]能耗監測系統中用于對用水量\建筑空調系統熱量數據的測量，本系統中采用JC200超聲波流量計\熱量計，其測量范圍:管徑15-6000mm，流速0.1-10.0m/S，溫度0-160°C，流量的精度不低于I %，溫度的精度不低于0.2°C;符合國家熱表標準的熱量測量功能；有強大的通訊功能，具有電氣隔離RS-485串行通信接口，能夠同時支持多種不同的協議，包括MODBUS協議、MBUS、FUJI擴展協議、匯中流量計水表兼容協議。
[0063]3.3氣象參數
[0064]氣象數據采集系統在能耗監測系統中用于對氣象數據的測量。本系統采用PC-4型氣象站，可采集多項信息，如風速、風向、光照、太陽輻射、溫度、濕度等，然后對不同信息進行趨勢分析并公告。系統可以利用多種通訊方式傳輸數據，通過標準通訊接口 USB/RS232/RS485等與設備連接，實時讀取數據;也可通過軟件實現數據遠程傳輸并實時監測氣象數據，性能可靠，操作簡單，記錄時間長，功耗小，斷電自動存儲。各個傳感器具有能夠快速反應和長期在惡劣環境下工作的特點。
[0065]3.4數據采集器單元
[0066]本系統中采用HP45T11智能數據采集器采集實時能耗水耗數據。其主要用于SCADA(數據采集與監視控制)分層分布系統，具有本地輔助存儲、多協議網絡融合等功能。采集器是一臺完整的嵌入式計算機平臺，具有開放的Modbus-TCP上傳接口，支持多種PLC/10/儀表的通訊，內置QT0UCH2.0組態軟件和實時數據庫，能夠通過自帶以太網口直接傳輸數據，具有遠程查詢，斷點續傳的特點，確保系統的數據完整性。其內置C語言編譯接口，用戶可以進行二次開發，組建具有自己特色的數據采集網關，實現各類解決方案。
[0067]3.5工控機單元
[0068]工控機在能耗監測系統中用于現場數據的初步處理、存儲、展示及上傳。本系統選用的是研華ARK-3360L工控機，它采用Atom N450/D510處理器，MiniPCIe支持無線模塊擴展，如HSDPA、WLAN，雙顯示并支持高分辨率的寬屏幕。ARK-3360L還支持高達2xGbE，6xUSB2.0，4xC0M接口，串口 RS-485帶自動流量控制，方便維護，集成性好，支持寬溫，防護等級IP40。
[0069]3.6 GPRS DTU
[0070]GPRS DTU是一種物聯網無線數據終端，它能夠通過共用網絡GPRS提供無線長距離數據傳輸功能。本系統中使用GPRS DTU實現無線上傳能耗數據，選用的型號為C810 GPRSDTU，它內置工業級GPRS無線模塊，提供標準RS232/485/422數據接口，能夠實現與RTU、PLC、工控機等設備的連接。使用簡單，用戶只需要進行初始化設置，就可以使設備通過GPRS無線網絡與Internet和服務器進行連接;支持IP地址或動態域名訪問；支持實時在線，支持短信、電話和串口數據等多種遠程喚醒方式。
[0071]4.硬件設備的接入
[0072]4.1電力參數采集的傳感器8和熱量參數的傳感器7的接入方式(總線結構)
[0073]通過RS-485串行通訊接口連接計量設備和數據采集器。每個數據采集器提供多個半雙工的RS-485端口與多個末端計量設備連接，將數據采集器設定為通信主機，末端計量設備設定為通信從機，采用主一一從通信方式，主機發出指令，從機接收指令并回復。
[0074]由于所有端口的末端計量儀表對通訊參數的要求相同，并考慮數據傳輸的實時性，本系統數據采集采用總線型結構接入末端計量設備，每個串口 485串行總線理論支持256塊計量表，接線形式如圖3所示。
[0075]其中每個計量設備有自己的設備地址，采集器根據所需采集的數據向所有計量設備發送命令，對應的計量設備接收到采集器發出的命令后，將數據傳回至采集器，實現數據采集，采用的通信協議為Modbus-RTU協議。
[0076]4.2氣象參數的傳感器6的接入方式
[0077]氣象站也以總線結構連接到數據采集器，采用Modbus-RTU通信協議。在默認狀態下通信的設置速率一般是9600、無效驗、8數據位、I個停止位。PC-4型氣象站支持Modbus功能代碼03和06功能碼。
[0078]4.3數據采集器單元與工控機單元的網絡連接方式
[0079]數據采集器通過以太網方式與現場工控機連接，傳輸使用TCP協議。采集器可以采用主動和被動兩種方式上傳數據，主動方式即間隔一定時間自動向工控機上傳采集的數據，被動方式即工控機根據需要向采集器發出上傳指令，采集器收到指令后開始與工控機之間會話，將之前存放的能耗數據上傳。在網絡中斷或停電等情況下可以實現斷點續傳功會K。
[0080]工控機收到數據后，根據末端協議進行數據轉換，得到工控機需要的格式，并進行初步處理，對數據進行有效性驗證，依據就是計量裝置的量程，不屬于量程內的數據均為無效數據，將有效數據按采集時間進行存儲，以保證數據的準確性。
[0081 ] 4.4工控機單元與數據采集服務器單元的網絡連接方式
[0082]進行數據采集時，需要把分散在各個樓宇中的數據收集起來，隨著信息技術的不斷發展，可以通過無線GPRS、互聯網等實現遠距離傳輸數據。本系統中數據服務器與建筑物距離較遠，并且現場不具備網絡條件(鋪設網絡成本較高)，所以不能單獨采用Internet的方式;若單獨使用GPRS方式傳輸，GPRS點對點之間通信需要移動開設專門網絡通道，成本較高;考慮到本系統中心服務器可以連接Internet，所以監測系統使用GPRS網絡與Internet網絡結合技術，使工控機與建筑能耗監測管理軟件實現無線連接的通訊方式。
[0083]GPRS DTU與服務器之間的通信原理是，首先GPRS DTU端(客戶端)發出指令，然后服務器端接收指令并做出響應，即接受通信或發回反饋。由于服務器端不僅要響應DTU端的指令，還要實時的檢測鏈路中的通信狀態，所以服務器端的應用程序要更復雜，才能實現實時采集數據、數據庫服務等應用。此外，DTU端還要提前設定服務器端的IP地址、端口號等。通信建立后，DTU端和服務器端就沒分別了。
[0084]服務器的IP地址既可以是公網IP(固定IP)也可以是通過域名解析服務器獲取的動態域名。服務器端的應用程序支持通過特定的端口號實現發送和接收數據。
[0085]GPRS DTU端與服務器端的通信和協議轉換的過程如圖4所示。
[0086]GPRS DTU通常獲得的是網絡運營商隨機分配的動態內網IP地址，經移動運營商網關訪問Internet。由于移動GPRS網關提供的NAT(網絡地址翻譯)端口映射服務時效性很短，若要保持NAT端口映射，需要設置GPRS DTU定時發送心跳數據包以維持雙向通訊。
[0087]工控機中的能耗數據上傳也是采用主動和被動上報兩種方式。在網絡中斷或停電等情況下可以實現斷點續傳功能。
[0088]5.軟件結構
[0089]在硬件的基礎上按照監測系統功能要求設計軟件系統，整個系統要將監測點的實時能耗數據及時、準確、可靠地采集、傳輸和存儲，并且完成相應顯示、分析評價、報警、網絡發布等功能。它應按照系統結構運行，完成上述任務，完成對整個系統的統一控制、管理和應用。
[0090]系統軟件按照軟件工程的方法，采用模塊化結構進行開發，分為兩部分，現場工作站軟件和中心服務器軟件，現場工作站包括數據采集和數據處理兩個模塊，中心服務器軟件包括數據管理和數據分析兩個模塊。軟件結構如圖5所示。
[0091 ] 6.現場工作站數據采集模塊
[0092]數據采集模塊運行在現場數據采集器中，支持現場多協議數據計量儀表或傳感器的實時數據采集，能實現實時的采集水電熱能耗數據及氣象數據，是實現其它系統功能的基礎。采集模塊周期順序掃描數據計量儀表及傳感器，讀取實時數據及設備運行狀態信息，并將數據進行封裝、緩存，按照設定模式主動或被動進行數據上傳，將數據傳至工作站工控機中進行處理和存儲。
[0093 ]數據采集模塊有以下功能:
[0094]啟動和中斷處理
[0095]前端數據采集設備組織
[0096]管理掃描時間周期
[0097]掃描前端數據采集設備，讀寫數據
[0098]向工控機中上傳數據
[0099]數據采集模塊采用雙緩存器結構，如圖6所示。當數據需要由數據采集緩存區寫入數據上傳緩存區時，首先要通過數據上傳忙標志判斷數據上傳緩存區是否正在進行數據上傳工作，如果忙標志為真，則要進行等待，直到本次上傳任務結束后，才能將數據采集緩存區的內容寫入數據上傳緩存區。當需要進行數據上傳操作時，首先應判斷數據上傳緩存區刷新標志是否忙，若正在刷新，系統上傳工作應等待直至刷新結束后再進行上傳。
[0100]7.現場工作站數據處理模塊
[0101]數據處理模塊運行在現場工控機中，定時或按需接收采集模塊上傳的數據。處理模塊接收數據后，將能耗數據與設備運行狀態數據分開處理，對設備運行狀態信息進行檢查，若發現運行異常，以聲音及顯示顏色變化等方式報警，提醒工作人員及時檢修相應設備;將能耗數據進行實時顯示，同時分類放入本地數據庫進行存儲，本地存儲的數據主要是用于通信網絡中斷或故障情況下，進行數據保護，一旦通信恢復根據要求可以將本地存儲的數據重新傳送給服務器，以保證數據庫中數據的完整性。按照采樣時間設置的不同，本地數據庫可以存儲數月甚至數年的數據。
[0102]圖7所示為現場工作站數據處理模塊軟件流程圖:
[0103]現場工作站除了要實現數據處理和存儲的功能外，還要根據需要及時將數據通過GPRS無線網絡傳送給服務器，圖8給出了現場工作站數據上傳處理部分流程圖。
[0104]8.中心服務器軟件部分
[0105]中心服務器要收集各個工作站采集的實時能耗數據，并將其存入中心數據庫，為了能夠使用戶獲取能耗數據，中心服務器還設置有人機接口，用戶通過對終端的操作可以觀測到任一計量儀表的實時數據狀態。在服務器中還設置有數據分析處理功能，不僅能使用戶看到實時運行的曲線，而且還可以通過分析獲得能耗評價。為了使用戶在任何地方都能及時獲取相關的信息，系統還進行Web發布。中心服務器軟件主要是由數據管理模塊和數據分析模塊兩部分組成。
[0106]8.1中心服務器數據管理模塊
[0107]中心服務器數據管理模塊主要是實現數據維護、顯示、查詢等數據管理功能。
[0108]主要完成的功能有:
[0109]信息管理:對建筑、計量設備的相關信息進行管理。
[0110]實時監測:將采集的能耗數據進行顯示，實現用戶對各計量設備的采集數據及運行狀態的實時監測，若出現數據丟失或設備運行異常情況，能夠進行異常報警提醒，方便工作人員及時進行硬件檢修。
[0111]統計圖表:將數據進行分類分項處理，按年、月、日統計對比各建筑的能耗水耗情況，并以曲線或報表形式進行展示，減少研究人員提取、篩選數據的繁雜工作，也使用戶能夠直觀的了解建筑的用能情況。
[0112]歷史數據維護:數據庫設計基于SQLServer關系數據庫，海量的數據依靠人工處理非常困難，本軟件支持自動維護，可以通過報表查看歷史數據，也可將數據導出，用于其他軟件的能耗數據分析。
[0113]數據管理模塊由數據采集、權限管理、數據顯示、數據存儲、數據發布五部分組成。
[0114]中心服務器要從工作站采集能耗數據，并對無線上傳的數據進行來路校驗，確保工作站發來的為合法數據，將接收到的數據一方面交由數據處理子系統進行處理，另一方面對原始數據進行存儲備份。系統要支持斷點續傳，以保證數據的完整性，其無線采集的網絡結構如圖9所示。數據接收流程如圖1O所示。
[0115]數據存儲采用SQLServer數據庫。中心服務器數據庫用于存儲各類建筑和設備信息及各現場工作站上傳的數據，為應用層的數據加工、統計和分析提高數據支持。數據庫主要包含以下內容:
[0116]用戶信息，包括:用戶名，密碼，權限；
[0117]報警信息，包括:報警時間，點位編號，警報類型等；
[0118]建筑信息，包括:建筑編號，建筑名稱，建筑功能，建筑面積，采暖面積，建筑層數等;
[0119]計量設備信息，包括:設備ID號，設備編號，設備類型，所屬建筑編號，采集參數類型，正常測量值范圍等；
[0120]測量點位，包括:點位編號，計量設備編號，采集參數類型，所屬建筑等。
[0121]本實用新型采用全分布式技術，以多個不同類型建筑為對象搭建能耗監測平臺，實現了能耗數據采集、數據中轉和數據中心的系統集成。采用四層體系架構，由設備層、數據采集層、監控層、管理層所組成，并在監控層和管理層設置雙重數據庫，對數據進行存儲和管理，保證了數據的安全性。系統采用多網絡融合技術，系統采用現場總線、GPRS、Interent等多種網絡融合的無線數據遠傳技術，實現能耗數據的實時可靠傳輸，解決了建筑能耗監測系統遠距離傳輸問題，便于進行數據整合分析，實現在線節能診斷。針對前端檢測設備通信協議的多樣性，采用多協議融合技術，不僅有效的提高系統的工作效率，同時還降低硬件成本。針對無線數據傳輸中數據包易丟失的問題，系統采用了數據包斷點續傳技術，保證了傳輸數據的完整性、可靠性和解決了數據冗余問題，減少了數據的傳輸流量，進一步提高了系統的經濟性和安全性。系統能夠對能耗數據進行存儲、統計和分析，分析結果通過可視化圖表的形式提供客戶，系統還能夠通過Internet實現Web發布，使用戶省去安裝客戶端，通過瀏覽器直接登陸系統，便可隨時隨地掌握建筑的能耗情況。系統非常靈活，具備可擴展性，支持設備的任意擴展和整棟建筑監測系統的任意接入。通過不同建筑類型，給出了能耗數據分類模型，結合配電系統的特點及設備能耗特性，建立一套針對不同類型綠色建筑的完整能耗計量方法。
【主權項】
1.一種遠程能耗數據采集系統，其特征在于:包括多個區域，每個區域中包括多個采集點，每個采集點中在采集現場安裝用于檢測采集現場中電力參數、熱量參數和氣象參數的傳感器單元，該傳感器單元的輸出端電連接該采集點設置的數據采集單元，該數據采集單元電連接該采集點設置的工控機單元，每個區域中的每個采集點中的工控機單元均通過網絡單元與數據中心設置的數據采集服務器單元進行通訊，該數據采集服務器單元與數據中心的數據分析服務器單元連接。2.根據權利要求1所述的一種遠程能耗數據采集系統，其特征在于:所述數據分析服務器單元分別連接數據外網服務器單元和數據備份服務器單元，所述數據外網服務器單元通過內網或外網與多個計算機客戶端通訊。3.根據權利要求1或2所述的一種遠程能耗數據采集系統，其特征在于:所述網絡單元由GPRS模塊和INTERNET模塊組成，GPRS模塊的一端連接工控機單元，GPRS模塊的另一端連接INTERNET模塊的一端，INTERNET模塊的另一端連接所述數據采集服務器單元。4.根據權利要求3所述的一種遠程能耗數據采集系統，其特征在于:所述電力參數由PD194E-9S4G型多功能電力儀表進行采集。5.根據權利要求3所述的一種遠程能耗數據采集系統，其特征在于:所述熱量參數由JC200超聲波計量儀表進行采集。6.根據權利要求3所述的一種遠程能耗數據采集系統，其特征在于:所述氣象參數由PC-4型氣象站進行采集。
【文檔編號】G08C17/02GK205428174SQ201620118924
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年2月10日
【發明人】龔威, 張巖, 李梅, 王慧慧, 趙俊剛, 李夏萱, 楊揚
【申請人】天津城建大學