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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇能耗監測系統，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：公共建筑；能耗監測系統；分項計量；電氣設計；智能建筑設計 文獻標識碼：A
中圖分類號：TU111 文章編號：1009-2374（2016）34-0116-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.34.057
1 概述
隨著公共建筑數量的迅速增加，公共建筑使用過程中運行和管理不當，造成了巨大的能源浪費。為實現可持續發展，住房和城鄉建設部早在2007年便頒布了近10項有關建立國家機關辦公建筑和大型公共建筑節能監管體系的指導性文件。通過對建筑能耗數據的采集，掌握用能情況，分析用能特征，不僅能夠有針對性地對既有建筑進行節能改造，更有利于國家從宏觀層面上制定能源政策與節能措施。為指導和規范西安市公共建筑能耗監測系統建設、運行及管理工作，為西安市各類公共建筑能耗統計、能源審計、建筑節能管理和節能改造提供科學可靠的技術支持，西安市于2015年了陜西省工程建設標準《西安市公共建筑能耗監測系統技術規范》。該技術規范用于西安市各類新建、改建、擴建和既有公共建筑能耗監測系統的設計、施工、驗收、運行和維護。本文以西安市某高校實訓大樓為例，地下1層，地上12層。總建筑面積26517m2，建筑物高度48.8m。本工程屬于二類高層辦公樓。結構形式為鋼筋混凝土框架剪力墻結構。本工程是新建建筑物，能耗監測系統的設計由建筑設計院隨電氣施工圖同步考慮。對建筑的機電系統安裝分類、分項的能耗計量儀表，由此得到建筑物總能源消耗與不同能源種類、不同功能系統的分項能耗，實現建筑能耗的分類計量和電能耗的分項計量。
2 本工程能耗分項計量與數據設置
2.1 本工程能耗分類與分項計量
分類能耗是根據公共建筑消耗的主要能源種類劃分的能耗數據，如電、燃氣、水、集中供熱、集中供冷、其他能源（集中熱水供應量、煤、油、可再生能源）等。分項能耗是根據公共建筑消耗的電力的主要用途劃分的能耗數據。分類能耗中，電量應分為4項分項，包括照明插座用電、空調用電、動力用電和特殊用電。電量的4項分項是必分項，各分項可根據建筑用能系統的實際情況靈活細分為一級子項和二級子項，是選分項。其他分類能耗不應分項。本項目建筑能耗分類、分項計量如圖1所示：
2.2 能耗數據采集點的確定
由于水、燃氣、熱的能耗計量相對簡單，電氣專業只需做好相應的通信線路設計，故本文重點探討用電分項能耗監測的施工圖設計方法。在設計電氣系統干線圖和照明/動力配電系統圖的基礎上，確定各用電回路的名稱及供電范圍、負荷性質等，才能確定能耗數據采集點。
本項目共確定能耗數據采集點68個，其中用電分項計量采集點56個，其他分類能耗計量采集點12個。電能耗分項計量采集點分別為：10kV高壓柜4個；變壓器低壓出線柜6個；低壓柜電力線載波1個；實訓樓第一層～第十二層照明插座配電箱12個；第一層～第十二層公共及應急照明配電箱12個；屋頂動力配電箱8個；地下一層（車庫和設備房）照明插座配電箱2個，應急照明配電箱2個，動力配電箱2個，熱幕配電箱1個；南/北廠房照明插座配電箱2個，動力配電箱2個，熱幕配電箱2個。其他分類能耗計量采集點分別為：實驗樓遠傳冷水表/遠傳熱水表/遠傳總燃氣表/遠傳總暖表各1個；南/北廠房遠傳冷水表/遠傳熱水表/遠傳總燃氣表/遠傳總暖表各1個。
2.3 能耗數據采集點編號與數據編碼
能耗數據編碼規則為細則層次代碼結構，主要按7類細則進行編碼，包括行政區劃代碼編碼、建筑類別編碼、建筑識別編碼、分類能耗指編碼、分項能耗編碼、分項能耗一級子項編碼、分項能耗二級子項編碼。編碼后能耗數據由15位符號組成。若某一項目無須使用某編碼時，則用相應位數的“0”代替。根據技術規范，制定能耗數據編碼和能耗數據采集點識別編碼，如表1所示：
3 能耗監測系統設計
3.1 能耗監測系統結構設計
本項目能耗監測系統由用戶管理層、網絡通信層、現場設備層三部分組成，完成能耗數據的采集、傳輸、管理等功能，見圖2。現場設置的電能表采用屏蔽雙紋線連接至各分區數據采集器，各分區數據采集器將數據分類處理后，上傳到網絡交換機，再通過網線上傳至能耗監測系統主機實現能耗監測管理功能。
3.2 10kV高壓配電系統能耗監測
三相多功能電能儀表DSSD25用于10kV開關柜能耗的計量和監測。用于分時計量正、反向有功/無功電能，計量有功/無功總電能，分相有功/無功電能，分時計量正、反向有功，正、反向無功的最大需量及發生時間等。
3.3 變壓器0.4/0.23kV系統能耗監測
3.3.1 三項電能監測。三相多功能電能儀表DD521用于0.4kV/10kV開關柜能耗的計量和監測。用于測量單回路的三相電壓、三相電流、功率因數、頻率及視在功率，記錄分相/總有功功率/無功功率/有功電量/無功電量。
根據配電柜的出線數量可選用三相多回路電能監測儀表DD504（4回路），DD505（5回路），DD507（7回路），DD509（9回路）用于0.4kV配電柜能耗的計量和監測。能夠測量每回路的三相電壓、三相電流、功率因數、頻率及視在功率，記錄分相/總有功功率/無功功率/有功電量/無功電量。
3.3.2 電力能耗終端采集器。三相載波智能采集終端DDJ03對建筑能耗監測末端有載波型計量和監測儀表進行采集。安裝在低壓0.4kV進線柜。終端通過電力載波接口可以實現對電能表的召測、抄收及暫存電能表數據，并用以太網通訊的方式將儲存的數據按主臺的命令發向主臺。
電力能耗采集器DDJ01是對建筑能耗監測末端的監測儀表計進行采集，安裝在每個低壓0.4kV出線柜，主要用于采集各種類型的能耗儀表的數據。實現對電能表的召測、抄收及暫存電能表數據，并將儲存的數據向上一級的采集器。
3.4 能耗數據采集
電力能耗采集器DDJ02對電力能耗終端采集器的數據進行采集，安裝于開關柜。通過RS485接口對電力能耗采集器的數據進行采集或直接采集電能儀表的數據，抄收并暫存電能表數據，并將儲存的數據向監控主機發送。
水、氣型智能采集器DDJ04用于對供暖、冷水、熱水、燃氣等能耗終端的數據進行采集，對數據進行預處理，并將數據發送到監控主機。通過RS485接口可以實現對各類能耗監測表的召測、抄收及暫存能耗監測表數據，并將儲存的數據向上一級的采集器。能耗數據采集系統圖（部分）如圖3所示：
4 結語
本文以西安市某高校實訓大樓為工程實例，根據國家和地方相關技術導則和技術規范，確定該建筑能耗分類和分項計量的設置范圍。能耗監測系統的設計隨電氣施工圖同步考慮，完成了能耗監測系統的電氣設計。
參考文獻
[1] 住房和城鄉建設部.關于加強國家機關辦公建筑和大型公共建筑節能管理工作的實施意見（建科[2007]245號）[S].
[2] 陜西省住房和城鄉建設廳.西安市公共建筑能耗監測系統技術規范（DBJ61/T97-2015）[S].2015.
關鍵詞：能耗監測系統；節能；數據采集系統
1引言
目前，建筑能耗監測系統在我國還處于初期階段，技術還不成熟，沒有獲取建筑耗能真實統計數據的有效方法，直接后果是建筑節能工作一直帶有很大的盲目性，甚至誤導工作方向和重點。本文所指的能耗監測系統應用于大型公共建筑，是通過對建筑安裝特定的分類和分項能耗計量裝置（例如智能電表、智能水表、智能氣表等等），采用GPRS/WI-FI等無線數據傳輸等方式把實時能耗數據傳送到監測軟件平臺，在線能耗監測軟件平臺通過實時監測和動態分析采集到的數據，為節能改造提供有力的數據支撐。
早在2008年，住建部頒發了《關于印發國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統建設相關技術導則的通知》，主要針對建筑能耗監測軟件技術規范做了明確的說明。目前國內大型公共建筑采用的建筑能耗監測手段相對還比較落后，有的甚至還采用手工抄錄的方式，效率低而且容易產生誤差，無法實現實時監測，這對掌握大型公共建筑用能情況，了解用能問題，方便管理者制定相關的節能措施造成困難。
本文首先針對建筑能耗監測系統的整體軟件平臺框架：整體框架采用SaaS模式設計、網絡傳輸框架采用無線網絡傳輸方式、數據傳輸采用xm編碼加密方式傳輸在客戶端再加密的方式進行讀取，然后研發出實現以上功能的關鍵技術，最后針對廣州市荔灣區25棟大型公共建筑能耗監測的數據進行了模擬。
2國內外同類技術情況
國外樓宇智能化已經發展的相當成熟，并且智能化、信息數字化程度較高。現在發達國家的智能建筑系統大都是按照建筑物使用功能進行設置，這是沒有刻意把智能化放在建設目標上，但是智能化系統的裝備方式是先進的，系統的設置是完備的，系統的工程設計是準確的，系統的運行狀態是良好的。
我國仍缺少高技術的樓宇智能化系統集成技術、理念、態度。另外，在準確把握智能建筑的設計定位、高質量的工程實施與系統有效運行管理方面，與國外發達國家相比還有一定的差距。正是因為缺少相應的規范，樓宇智能化設計方面也存在缺乏全面性和長遠性的情況，施工質量難以保證，造成一些應用樓宇智能化系統的建筑缺少各系統整體運作機制，結果事倍功半，造成投資的浪費。樓宇能耗監測系統在實時性、可靠性、穩定性等方面都達到了很高的水準，已經形成了包括美國霍尼韋爾、美國江森自控、德國西門子等公司在內的一系列智能樓宇能耗監測系統產品。
智能建筑自1984年1月出現以來（美國康涅狄格州哈特福德市的都市大廈），在歐、美、日及世界各地得到迅速發展，其中以美國、日本興建最多。目前，美國有智能大廈數萬幢。表1是國外幾種成熟智能樓宇能耗監測系統產品的對比表。
表1智能樓宇能耗監測系統產品的對比
序號產品名稱主要功能1江森自控的合同能源管理通過對項目進行能源計量與審計，找出能源浪費的所在，然后提出能源改造的解決方案，最后和客戶簽訂合同，為客戶提供節能項目的設計和管理服務2西門子的能源監測和控制系統以ASP技術為依托，用戶的消耗數據通過西門子中央服務器，利用用戶專屬的安全站點獲得，能耗數據通過Web手動或自動上傳，這樣的監測系統保證了用戶能耗的透明度與可控制性3霍尼韋爾的能源管理系統將大型公共建筑分項能耗獲取、數據傳輸、數據庫與數據分析、模型等技術結合起來，對多棟建筑的多臺設備或用戶的能耗進行綜合管理，建立公共建筑基本信息及能耗數據庫，從而研究出有效的節能運行方案
國內智能樓宇的發展尚屬起步階段，但在國家和企業的共同推動作用下，雖然起步較晚，但發展極其迅速（表1）。樓宇智能化產品的主要代表有上海元上能耗計量管理系統以及研華BEMS樓宇能源管理系統。其中這兩者之間各有其優點，如表2所示。
國內已有樓宇能耗監測系統軟件在界面、數據實時性、監測結果分析、數據挖掘以及數據傳輸安全可靠性等方面都做的比較好，但是，數據采集基本都是基于在線數據采集分析技術來實現的，對于無線數據傳輸技術以及無線數據傳輸的加密性和安全性的研究比較少，因此，進一步限制了這些系統的環境適用性。
3能耗監測系統技術框架
3.1軟件系統整體框架
本文研究的大型公共建筑能耗監測軟件平臺，是一款基于《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統-軟件開發指導說明書》的要求進行設計，符合國家的規定的設計標準。軟件系統整體架構如圖1所示。
圖1軟件系統整體架構
如圖1所示，本文研究監測軟件平臺分為網絡技術設施層，主要功能是用于采集器前端數據傳輸。信息資源與數據層主要是存儲采集器采集到的分項能耗數據；應用層主要包括數據及消息管理系統、數據分析展示子系統、信息服務子系統和后臺管理子系統4個系統，每個管理系統下面由一個或多個子系統構成。應用層主要功能是用于數據處理、展示及數據監測功能，把應用層劃分為相對獨立的子系統模塊，可減少各子系統數據間的相互干擾，由于各個子系統模塊之間沒有數據交叉，因此，在后續軟件平臺維護將更加方便、系統的擴展和兼容性將變得穩定。最后是表現層，主要是數據的顯示。
3.2軟件系統整體框架
如圖2所示，本文中的建筑能耗監測系統，包含監控終端、數據庫、數據管理系統（MDMS）、數據采集系統（MDCS）、防火墻、通信網絡、集中器和樓宇采集終端。
圖2圖2軟件系統整體框架
樓宇采集終端發送相關數據至集中器，樓宇采集終端是指電能表、水表、冷量表、氣表中的一種或幾種，相關數據包含能耗數據、狀態信息及和時基信息等；集中器將相關數據轉換成TCP/IP協議數據包，通信網絡、防火墻發送至數據采集系統（MDCS）；數據采集系統（MDCS）對相關數據進行處理，并將已處理的相關數據發送至數據庫，數據庫對已處理的相關數據進行存儲、分析和展示；數據采集系統（MDCS）對集中器與樓宇采集終端之間的通信模式和通信協議進行管理，定時對通信狀態及通信數據進行自動查錯，并對數據丟失、工作狀態異常進行處理；數據管理系統（MDMS）從數據庫中獲取已處理的相關數據，根據系統設置的能耗監測指標體系進行統計分析和狀態評估，并將已分析和評估的結果發送至數據庫，數據庫對已分析和評估的結果進行存儲、分析和展示；監控終端從數據庫獲取已處理的相關數據和已分析和評估的結果，并進行綜合分析；監控終端根據綜合分析，經由數據庫、數據采集系統（MDCS）、防火墻、通信網絡、集中器，將控制指令發送至樓宇采集終端，改變樓宇采集終端的工作狀態。
4系統關鍵技術點
4.1多種能耗采集終端的接入
節能改造中，由于現存很多不同年代的能耗采集終端，對這些能耗采集終端的數據如何合理的采集是一個非常重大的問題，具體方法有全手工抄表和換智能表計自動抄表兩種方式。另外，對不同品牌的能耗采集終端，如何用同一個集中器進行連接，也是一個關鍵問題。因為不同的品牌，可能會很有私有協議的存在。
因此，對市面上能耗采集終端的主流品牌，要進行統計和協作，使得自己開發的集中器以及軟件系統能夠順利接入各種不同的能耗采集終端。
4.2軟件系統的開發
根據系統的整體框架分為多層結構的特點，本軟件平臺的開發引入“基于子系統平等開發方式”的系統設計模式，采用Java、JavaScrip等編程語言進行編碼，數據存儲數據庫采用阿里云數據庫，通訊技術采用穩定的RS485數據通訊標準，軟件系統結構如圖3所示。
圖3智能建筑集成系統框架
5主要創新點
本項目中的建筑能耗監測系統，其技術的先進性及創新性主要表現在：無線傳輸方式的應用可以有效降低布線的投入，節約成本。該系統可以將能耗采集終端采集的能耗數據傳輸到數據終端進行綜合分析，采集終端包括電能表、水表、冷量表、氣表，并可以將同種能耗按不同用途進行分類計量，從而實現能耗數據的分項計量和分類計量。樓宇采集終端與集中器之間的通信方式，可選擇有線方式或無線方式；有線方式為RS485、電力線通信（PLCC）、快速以太網（FE）中的一種或幾種；無線方式為Zigbee、RF（230～960MHz）中的一種或幾種；根據應用場景具體選擇不同的通信方式。
建筑能耗監測系統，對建筑能耗信息采集方式有兩種，一種是定時輪詢采集方式，集中器定時（15～60min）依次向所連接的各個樓宇采集終端發起采集信息的指令，各個樓宇采集終端依次向集中器發送各自能耗信息、工作狀態和時基信息，集中器收集各個樓宇采集終端的信息，并緩存在集中器的存儲單元中，由數據采集系統（MDCS）經由防火墻、通信網絡，不定時地獲取集中器的存儲單元中的信息。另一種是主動定點采集方式，監控終端對特定樓宇采集終端發起采集信息的指令，特定樓宇采集終端收到采集信息的指令之后，經由集中器、通信網絡、防火墻、數據采集系統（MDCS）、數據庫，將經過采集、傳輸和處理的能耗信息，發送至監控終端。從而實現能耗數據的實時監控。
（1）應用創新。該系統運用計算機技術，可以根據能耗指標體系，將能耗采集終端采集的能耗數據傳輸到數據終端進行綜合分析，實現對寫字樓建筑能耗的實時監測，是一種新型能耗監測系統，推動了能耗監測平臺的發展。
（2）技術創新。在該項目中通過有線和無線方式將樓宇監測終端，包括電能表、水表、冷量表、氣表等，與數據中心聯系起來，實現了能耗數據的分項、分類計量，無線傳輸方式的運用降低了成本，提高了效率。同時采用定時輪詢采集方式和主動定點采集方式進行能耗信息采集，實現了能耗數據的實時監控。
6平臺應用
本文研究的平臺選取了廣東省廣州市荔灣區25棟大型公共建筑的用能數據進行模擬，如圖4、圖5。
圖4廣州市荔灣區25棟建筑能耗模擬
關鍵詞：節能監測系統；能源消耗；校園建筑
近年來我國高等教育的招生人數不斷增加，辦學規模逐漸擴大，學校已儼然成為了資源能源的消耗大戶，這對高校資源的合理利用和節能減排提出了新的要求。建立節約型校園是高校履行社會責任的集中體現，同時也是實現學校可持續發展的重要保證。在建設節約型校園的過程中，如何準確、高效地監測能源的消耗情況并及時糾正資源配置不合理的現象，直接關系著節約型校園建設的成敗。建立一套功能完善、運行可靠、計量精確的能耗監測系統是實現能源資源合理利用的重要保障。為此，本文就如何建立一套有效的節能監測系統進行了詳細地探討。
1 節能監測系統建設的目標
1.1 總體目標。建立一套有效的節能監測系統目的在于實現對校園建筑的科學管理和指標化評價。根據國家教育部、住建部等部門的要求，結合各大高校自身情況，制定一個合理可行的節能目標，并利用互聯網技術建立校園建筑節能監測系統，實現對校園內重點用水、用能單位以及建筑物能耗的監測。在此基礎上對監測數據進行統計分析，為改善重點用能單位耗能情況提供科學依據，實現建筑節能的科學化管理。
1.2 具體目標。在建立總體目標的基礎上， 可以進一步劃分為許多具體的目標。第一，建立合理可行的水耗能耗監測平臺，完成水耗能耗數據采集、數據中心建立和傳輸裝置安裝等工作，對全校水耗能耗情況進行實時跟蹤監測。第二，在對水耗能耗監測的同時，相關人員應對監測數據進行分析，并對分析結果予以公示，實現對校園建筑水耗能耗的透明化管理。第三，完善水耗能耗的管理體制，提高能源的利用效率。在得到能耗的分析結果后，管理人員應當根據分析結果詳細制定出用水用能的管理辦法，加強對能源利用不合理環節的管理。
2 節能監測系統設計與實現
2.1 計量控制系統。計量控制系統主要由計量表、通訊設備和采集控制設備三部分組成。在節能監測的整個系統中，計量控制系統主要完成各種能耗數據的采集、狀態信息的表達及硬件控制的實現等工作，對電、水、氣能耗的數據進行計量和采集，并對電、水、氣進行控制。
2.1.1 計量系統工作原理。計量系統工作原理在于：采集器和計量表可以隨時記錄下電、水、氣的能耗值并且按表號存儲起來，數據網關依靠低壓電力載波自動記錄下存儲的數據，然后通過校園網將數據存入數據控制中心服務器，最后根據不同單位和建筑的需求情況對電、水、氣能耗進行統計分析和安全監控。
2.1.2 控制系統工作原理。控制系統的主要工作是實現對電、水、氣使用的有效控制，其工作原理在于：用戶安裝一定數量的單相職能電表或三相智能電表，智能電表在接收到主控中心的指令后實現對用電的遠程控制；而對于用水的控制則可以通過在建筑供水進戶端安裝智能控制器得以實現，智能控制器在接到主控中心的命令后對電磁閥進行控制，從而控制用水的開放或關閉；最后是對暖氣的控制，以樓棟供暖回路為一個控制單元，在所有的控制單元處安裝電動閥和智能控制器，同時在典型房間安裝溫度傳感器，主控中心根據典型房間的室溫自動下達對電動閥開閉的命令。
2.2 主控中心硬件。主控中心由硬件服務器、系統軟件、網絡設備和數據中心機房等構成，按照它在體系中發揮的作用可以將其分為表示層、應用層、Web服務和數據存儲。
2.2.1 表示層。表示層主要是完成與用戶的交互，有定制的客戶端能實現完整的操作管理功能，而使用瀏覽器的用戶則可以在完成多項授權驗證后，實現數據分析、結果查詢、管理監控等功能。
2.2.2 應用層。應用層主要是管理基礎數據，采集計量數據和維系通訊服務。與客戶端交互，實現對財務數據的管理操作，對管理任務進行嚴格控制，同時對系統中的數據實現嚴格的審計和管理。
2.2.3 Web服務。Web服務支持使用各種瀏覽器的用戶，可以進行各種后臺操作。
2.2.4 數據存儲。數據庫負責所有數據的管理和存儲，同時協助各種數據的統計分析工作，并完成部分數據的挖掘工作。
2.2.5 通信傳輸系統。通信傳輸系統包括了校園網傳輸和底層傳輸兩部分。（1）校園網傳輸。通過已有的校園網絡對數據進行傳輸，智能數據網關可以將收集到的數據進行加密后發送到校園網絡。（2）底層傳輸。采集器、采集控制器和智能數據網關依靠電力線載波收集計量儀表顯示的數據，智能數據網關支持電、水、氣能耗的數據采集。
2.3 節能監測平臺軟件。節能監測平臺軟件具有以下功能：（1）報警功能。監測系統會根據各部門以往能耗情況自行設置能耗的報警參數，當某個部門的能耗數據超過這個參數時看，系統會發出警報。這種設置實現了實時報警功能，對部門節能起著十分重要的作用。（2）能耗分析。該監測系統可以對人均耗能情況和單位面積耗能情況進行分析，通過不同時期、不同區域的相互對比來反映當期能耗情況，并為將來的節能計劃提供依據。（3）能耗公示。主要是將各建筑的總能耗排名、同類建筑的單位面積能耗排名、不同部門總能耗排名和各部門人均能耗排名進行公示，并將能耗的具體明細給予披露，這既實現了大眾對學校建筑能耗的有效監督，又有助于鼓勵各部門積極響應節能耗減政策。（4）用能控制。對實驗室和教室的用電進行控制；使用遠程控制的方式控制樓棟用水和暖氣供應；
3 節能監測統建設的意義
節能監測系統依托其完善的監管體系，對校園建筑的能源消耗情況進行實時監測，即時記錄下各個部門單位和建筑的用能情況。監管部門對監測數據進行進一步的深入挖掘分析，制定出合理有效的能耗監控方案，提高能源的利用效率。同時通過統計各部門的能源消耗量，對各部門實施一定的獎懲制度，并將各部門的能源消耗率作為業績考核的一項重要指標，從而達到鼓勵各部門節能降耗的目的。節能監測系統的建立對于實現我國節能降耗戰略起著十分重要的作用。
節能監測系統摒棄了傳統粗放型的能源管理模式，對校園建筑用電、用水、用氣進行實時監測，讓監管人員可以全面了解能源使用的時間和用量，有助于監管人員及時地發現能源利用中存在的問題，并針對這些問題制定出合理有效的解決方案。節能監測系統的建立將使得節能改造工程得到準確的驗證效果，通過比較改造工程實施前后的耗能情況，準確地計算出節能總量。
4 結語
大學校園建筑具有數量多、分布范圍廣和類型多樣等特點，用能情況復雜多變，建立一套有效、可行的節能監測系統對于改善學校能源使用浪費、不合理現象有著十分重要的作用。實現節能降耗的重點應當從節能監測系統入手，根據不同校園建筑的節能潛力和能耗特征，努力實現能源的最優化使用，積極打造一批用能合理高效的節能示范高校。
參考文獻
關鍵詞：大型公共建筑；能源管理系統；建筑節能管理體系
Abstract: this paper in the full analysis building energy management system, and on the basis of large-scale public buildings in combination with unit building area of high energy consumption, energy saving potential characteristics and energy-saving management requirements, put forward in large-scale public buildings set up energy management system in the proposal, used to master the energy utilization and energy use of scientific management, and finally reach the goal of saving energy. And explains the energy management systems design goal, function, design elements and structure, can be used to guide large-scale public buildings energy management system.
Keywords: large-scale public buildings; Energy management system; Building energy efficiency management system
中圖分類號： TU201.5文獻標識碼：A文章編號：
一、引言
隨著我國經濟和社會的快速發展，大型公共建筑經常被作為一個城市現代化的象征，興建大型公共建筑既促進了經濟社會發展，又增強了為城市居民生產生活服務的功能。新建建筑中大型公共建筑的比例呈增長趨勢。大型公共建筑一般指單體建筑面積2萬平方米以上的辦公建筑、商業建筑、旅游建筑、科教文衛建筑、通信建筑以及交通樞紐等公共建筑。由于此類建筑結構和用途的特殊性，且往往片面追求外形，用能系統復雜、運行工況變化大、影響能耗因素多，再加上再設計、施工、使用和運行維護等環節的粗放式管理等不利因素的影響，使得當前的一些大型公共建筑往往是耗能的大戶。主要問題表現在以下幾個方面：
（1）目前，我國大型公共建筑能耗高、能效低問題突出。根據清華大學與建設部的2007 年研究抽樣調查，大型公共建筑面積占城鎮建筑總面積的比例為4％，但消耗的電量卻占22％[1]。據測算，我國大型公共建筑單位面積年耗電量達到70～300kWh，是普通居民住宅的10～20倍，其節能潛力亟待挖掘。
（2）超過70%的大型公共建筑沒有專職的節能管理人員，大多數大型公共建筑業主的用能設備管理僅僅是從安全使用的角度考慮，缺乏系統的能源管理制度和手段，不能及時掌握能源的整體消耗情況，對主要用能設備的運行情況和節能狀況未能及時把握及管理。因此，建立建筑能源管理體系，依靠先進的節能管理手段來實現大型公共建筑的節能運行，約束使用者的使用習慣和提升物業管理的運行管理水平，提高運行管理效率是目前亟待解決的問題。
（3）多能源系統與復雜負荷的結合體。在能源危機的今天，可再生能源的利用越來越普遍，大型公共建筑的這一現象尤為明顯。大型公共建筑可能設置多種能源，如常規電制冷、三聯供、地源熱泵、冰蓄冷、蒸汽供熱、太陽能、風能等。這么多能源在樓宇中綜合使用所帶來的多能源的協調優化、負荷預測與優化控制等問題將逐步凸顯。
（4）缺乏有效的能源管理手段。大型公共建筑往往同時伴隨著供能系統眾多、用能系統復雜、位置分散、用能信息量龐大等特點，常規的、針對設備或能耗的管理系統（如BA系統、能耗監測系統）一般只注重對設備自身管理或對能耗的計量監測，缺乏對整個能源的系統管理。因此，為保證整個建筑的能源的優化運行必須建立具有有效的監視控制、完善的通信系統、科學的分析診斷、合理的優化管控的建筑能源管理系統，同時結合建立的能源管理體系，實現大型公共建筑能耗的有效管理。
由上可知，我國大型公共建筑單位建筑面積能耗高，節能潛力巨大。其節能改造工作成為了一個系統的復雜工程。結合“十二五”期間我國大型公共建筑能耗降低15%的節能目標，這就需要針對大型建筑的使用特點，建立建筑能源管理系統，科學地進行能耗監測、分析診斷、優化管理與控制，提高大型公共建筑能源利用的經濟與社會效益。本文將在充分研究分析建筑能源管理系統的基礎上，結合大型公共建筑的特點及需求，提出大型公共建筑能源管理系統的設計目標、功能以及架構，用于指導大型公共建筑能源管理系統的建設。
2、建筑能源管理系統
建筑能源管理系統是指對建筑物或者建筑群內的變配電系統、照明系統、電梯系統、空調系統、供熱系統、給排水系統等能源使用狀況實行集中監視、分析管理和分散控制的軟硬件系統。目前所提的建筑能源管理系統主要分為三類：
（寧夏大學，a．發展規劃與學科建設處；b．物理電氣信息學院／寧夏信息感知與智能沙漠重點實驗室，銀川 750021）
摘要：為了實現豬場的規模化和節約化養殖，以CC2530模塊為核心，提出了一種基于ZigBee技術的豬舍環境監測系統設計方案。首先根據待采集環境參數數據特點，選取SHT15等元件完成了傳感器節點的硬件設計，其次討論了傳感器節點及匯聚節點的軟件設計流程，最終實現了由傳感器節點、匯聚節點和用戶平臺等組成的環境監測系統。該系統性能穩定、可靠，對實施豬舍的環境監測具有一定的參考價值。
關鍵詞 ：ZigBee；豬舍；CC2530；監測系統
中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：0439－8114（2015）16－4041-03
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.16.054
收稿日期：2015－03－23
基金項目：寧夏高等學校科學研究項目（NGY2014049）
作者簡介：劉思遠（1977－），男，寧夏銀川人，講師，碩士，主要從事無線通信及信號處理的研究工作，（電話）0951－2061501（電子信箱）652415893＠qq．com。
豬肉是我國大多數城鄉居民餐桌上重要的動物性食品之一。近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，人們不僅對肉類的數量，更對其質量提出了更高的要求，健康養殖的概念應運而生。健康養殖是指根據養殖對象的生物學特性，運用生態學、營養學原理來指導養殖生產，即為養殖對象營造一個良好的、有利于快速生長的生態環境，提供充足的、全價營養的飼料，使其在生長發育期間最大限度減少疾病的發生，使生產的食用產品無污染、個體健康、肉質鮮嫩、營養豐富與天然鮮品相當［1］。對于商品豬而言，環境、品種、飼料和疾病構成養豬生產的4大技術限制因素，其中環境因素占到20％～30％［2］，良好的養殖環境不僅可以使品種及飼料的優勢得到充分發揮，更可以使生豬患病幾率大幅下降，提高豬肉品質。為此，建立可實時對豬舍環境信息進行采集與分析的豬舍環境監測系統，具有重要的現實意義。
傳統的豬舍環境監測主要依靠養殖人員人工完成，一方面對環境信息采集實時性不強、準確性不高；另一方面消耗了大量的人力資源，增加了養殖成本。ZigBee技術是一種具有自組織、低復雜度、低成本和高可靠性的無線通信技術，在短程傳輸中有很好的優勢［3］，已經在環境監測、節水灌溉等領域得到了廣泛的應用［4－7］。本研究利用ZigBee技術，提出了一種基于無線傳感器網絡架構的豬舍環境監測系統設計方案，首先根據豬舍待采集環境信息特點，對系統硬件進行了設計，其次對匯聚節點及傳感器節點的軟件實現流程進行了討論，實現了由傳感器節點、匯聚節點和用戶管理平臺等組成的豬舍環境監測系統。
1 系統總體設計方案
影響豬舍環境的因素主要有：溫度、濕度和氨氣、二氧化碳及硫化氫等。高溫和低溫都會降低飼料轉化率，成年豬在35 ℃高溫環境下，不僅會發生中暑，還會產生厭食癥狀，延長出欄時間，而其長時間在8 ℃低溫情況下，同樣會產生厭食、抖動等癥狀，極大影響生長發育，且容易感染腹瀉性疾病，嚴重危害健康成長；而豬舍內濕度過大，會使豬的成長速度減慢，引起很多疾病的產生；而氨氣等有害氣體是生豬呼吸道等疾病爆發的主要誘因之一［8］。因此，本研究設計的豬舍環境監測系統總體結構如圖1所示，主要由傳感器節點（負責采集溫度、濕度和氨氣濃度等數據）、匯聚節點和用戶管理平臺等組成。
傳感器節點按照豬舍環境采集信息數據需求合理布置在監測區域內，實現豬舍環境信息數據的實時采集，所有節點均通過ZigBee協議以自組網方式構成無線網絡，并將采集到的信息數據以多跳形式傳送到匯聚節點；匯聚節點通過RS232串口與用戶管理平臺相連，管理平臺將收集到的信息數據保存到平臺數據庫中，實現數據的統一管理；用戶根據平臺數據庫提供的數據執行相應操作，以保證良好的豬舍環境。
2 系統硬件設計
2．1 傳感器節點硬件設計
傳感器節點能否準確地采集到豬舍環境信息數據，對整個監測系統的性能有極大影響。傳感器節點由傳感器模塊（溫濕度、二氧化碳、氨氣及硫化氫模塊）、微處理器模塊、射頻模塊及電源模塊等組成，其硬件框架如圖2所示。
匯聚節點與傳感器節點相比，不包括傳感器模塊，不具有參數采集功能，通過RS232串口與用戶管理平臺相連，設計中匯聚節點微處理器模塊和射頻模塊所用元器件與傳感器模塊中所用元器件相同。
2．2 模塊元器件選擇
傳感器節點是構成豬舍環境監測系統的基本組成單元，從系統成本及實用性角度考慮，傳感器節點應具有成本低、體積小、功耗低、適應性強等特點。根據系統設計需要，傳感器節點各模塊選擇元器件如下：
1）傳感器模塊。該模塊包含有溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、氨氣傳感器和硫化氫傳感器。溫濕度傳感器選用由Sensirion推出的SHT15傳感器［9］，該數字溫濕度傳感器基于領先世界的CMOSens?誖技術，溫度測量范圍－40－＋123 ℃，測量分辨率0．01 ℃，濕度RH測量范圍0～100％，測量分辨率0．03％，具有低能耗、抗干擾能力強及溫濕一體的特點，性價比高，可應用于多種場合；二氧化碳傳感器選用MH－Z14［10］，該傳感器是氣體檢測技術與精密光路設計、精良電路設計緊密結合制作出的通用型紅外氣體傳感器，測量范圍0～10 000 mmol／L（有多個量程可供選擇），精確度為±50 mmol／L ±讀數5％，具有良好的選擇性、無氧氣依賴性、壽命長，其內置溫度傳感器可進行溫度補償，同時具有數字輸出與模擬電壓輸出，方便使用；氨氣傳感器選用MQ137，該氣體傳感器對氨氣的靈敏度高，對其他有機胺（如三甲胺、乙醇胺等）的監測也很理想，使用壽命長、成本低、驅動電路簡單，是一款適合多種應用的傳感器［11］；硫化氫傳感器選用ME4－H2S［12］，該氣體傳感器檢測范圍0～100 mmol/L，靈敏度0．70±0．15 μA/mmol·L，分辨率0．1 mmol/L，具有功耗低、靈敏度高、線性范圍寬、抗干擾能力強等特點。
2）微處理器模塊。以ATMEL公司的ATmega128 L為核心，該款單片機工作電壓2．7～5．5 V，內置有高性能、低功耗的AVR?誖R8位微處理器，采用先進的RISC結構，具有8路10位ADC和2個可編程的串行USART接口，128 kb的系統內可編程Flash，多達64 kb的優化外部存儲器空間，除正常操作模式外，還具有6種不同等級的低能耗操作模式［6］，可滿足節點低能耗要求。
3）射頻模塊。選用TI公司的CC2530，該款芯片含有高性能、低功耗的8051微控制器內核，具有極高接收靈敏度和抗干擾性能的，并適應2．4 GHz IEEE 802．15．4的RF收發器，擁有8 kb SRAM，8路輸入8～14位ADC，具備各種供電方式下的數據保持能力，只需極少的外接元件即可形成一個簡單的應用系統［13］。同時，CC2530還具有主動模式、供電模式等不同的運行模式，運行模式之間的轉換時間很短，進一步確保了低能源消耗［14］，使其非常適應超低功耗要求的系統。
4）電源模塊。采用連續供電與電池供電2種方式，避免頻繁更換，保證系統長期運行，可有效降低系統能耗。
3 系統軟件設計
系統軟件設計主要指匯聚節點和傳感器節點的軟件設計。匯聚節點主要負責建立和啟動整個無線網絡，網絡建成后允許傳感器節點加入，協調和管理網絡通信，維護網絡穩定，接收傳感器節點傳送的信息數據，并通過RS232串口發送到用戶平臺，流程如圖3所示。
為增加靈活性，傳感器節點采用網狀拓撲，加入匯聚節點建立的網絡后，節點將各個傳感器所采集的環境參數數據（溫濕度、有害氣體濃度數據）通過RF射頻發送出去，流程如圖4所示。
4 小結
基于ZigBee技術的豬舍環境監測系統設計方案選用CC2530、SHT15等功耗低、適應性強、性價比高的元器件完成了節點的硬件設計，給出了匯聚節點及傳感器節點的軟件實現流程。結果表明，該系統可實現對豬舍內環境參數的有效采集，性能穩定、可靠，滿足設計要求。
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關鍵詞：能耗監管平臺；三網合一；管理
Construction of energy consuming inspection platform system research
Qiu Zhen, Zhao Xiaofeng
Beihang university, Beijing, 100191, China
Abstract: Energy management has become one the most important topics among a series of university management policies. Researchers of Beihang university have achieved a breakthrough in the development of effective university energy management. By utilizing the Internet, supply chain and sensor network along with the new method of data analysis, Beihang university can adopting the method of analyzing historical data, Beihang university can efficiently isolate energy usage problems.
Key words: energy consuming inspection platform; integration of three networks; management
我校能耗監測平臺系統利用現代化通訊技術、數字通訊及存儲技術、傳感器及控制技術以及最先進的計算機及網絡技術，并通過科學合理的整合和開發，對校園內的水、電、氣、熱、空調等能耗數據進行詳細的分類、分項采集和統計分析，形成各個監測單元的年度、月度、每日、每小時乃至每分鐘的能耗曲線，生成費用報表，并提供詳細的數據報表。同時提供有效的分析手段，指導能源的合理配置和利用，實現量化管理，建立起我校能源能量平衡管理和節能管理體系。總設計體現了“集中管理、分布監測、靈活構建”的思想。系統構架以校園網為主要媒介，對校園用能建筑、用能系統、主要用能設備進行監測，構建可靠性強、效率高、共享度高的校園能耗數據庫，建立能耗監測、統計、公示平臺。
能源管理已經成為高校各項管理過程中最重要的話題之一，如何有效地對提供的能源進行監控，進而對采集的能源數據進行分析，然后制定出管理部門所需的各級報表，從而在能源消耗以及管理上提出改進計劃已成為現階段各高校能源管理所面臨的主要問題。部分高校能耗數據統計粗放、管理疏漏、沒有科學的用能預測與監管，導致能耗數據要么不準確，要么人為捏造，增加學校進行節能監管的難度，實際上高校能源浪費現象普遍存在，節能任務嚴峻。究其原因，正是由于對高校缺乏有效地能耗數據監管，理論上缺少能耗數據模型的研究所造成。因此，建立以數據為基礎的能耗監管系統，動態掌握學校的用能狀況，建立科學的能耗模型，為推進節約型校園建設、實現高校節能減耗目標已勢在必行。
1 能耗監測平臺設計思路
能耗監測平臺系統結構復雜，涉及面廣，需要將儀表技術、現場總線技術、計算機監測技術、圖形圖像技術、軟件技術等多學科技術融為一體、高度集成。能耗監測平臺系統總體設計立足于技術先進性、穩定性和可靠性；系統功能的科學性和實用性、軟硬件的成熟性，滿足“節能型”校園能源分析、管理的需要，并保證長遠發展的兼容性。
2 能耗監測平臺系統總體架構及功能
能耗監測平臺系統以學校校園網為主體，無線傳輸網為輔建立起了學校三級能耗監測平臺系統。整個節能監測平臺系統是以計算機和通訊網絡為基礎的三級網絡模式，由節能監管中心、分類監控中心、現場采集監控系統和通訊網絡四部分組成(如圖1和圖2所示)。
圖1 網絡結構圖
圖2 北航節能監測平臺系統圖
能耗監測平臺系統主要完成五大功能：能耗監測、能耗分析、能耗報表、能耗管理、系統管理。系統大量采用圖形化分析工具，實時監測的各種參數可通過圖形化顯示，簡單、直觀而且美觀，可視性強。軟件界面運用多種形式(包括文字、圖形、圖像、多媒體等手段)使運行管理人員清晰、直觀、實時地掌握用能單元的所有信息，使運行管理人員非常方便、精準地管理用能系統。同時，可以利用曲線、圖表、餅狀圖、柱狀圖以及折線圖表示用能信息(如圖3和圖4所示)。
圖3 系統流程圖
圖4 系統報表
3 節能監管中心建設
為了實現能耗監測可視化管理，以100m2左右經過裝修、裝飾的房間作為節能監管中心機房，配備必要的硬件設備和系統軟件。
北航節能監管中心機房示意圖如圖5所示：
圖5 北航節能監管中心機房效果圖
3.1 硬件系統
硬件系統主要包括：服務器、交換機、管理計算機、大屏幕顯示設備、打印機及UPS等設備組成。
為保證能耗監測平臺系統的高可靠性要求，系統對運行中間件和數據庫服務器的主機采取主從模式。
主從模式是最標準、最簡單的雙機熱備，即是通常所說的Active/Standby方式。它使用兩臺服務器，一臺作為主服務器(Active)，運行應用系統來提供服務。另一臺作為備機，安裝完全一樣的應用系統，但處于待機狀態(Standby)。當Active服務器出現故障的時候，通過軟件診測(一般是通過心跳診斷)將Standby機器激活，保證應用在短時間內完全恢復正常使用。
3.2 軟件系統
能耗監測平臺系統主要針對校園中電量消耗、燃氣消耗、熱量消耗、冷量消耗及水資源消耗數據的采集、傳輸、分析管理。系統的軟件主要由兩大部分組成。
第一部分是數據監控，該部分的核心功能是通過一系列的可視化手段，保障相關管理人員能方便快捷地對北航的實時能耗情況進行掌控，同時對異常情況進行實時報警。
第二部分是數據分析系統，該部分的核心功能是通過一系列的業務計算(如對標體系，標準折算等)與數據倉庫與數據挖掘技術及相關統計分析算法，進一步從原始數據中發掘出節能的“知識”與措施(如圖6所示)。
圖6 數據倉庫系統結構圖
整個軟件系統抽象為以下核心粗粒度組件來完成大部分實際功能：數據采集引擎；數據變換與管理引擎；實時數據庫；數據倉庫；知識管理；面向對象的可視化組件UI；數據挖掘與分析工具集(如圖7所示)。
圖7 軟件系統結構圖
4 分類監控系統及數據采集
4.1 電力監測系統
電力監測系統主要是對校園內一級和二級變、配電室計量系統和部分典型建筑的三級計量進行采集監測。包括：引入的2路市電110kV電源，1座110kV主變電站和17座10kV配電室及部分分項電量計量。
共采集電量監測點923點，其中：一級參數44點、二級參數100點、三級參數779點。
電力檢測系統對主變電站和17個配電室的電參數進行集中監測。配置監測中心計算機，將主變電站和各配電室的用電情況進行集中監測，實現一級、二級和部分三級電量的在線監測(如圖8所示)。
圖8 北航電力監測系統數據采集界面圖
監測中心主機采用高可靠性的工業計算機，電力監測軟件采用專業的電力監測軟件。監測中心接收現場采集設備上傳的電參數數據，對這些數據進行分析、轉換、存儲，并以數字、曲線、報表等形式顯示在屏幕上，并將電能耗數據上傳至節能監管中心服務器進行綜合分析管理。便于電力監管人員能夠在辦公室通過計算機遠方瀏覽監測能耗系統運行狀態和調看各種運行報表。
4.2 供水系統采集監測
供水系統的集中采集監測是針對一級水量計量的采集監測，包括：市政給水、自備井及中水利用。由于供水系統一級監測點較少，而二級供水主要作為生產運行和建筑能耗系統管理，因此供水系統不單獨設子系統監測，而由節能監管中心集中監測管理。
4.3 供熱監控系統
集中供暖系統的熱源為燃氣鍋爐房內的3臺燃氣熱水鍋爐房，下設有9個間接供熱換熱站。在鍋爐房安裝溫度、壓力、電量、水量、熱量采集設備，構建學校集中供熱監控系統，配置供熱監控中心主機，集中采集鍋爐房及各換熱站的運行參數和能耗數據，再通過校園網將采集的數據傳送節能監管中心服務器，實現供熱系統能耗在線監測。
通過以后對供熱生產現場運行設備的改造，配合能耗檢測平臺，就可以實現對生產過程進行自動監控，實現氣候補償、變頻節能和分區供熱的自動控制，實現運行數據采集、設備控制、測量、參數調節以及信號報警等多項功能，從而可使供熱生產現場設備在“無人值守”的自動控制下安全平穩運行。節能控制的運用、各種運行參數的實時監測與調整能夠使能源利用和系統運行始終處于科學、合理、經濟狀態，為現場安全管理和高效節能提供了保障。供熱監控系統不僅以本鍋爐房(換熱站)為單位自成體系，也將相對分散的各供熱現場的能耗數據、運行數據和實時狀態集中傳輸到節能監管中心，為相關部門提供基礎數據支持。本地鍋爐房、換熱站現場監控設備作為底層基礎數據源通過網絡通訊方式，與供熱監控中心主機實時進行數據交換，實現了對整個供熱網絡的集中監控(如圖9和圖10所示)。
圖9 熱網系統圖
圖10 換熱站系統圖
監控中心接收現場采集設備上傳的供熱運行數據和能耗數據，通過對這些數據進行分析、轉換、存儲，以數字、曲線、報表等形式顯示在屏幕上，并將能耗數據上傳至節能監管中心服務器進行綜合分析管理。
4.4 通訊網絡
能耗監測平臺系統通訊網絡組網方案利用了現有的校園網絡作為數據遠傳網絡，數據傳輸速度快，維護及使用成本低。
現場能耗采集設備通訊主要為有線方式，采用校園網或485總線通訊。所有數據通過校園網或485通訊總線傳輸到分類監控中心或節能監管中心主機。采用RS485現場總線將多臺水表、電能表、熱量表分別連接至網絡服務器或現場采集監控設備，再通過校園網將采集的能耗數據上傳至分類監控中心和節能監管中心。
對于特殊場合不具備有線傳輸條件的采集點，系統采用無線物聯網通訊技術，使用了無線網絡與主干網結合的組網方式，很好地利用了已有的基礎網絡。
部分水表數據傳輸使用了無線網絡，現場安裝方便，不需要破土布線，后期維護方便，成本低，電表數據傳輸中，使用了現有的RS485總線，在有數塊電表集中的場所可以只用一個信號采集裝置，節省成本；信號采集裝置與信號傳輸裝置以無線方式連接，現場施工及后期維護方便，成本低，整個系統無運行費用。
5 結束語
本系統采用了高校校園網、無線物聯網相結合的方法實現對高校的水、電、氣消耗的實時在線監控，可以迅速、準確地了解高校各建筑物以及用能點的能耗狀況，以便采取相應措施改善學校的用能環境，制定節能方案，提高能效。建設高校能耗監測平臺，對于促進高校能源節約和合理應用，緩解能源供應與社會經濟發展的矛盾，加快發展低碳經濟，推進節約型校園建設有著舉足輕重的作用，也是保障能源供給和節能育人的重要保障。
參考文獻
針對傳統醫院環境監測系統現場布線難、設備移動性差、測量精度不高的問題，提出了一種基于無線傳感器網絡(WSNs)技術的醫院環境監測系統，并詳細介紹了該系統的結構、通信機制及軟件實現流程。系統由無線傳感器節點依據無線通信機制形成WSNs。在分析影響WSNs能耗的主要因素和現有節能技術基礎上，提出了一種基于能量均衡的數據可靠傳輸算法，即動態能量管理分簇算法(DPMCA)，該算法把DPM技術和CA有效結合，有效解決了傳統醫院環境監測系統中存在的問題。
關鍵詞:
無線傳感器網絡;環境監測系統;能量均衡;數據可靠性傳輸
繼互聯網和移動網絡之后，物聯網成為信息科技的第三波浪潮，無線傳感器網絡(wirelesssensornetworks，WSNs)技術將在物聯網中起到舉足輕重的作用［1］，并引起了人們越來越多的關注。近幾年，短距離無線通信技術得到快速發展，被廣泛應用于無線環境監測中，然而如何實現一種低成本，易于維護與擴展，測量精度高，可靠實用并適合我國國情的醫院環境監測系統，仍是亟待解決的實際問題。本文提出了一種基于WSNs的醫院環境監測系統，通過軟硬件相結合實現了醫院環境的溫度、濕度以及光照強度等數據的實時監測。在分析影響WSNs能耗的主要因素和現有節能技術基礎上，本文提出了一種基于能量均衡的數據可靠傳輸算法［2］，即動態能量管理分簇算法(dynamicpowermanagementclusteringalgorithm，DPMCA)，該算法把DPM技術［3］和CA有效結合。實驗與仿真結果顯示:該算法有效實現了網絡能量均衡、延遲了WSNs的生命周期，提高了醫院環境監控系統的數據傳輸可靠性。
1醫院環境監測系統方案設計
系統在醫院樓道、科室單元設置匯聚節點，以環境監測裝置為單個節點，在樓層內采用無線網絡把節點的讀數集中到位于樓層底部或中部的匯聚節點，然后由匯聚節點經過處理后通過醫院內網或短信方式發送到監控中心。系統主要由三部分組成:1)安裝在樓道、科室單元中有無線數據傳輸功能的環境監測裝置(無線傳感器節點);2)安裝在樓層內的匯聚節點;3)上位機顯示部分。整個醫院環境監測系統總體結構如圖1所示。環境監測裝置作為傳感器節點，它是采用自組織方式［4］進行組網并利用無線通信技術進行數據轉發，節點都具有數據采集與數據轉發雙重功能。節點對本身采集到的信息和其他節點轉發給它的信息進行初步的數據處理之后以相鄰節點接力傳送的方式傳送到匯聚節點，然后通過匯聚節點以醫院內網、短信等方式傳送給監控中心，通過上位機實時顯示醫院環境的溫度、濕度以及光照強度等數據。
2系統硬件設計
醫院環境實時無線監測節點(圖2)由微處理器、傳感器、存儲器、無線通信模塊、電源模塊等主要模塊組成。在系統中，處理器采用STC10L系列單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機。無線通信模塊采用的是CC1101模塊［5］，該模塊一種低成本真正單片的UHF收發器，基于0．18mmCMOS晶體的Chipcond的SmartRF04技術，性能穩定、高靈敏度且功耗低，可確保短距離通信的有效性和可靠性。電源模塊主要為節點和其它模塊提供正常工作所必須的能源;傳感器模塊主要用于感知、獲取監測區域信息，然后由A/D轉換器把模擬量轉換成微處理器能夠接收的數字量，并傳送到微處理器;微處理器主要作用就是對接收信息進行處理和對各節點工作進行協調;無線收發模塊負責與其他節點傳感器節點進行無線通信，交換控制信息和收發采集數據。傳感器節點與匯聚節點在硬件設計上主要在電源模塊部分和無線通信模塊部分［6］。傳感器節點基本靠電池供電，主要負責采集數據和一定的轉發相鄰節點數據的任務，所以，通過使它大部分時間處于休眠狀態來延長節點的壽命;匯聚節點不僅需要采集數據，而且負責網絡建立與發出各種命令、匯聚終端節點傳感器節點發送過來的數據并上傳至監控中心，所以，硬件設計上需要增加存儲器并采用電源供電，這樣可以有效地維護系統的穩定性和可靠性。
3系統軟件設計
由于傳感器節點能量有限，如何有效地做到網絡能量均衡，延長WSNs的生命周期，提高數據可靠傳輸是設計WSNs的一個重要問題。在分析影響WSNs能耗的主要因素和現有節能技術基礎上，本文提出了DPMCA，該算法把DPM技術和CA有效結合。
3．1DPM節能技術DPM是一種能夠有效降低系統能耗而又不影響系統性能的方法［7］。在低功耗硬件設備基礎上，DPM技術可以進一步減少能量消耗，延長電池工作時間。節點周圍如果沒有要處理的事件發生，一部分模塊就會處于空閑狀態，這時也可以讓這些模塊停止工作或讓其處于休眠狀態。為了能夠使功耗最小，通過軟件設計DPM狀態，根據外部任務和內部狀態實時動態地改變系統的工作功率狀態。無線通信鏈路質量與節點間無線通信能力密切相關。鏈路質量可以通過包接收率(packetreceptionratio，PRR)直接度量，也可以用接收信號強度指示(receivedsignalstrengthindication，RSSI)和鏈路質量指示(linkqualityindication，LQI)兩個參數來評估，而且兩者之間的關系式可以用式(1)表示。隨著環境的不同，門限值也會發生變化，一旦達到某個門限值，鏈路都可以達到一個理想的PRR，因此，使用RSSI值來評估鏈路質量，獲得維持最小連通度的RSSI值。
3．2DPMCA為了便于研究，本文進行如下假設:1)假設網絡內所有節點的地位都是平等的，在初始狀態下，所有節點都具有相同能量，其能量管理策略釆用動態能量管理，而且還具有自適應調整發射功率的能力。如果獲得對方發射功率，節點能夠根據RSSI計算出通信距離［9］。2)假設所有節點不僅ID標識是唯一的，而且還具有獲取其他節點ID標識的能力。借鑒LEACH的一些基本思想，并以循環方式隨機選擇簇頭，提出了一種應用于中小規模WSNs的DPMCA，而匯聚節點與普通傳感器節點的軟件實現存在一定的區別，匯聚節點的軟件實現流程圖如圖3所示，普通傳感器節點軟件實現流程圖如圖4所示。1)在初始階段:簇頭比例和第一次簇頭節點的選舉由匯聚節點統一確定，剩下各輪簇頭節點通過新一輪選舉產生。為了能夠使簇頭達到最優，在監測面積和傳感器節點總數目已經確定的情況下采用遺傳算法［10］合后發送給匯聚節點。7)上位機顯示:由匯聚節點匯聚終端節點傳感器節點發送過來的數據并上傳至監控中心，并在上位機上實時顯示醫院環境的溫度、濕度以及光照強度等數據。
4系統測試與性能分析
首先搭建了硬件系統，并通過無線自組網的方式進行無線組網，最后在電腦上位機顯示相應數據。原型系統如圖5所示，上位機顯示如圖6所示。通過對每個模塊進行單元功能測試，實驗表明:各個單元模塊可以實時采集當地監測區域的環境參數，上位機正常顯示，系統各項功能運行良好，能夠實現預期效果。對簇頭進行優化。2)簇頭的形成:監測區域被統一劃分成若干個簇，匯聚節點根據最優簇頭比例對區域進行劃分，假設簇頭比例為所需簇頭個數與節點總數的比值，則對第r輪的簇頭選擇閾值如式(2)所示。3)組簇:簇頭向區域內所有節點廣播自己的ID并成為簇頭的公告(advertisementofclusterhead，AOCH)。同時，簇頭之外的傳感器節點(sensornodes，SN)判斷不同簇頭廣播的AOCH信號強度，并發送注冊(registration，REG)信息給信號強度最大的簇頭，加入其所在域，并形成簇內ID信息列表ID_List。4)簇內傳送:各個終端以單跳或多跳的形式向簇頭節點傳輸數據。5)判斷是否更換簇頭:簇頭根據自己的剩余能量判斷是否更換簇頭，若需要更換簇頭，則重新第2步，本文采用靜態組簇的方式，即第1分簇后各簇內成員不發生變化。6)匯聚:簇頭負責將簇內所有節點的數據進行相應融合對DPMCA的性能進行了評估，并做了相關實驗:在DPMCA和LEACH算法下，網絡存活率隨工作時間的變化情況的比較，如圖7。從圖7中可以看出:DPMCA有效地延長了醫院環境無線監控網絡的生命周期，相比傳統LEACH算法延長了2～3倍左右，防止傳感器節點過早死亡引起數據丟包，從而提高了數據傳輸的可靠性。
5結束語
該系統應用當前熱門的WSNs技術實現了醫院環境無線實時監測系統，具有使用方便、易于尾部、靈活可靠等特點，且具有很強的實用性。針對WSNs技術中數據可靠性傳輸問題，提出了一種DPMCA，該算法把DPM技術和CA有效結合，實現了網絡能量均衡、延長了WSNs的生命周期，防止傳感器節點過早死亡引起數據丟包，提高了醫院環境監控系統的數據傳輸可靠性。設計對醫院環境監測的應用和研究具有一定的參考和指導意義。
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關鍵詞：空中交通；監測系統；高速；數據傳送；方法；結構設計；應用；分析
在實際應用中，空中交通監測系統是一種利用遙感監測技術實現的、用于進行大規模的社會事件情況下，路面交通運行管理實現的一種技術手段，它在自然災害以及社會集會等情況下的應用相對較多。通常情況下，空中交通監測系統利用空中遙感監測技術實現對于路面交通情況的監控管理中，通過進行具有高分辨率的攝像機以及照相機設備的配備應用，并在交通管制區域的上空進行盤旋運行，以通過攝像機與照相機對于地面道路的交通運行數據情況進行采集，并將采集視頻與圖像等數據信息，以無線通信方式傳送到地面指揮與控制中心，以此實現對于整個路面交通情況的監測管理。數據通信傳輸是空中交通監測系統的重要結構部分與功能組成，尤其是高速的數據傳送軟件系統，對于實現空中交通監測系統運行數據的實時、快速以及高校傳送具有關鍵作用和積極意義。
1 空中交通監測系統的高速數據傳送結構分析
數據通信與傳送是空中交通監測系統中重要的功能與結構部分，高速的數據通信與傳送軟件，對于保證整個空中交通監測系統的快速、實時與準確數據通信傳輸具有積極作用和意義。
本文所要論述的空中交通監測系統的高速數據傳送結構，也被稱為是空中交通監測系統中的數據采集與存儲系統結構，它主要是由空中數據采集與存儲系統和地面數據采集與存儲結構系統兩個結構部分組成。空中交通監測系統數據采集與存儲結構情況，在數據采集與存儲系統中，空中系統結構部分主要是由圖像采集設備以及定位與慣性平臺、無線通信、計算機等結構單元組成，其中，數據采集與存儲空中，系統中的圖像采集設備主要有高分辨率的數碼照相機，以及彩色攝像機、紅外攝像機等，分別安裝于空中交通監測系統的頭尾兩個結構部分；定位與慣性平臺結構單元主要是用于進行準確定位和姿態校正；機載移動計算機設備則是一個小型的嵌入式計算機控制單元設備具有較好的穩定性與兼容性，并且使用過程中能耗比較低。而空中交通監測系統中數據采集與存儲的地面系統結構部分，通常根據運行監測與管理的實際需求，多設置在地面交通指揮中心，主要是由服務器以及通信系統設備等組成。
2 系統中高速數據采集與傳輸方式
空中交通監測系統中實現數據的高速采集與傳輸、存儲，主要是通過上述數據存儲與采集系統中的高速串口ESCC-104-ET和視頻采集卡MPEG4000兩個單元部分實現的。其中，在空中交通監測系統的數據通訊與傳輸過程中，串口通訊是一種計算機數據進行交換實現的常用方法，一般情況下，在進行計算機數據交換應用中，普通的串口通訊中數據進行交換與傳輸的最大速率為每秒38.4kb，為了實現空中交通監測系統中數據的高速通訊傳輸，上述數據采集與存儲系統中對于圖像采集實現專門使用特定的數碼相機，圖像數據信息采集中不僅具有較大的視場角度，并且像素單元也比較大，供系統選擇應用范圍廣，在進行圖像數據的存儲中，以CR2格式為例，平均一副圖像文件的大小約為16Mb，下穿圖片以JPEG格式為主，其壓縮比為1：8，對于瀏覽效果不存在較大影響。通常情況下，普通串口進行一幅靜態JPEG圖片下載實現平均需要時間超過空中監測系統在空中循環運行中停留的時間，因此，為了滿足對于圖像信息的傳輸，就需要此阿勇高速串口通訊方式進行圖像傳輸實現。高速串口通訊卡主要采用PCI總線控制方式，以Siemes 82532芯片進行設計實現，具有一邊進行數據接收和一邊進行存儲、下傳的功能。
此外，為了實現空中交通監測系統對于路面交通情況的實時監測與高速數據通信，系統中還應用了MPEG4000采集卡，以對于系統中攝像機采集的視頻數據進行轉換、壓縮與通信傳輸實現，同時該采集卡也是一個視頻采集模數的轉換以及壓縮硬件接口卡，以實現對于空中交通監測系統中數據信息的高速通信傳輸實現。目前，該數據采集與存儲方式在實際空中交通監測中已經有較多的設計實現和應用。
3 應用前景
國外俄、德、日、美等國，已經相繼實現了空中監視地面交通，同時應用在了多屆的奧運會中。當下，我國的上海、廣州等地交警，都在配備空中的交通檢測平臺，若可以運用該項數字技術，一定會提升其自動化程度。
4 結束語
高速數據傳送是一種能夠滿足空中交通監測系統快速、同步、實時并且準確的進行數據通訊傳輸的一種方式，進行該方式的分析研究，有利于在空中交通監測中的推廣應用，具有積極作用和意義。
[參考文獻]
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關鍵詞：火電機組 節能減排 在線監測系統 設計應用
中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）11（b）-0016-02
當前節能減排工作已經成為電力企業工作中的重點，而節能減排在線監測系統則在整個工作中成為了不可缺少的一部分。為了更好地完成節能減排的目標，電力公司必須要進行合理的統籌，開發和應用火電機組節能減排在線監測系統，利用先進的科學技術手段來降低火電機組的能耗，使資源的綜合利用效率得到進一步提高。
1 火電機組節能減排在線監測系統的架構設計
火電機組節能減排在線監測系統主要由3個層次組成，分別是數據采集、通訊網絡以及監控中心。
1.1 數據采集
在采集數據的過程中必須要結合當地的實際情況，如此可將采集數據的方式分為3種：直接從大區獲取相關信息，或者是在電廠的生產控制區獲取。使用硬接線的方式從DCS系統上獲取。如果是從電廠管理信息大區獲取數據一般是需要在網絡設施比較健全的電廠，這種方式需要嚴格按照國家的法律文件來執行。
1.2 通訊網絡
通訊網絡層次主要負責的是對數據進行封裝，這些已經采集的數據經過數據網絡技術，或者是其他的無線網絡技術進一步的傳遞到監控的中心層。ATM技術是火電機組節能減排在線監測系統的運行的基礎，它和GPRS技術相比較而言，數據傳輸的安全性比較高，而且網絡穩定性也比較好[1]。
1.3 應用中心
應用中心層包含的內容比較多，具體有：數據中心，主要是由實時采集到的數據和統計分析的數據庫構成的；數據的采集和調度，把已經采集的數據按照通訊規約來進行具體的封裝工作，數據文件正是通過這樣的方式形成的。實時的數據需要被寫到數據庫中；業務計算，最主要的目的是實時的計算已經完成的指標。如果在計算的過程中出現了停運或者異常的情況可以通過事件形式進行輸出，而且還可以對現場采集到的各類數據的相關性進行一系列的分析和告警；業務的應用和服務，技術支撐為J2EE架構，設計思路為MVC。在分層設計的過程中要充分利用MVC設計理念，再把數據的操作、系統的邏輯處理以及頁面的具體表現情況進行分層處理，實現各個層面之間的相對獨立性。
2 火電機組節能減排在線監測系統的功能表現
2.1 檔案管理的工作
火電機組節能減排在線監測系統主要包含了企業、供熱系統、脫硝設施、燃料系統以及各種燃氣機組、鍋爐系統信息、汽機系統信息、脫硝設施的信息、企業的基本信息等。
2.2 進行實時的監控
系統可以把已經采集到的數據按照機組為單位，再把實際的工藝流程如圖進行動態的展示。比如在脫硫監管的環節，所展示出來的圖就主要是脫硫前的二氧化硫濃度、氧量、煙囪入口的濃度等，然后再進行科學的計算。
2.3 查詢和分析
對于數據的查詢和分析功能，系統會專門的提供相應的數據查詢和分析組件，然后輸入相關信息之后就可以自行的查詢和分析需要的數據。而且也可以支持對歷史數據進行查詢，另外也可以將一些數據的限值以及有關系的事件顯示出來。
2.4 分析故障
系統對故障的分析功能主要表現在對數據的超限分析功能和數據的異常分析功能。具體表現在：第一，通訊故障報警；第二，數據質量分析報警。
2.5 統計工作
系統在設計的過程中需要緊密的結合政府近些年來出臺的相關法律文件，比如一些具體的運作流程，如脫硫脫硝、資源綜合利用等。利用不同的數據分析模型對數據進行分析，然后再按照考核維度來制定不同的報表[2]。
2.6 管理^程
系統的管理過程分為對用戶的管理，按照用戶的不同等級將其設定不同的訪問權限，比如對于電廠級別的只可以訪問該電廠的所有數據，而地市級的訪問權限則更大一些。正是由于設置了相應的訪問權限，所以系統的安全性能才會大大提高。查詢日志，通過日志的形式來對系統中的登錄操作過程和數據操作過程進行記錄。系統的管理員可以對日志刪除的時間間隔進行設定，然后再提供相關的查詢頁面。公告管理的功能，系統可以讓一部分的用戶在系統中相關的文件，同時也把這些文件進行進一步的分類。
3 火電機組節能減排在線監測系統的應用
3.1 計算污染物的指標
對單臺火電機組的汽機熱耗、實時供電煤耗等相關的指標進行計算，然后在計算的基礎上把功率作為權重的指標，計算火電機組實時發電煤耗以及供電煤耗。脫硫指標則是需要結合電廠的實際生產情況，修正、折算相關的指標，使最終的結果更準確。SO2濃度和煙氣流量的指標則是需要對數據進行預處理，再把SO2的濃度和煙氣流量折算。污染物統計指標如表1所示。
火電機組節能減排在線監測系統可以通過對實時的數據進行計算和處理，進而實現對關鍵數據的計算和分析。
3.2 對數據統計報表的具體應用
在線檢測系統的設計過程中專門設計了報表，在火電機組節能減排的過程中也得到了應用。比如為了更好的對脫硫在線數據的統計和分析，就可以使用統計報表的平臺。這個平臺最可以以最基本的指標項為基礎，進而對數據和指標進行一系列的處理。用戶可以根據自己的需要來選擇合適的模板，后臺的報表服務系統會根據模板的不同來自己完成抽取數據、數據關聯以及最后生成報表的過程。在線報表系統會提供不同的統計方式，如日、月、季度或者是年等，這樣可以在獲取數據的過程中對數據進行有效的對比，從而對數據了解的更加透徹。
3.3 對數據監測功能的應用
數據監測最需要滿足的條件就是實時監測，而實時監測系統包含了網絡的運行狀態、系統的運行狀態、接口軟件的運行狀態以及網絡狀態和實時數據刷新的狀態等。利用數據監測報警平臺可以對不同類型的數據進行實時的檢測，一旦出現網絡狀態異常或者是數據超限等情況就會自動報警。在線監測系統還可以結合電廠的實際需要來對系統的一些配置項進行修改，而報警信息也可以通過客戶端等方式來進行查詢。另外也可以利用電子平臺或者短信等及時的推送異常信息。
4 結語
火電機組節能減排在線監測系統中包含了燃料、環保和供熱等相關的數據，這個系統的設計和實際應用將會對數據化管理的實現奠定基礎，對火電機組的運行狀況進行更加全面的管理和監測，促使節能減排目標的實現。
參考文獻
本文針對當前供暖系統的現狀，研制了一種計算機供暖監測系統，并將該系統應用于實際工程，對測試結果進行了溫度、供熱面積熱指標和節能分析。
關鍵詞
監測系統 面積熱指標 熱負荷
隨著城市建設的日益發展和環境保護意識的不斷增強以及節能的要求，城市集中營供熱系統的規模在不斷擴大，供熱面積不斷增加，供熱系統的運行調節與管理了變得更加復雜。因此采用先進的計算機應用技術對供熱系統實行實時狀態監測、指導系統運行具有十分重要的意義。它不但可以及時檢測系統參數、調節熱網[1]，而且能夠健全運行檔案、實行量化管理，從而提高系統設備的運行效率，減少能耗，改善供暖質量。
一、計算機供暖監測系統
1．系統組成
監測系統主要由工控機（微機監測儀）、流量傳感器、測溫元件和信號線等組成。如圖1所示，工控機接受A/D轉換器轉換后的數字信號和計數器頻率信號，進行計算、轉換，實現各種參數的顯示和計算；測溫無件測量并輸出溫度信號，進行計算、轉換，實現各種參數的顯示和計算；測溫元件測量并輸出溫度信號；流量計輸出流量信號。
圖1 計算機供暖監測系統示意圖
2．工作原理
當流體流經安裝在管道里的渦輪時，即流經渦輪葉片與管道之間的間隙時，由于流體的沖擊作用，將使渦輪發生旋轉。在測量范圍內，渦輪旋轉的轉數與流體的容積流量呈近似線性關系，也就是渦輪的轉速與流量成正比。渦輪的旋轉通過磁電轉換器變換成電脈沖，而這信號的脈沖數與渦輪的轉速也成正比[2]。此脈沖信號經前置放大器放大后，經過信號調理電路，以CTC（Counter Timer Circuit）作為流量的頻率計數器，再經過密度修正后，通過STD（Standard）總線送入工控機進行計算。同時，由鉑電阻溫度計經過TB系列溫度變送器轉換，送出溫度模擬信號，經信號調理電路，進入帶有光電隔離的"A/D"轉換器，在此完成模擬信號到數字信號的轉換，數字信號送入工控機。工控機中裝有在UCDOS平臺上開發的供熱系統監測軟件（C語言編程），在工控機中進行瞬時熱量、累計熱量等參數的計算，然后通過打印機打印輸出。
3．功能
系統主要包括總貌圖、溫度計、參數表、趨勢圖、控制臺、備份、變量表、文件、報表、查詢等功能塊。它能實現供回水溫度、室內外溫度、循環水量、瞬時熱量和累計熱量等參數的實時監測，根據需要打印溫度、流量、熱量變化趨勢圖，還可存貯，調用歷史數據，以便查詢、研究。
二、應用
該監測系統在北京建筑工程學院（熱力站供暖系統）和北京育新小區（鍋爐心供暖系統）進行了實際應用與測試，下面對測試結果進行分析。
1．室內外氣溫和熱負荷分析[3]
由圖2、3可以看出，對于熱力站供暖系統，二次網的供回水溫度波動較小，但室內溫度波動較大且與室外溫度的變化趨勢基本保持一致。這是因為一次網的供水溫度由熱力公司控制，在一段時間內或某一天其值基本保持恒定，而一、二次網的流量波動很小，所以，二次網的供回水溫度波動較小，系統的供熱量也基本不變（瞬時熱量變化較小）。而對用戶來說，當室外溫度降低，熱負荷增加，如供熱量不變，室內溫度降低；反之亦然。
鍋爐房供暖系統的供回水溫度波動較大，因為工作人員會根據室外氣象條件的變化來調節鍋爐的出水溫度，決定什么時候啟爐，什么時候停爐以及開幾臺爐，所以供水溫度基本上是隨著室外溫度的變化而變化的（存在時間滯后），瞬時熱量變化也較大寫室外溫度降低，用戶熱負荷增加，工作人員調節鍋爐燃燒狀態。提高供水溫度，增加供熱量。即工作人員根據室外氣溫的變化，調節供熱量以滿足用戶熱負荷的變化。所以鍋爐房供暖系統的用戶室溫比熱力站供暖系統波動小。
圖2 北建工1#熱力站參數變化趨勢圖（2000.3.8）
圖3 育新小區參數變化趨勢圖（2000.1.22）
2.供暖面積熱指標分析
由表1可以看出，在整個采暖期中，北建工1#熱力站供暖系統有育新小區供暖系統平均供熱指標（對應-9℃下）為72.5w/m2和44.1 w/m2，而實際需要的供熱指標（-9℃下）為55.3 w/m2和41.1 w/m2，為節約能源和減少污染，供暖面積熱指標可控制在45w/m2左右。
轉貼于
3．節能分析
【關鍵詞】ZigBee技術 在線監測系統 變電站
無線器網絡知識通過大量傳感器節點相互協調，節點采用隨機或特定的方法設計在目標環境內，獲得周圍環境下的信息并完成相應的任務。
1 簡述ZigBee技術及其優點
ZigBee是目前新興的短距離、低速率無線網絡技術，主要用來實現近距離無線連接。該技術采用無線電標準，在數千個傳感器合理協調實現通信。上述傳感器只需少量的能力，由無線電波把信息由傳感器傳送到另一個傳感器，產生較高的通信效率。ZigBee技術具有成本低、網絡容量大、可靠性高、低能耗等優點，廣泛應用在工業、農業、軍事偵察、家庭自動化等領域。ZigBee技術傳輸速率低，協議相對簡單，能在一定程度上降低運行成本。其網絡容量較大，每個ZigBee網絡最多能支持255個設備，換言之每個ZigBee設備能與254臺設備相互連接。ZigBee技術主要用于短距離且數據傳輸速率不高的各類電子設備中。
2 基于ZigBee技術設計變電站在線監測系統
2.1 系統總體框架
ZigBee技術非常適用于投資少、網絡安全要求高、數據吞吐量小的場合，能廣泛應用于工業和家庭智能化、醫用設備等領域。變電站無線通信網絡建成后，在信號覆蓋區域任意角落均可連接無線網絡，說明ZigBee技術具有較強的可擴展性和靈活性。在變電站在線監測系統中，實時性是其另一項重要字表。ZigBee無線通信網絡增設的節點網絡參與時間為30ms，節點由休眠至進入狀態典型時延為15ms，滿足系統實時性要求。變電站在線監測系統主要包括硬件和軟件兩個部分，硬件由處理器、ZigBee傳輸模塊、圖像及溫濕度采集等模塊組成。其中，ZigBee模塊主要用來將溫濕度信息。變電站場景等信息上傳至控制中心。
2.2 合理設計硬件各模塊
2.2.1 挑選恰當的處理器
該設計系統要求CPU必須具備高速的數字信號處理能力，必須對接收的溫濕度信息、圖像信息等進行數據處理，完成變電站在線監測的效果。本次設計采用TMS320VC5509數字信號處理芯片為中心處理器，該芯片是一種性價比高的DSP芯片，其采用1.6V核心電壓及3.3V接口電壓，最低能支持0.9V核心電壓運行。
2.2.2 設計圖像采集模塊
圖像采集模塊主要負責實施收集變電站場景信息，該系統使用OV7670型號的圖像傳感器，其是一種體積小、成本低、功耗低的嵌入式單片圖像傳感器，工作電控控制在2.45～3.0V。
2.2.3 設計溫濕度采集模塊
因本次研究的重點不是傳感器，因此，本系統只采用一個溫濕度傳感器采集該變電站溫濕度數據，隨之借助無線收發模塊傳送至主節點上。傳統的溫濕度傳感器通常需要涉及信號調理電路并由復雜的校準和標定過程中，因此，無法保障測量的準確度。文中采用某公司推出的新型溫濕度傳感器，該傳感器把CMOS芯片技術和傳感器技術合理結合，有效發揮兩者的互補優勢。該溫濕度采集模塊主要負責及時采集溫濕度信息，本系統挑選瑞士公司生產的SHT11型號溫濕度傳感器，該傳感器工作電壓控制在2.4～5.5V，其測量精度高、穩定性更強。
2.2.4 設計ZigBee模塊
該模塊主要功能是將溫度信息、變電站場景等信息傳遞至上位機管理系統內。本系統使用CC2530芯片作為ZigBee模塊的核心，該模塊設計可編程內存、高性能RF收發器、低功耗的8051內核。
2.2.5 設計RS232串口電路
設計合理的RS232串口能實現芯片與ZigBee模塊實現實時通信。本系統使用某公司生產的MAX3232轉換芯片，該芯片是一種標準的收發系統，工作電壓控制為3.0～5.5V。
2.3 設計系統軟件
變電站在線監測系統軟件主要由微處理器程序、射頻收發模塊、初始化程序等部分組成，初始化程序主要用來對轉換器、射頻芯片等設備實施初始化操作。發射程序把創建的數據包借助單片機接口傳送至收發模塊并及時輸出。接收程序準確接收數據后，并給予針對性處理。如果系統準備就緒，創建并成功實施網絡連接后，ZigBee網絡開始傳送溫濕度等模塊收集的數據信息。信息傳送完成后，上位機管理系統實施對數據展開分析和處理，從而達到實時檢測變電站信息的目的。在線監測系統工作流程如圖1。
3 結束語
總之，文中根據變電站在線監測系統的具體需求，分析傳統有線連接網絡的不足之處，闡述ZigBee技術的主要優點，針提出采用無線網絡代替傳統網絡在線監測系統的設計方案，并將該設計廣泛應用于電力系統中。
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關鍵詞：多元交互平臺；智能流程；連續裝卸控制管理系統
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）16-0027-02
港口作為吞、吐、集、散樞紐的基地，是現代化綜合運輸系統的關鍵環節。隨著運輸船舶大型化、專業化的發展，港口吞吐量急劇上升，通過提高連續裝卸碼頭的自動化水平，降低生產成本、提高勞動生產率的作用日益顯著，近年來，隨著科技的不斷進步，控制技術和產品不斷更新換代，為設計出既有利于提高自動化裝卸水平，又具有良好可擴展性的系統，提供了技術支撐。
本研究課題依托于廣州港南沙糧食通用碼頭控制管理系統項目，以先進的自動控制技術、計算機技術、網絡技術為基礎，分析糧食連續裝卸作業與管理的特點，研究開發先進的控制技術，為用戶提供更科學、合理、可靠、實用、高效的糧食連續裝卸控制管理系統。
1 控制管理系統功能分析
港口連續裝卸控制管理系統包括流程作業、測溫、計量、電量檢測、生產管理、視頻監控、語音廣播等子系統，按主要功能可以劃分為管理功能、流程控制功能、電力監測功能以及視頻監控功能四個功能模塊。
1.1 管理功能
管理功能主要包括日常的工藝管理、設備管理、生產管理等任務，用來生成各種生產報表及管理報表。管理數據獲取途徑有手工錄入、控制CPU采集及電力監測等系統數據共享等。
1.2 流程控制功能
通過TCP/IP協議與掛在同一Ethernet網的PLC進行數據交換，對現場設備按照工藝規則進行控制，可以遠程或就地完成作業流程的預選、起動、停止，實現自動化生產
控制。
1.3 電力監測功能
作為控制管理系統的輔助監測手段，實現遠程自動抄表功能，同時可以對用電情況進行在線能耗分析，電力監測的數據來自于放置在低壓控制室中的遠程終端，這些終端按一定數據格式通過RS485協議向上傳送信息。
1.4 視頻監控功能
視頻監控系統采用數字化存儲技術通過TCP/IP協議與掛在同一Ethernet網的交互平臺進行數據交換。視頻監控完成港口碼頭生產、安保的視頻實時監控、存儲、回放的
功能。
2 智能多元交互平臺技術
港口連續裝卸系統工藝復雜時，傳統的通過固定流程編號或靜態表法來確定流程的控制的方式已經很難適應操作的靈活性，為了使大型散糧筒倉系統的流程控制更加便捷和高效，我們開發出智能化流程選擇技術，能夠實時接收、處理操作員通過上位監控系統點擊動作，操作員無需察看設備狀態（如遠程、故障、運行等），也無需關心工藝路徑（如是否有交叉等），只需根據工藝目的，順序點選首設備、中間設備、尾設備，即可自動獲得可供選擇的有效路徑。
對于復雜的裝卸工藝，通過智能化流程選擇技術形成的有效路徑可能是兩條或兩條以上，在流程控制功能模塊中，只能依靠操作人員進行人工選擇，為此，我們針對每條路徑應用電力監測系統的數據進行能耗預測，從而能夠基于耗能指標選出最節能的有效路徑。
由于流程控制系統和電力監測系統是獨立的，因此，我們提出并實現開放的多元交互平臺，讓管理、流程控制、電力監測、視頻監控等獨立系統完全實現數據共享。各系統功能相互獨立，利用網絡技術將儲運系統共享一個交互平臺，實現雙向、分層、開放互聯實時可靠的控制管理信息系統，優化生產管理過程。各功能模塊之間通過統一的接口協議規劃，能夠在統一的信息交互平臺實現數據同步編輯、存儲、更新。其中包括工藝流程作業系統的全部數據、管理系統的全部數據、電力系統的全部數據、計量系統、生產輔助系統以及視頻監控數據等。同時，實現人機交互界面的多元化，各功能模塊可以通過交互平臺對其他功能模塊實現相應的操作。
3 應用實例
本研究依托廣州港南沙糧食通用碼頭自動控制系統項目，該項目建設1個7萬噸級和1個10萬噸級的糧食專用泊位，一期總建設倉容45萬噸，是廣州市的重點建設項目，規模較大，工藝復雜，裝卸工藝流程逾3000條。在管理平臺上充分兼容流程控制和電力監測全部信息，軟件開發工具為microsoft visual studio 2010，開發平臺為SQL server 2008，windows server 2003；上位開發軟件IFIX，PLC編程軟件RS Logix 5000。
在該交互平臺中開發應用智能化流程選擇技術。該技術具體開發包括對象類設計與封裝（如設備類、倉類等）、對象屬性設計、動態鏈表實現、智能化選擇算法實現、數據通訊實現等，使用的對象（如控制設備）或屬性（如設備狀態）等，在上位監控系統、PLC系統及管理信息系統中具有統一的定義或規范，相關系統之間可以進行無縫的數據及信息交換。按照預定義的選擇條件，通過遍歷鏈表結點、遞歸等算法，動態選擇出有效工藝路徑。
圖1 基于多元交互平臺的流程智能選擇
根據南沙糧食碼頭生產實際情況，有效工藝路徑的能耗預測的計算樣本周期選定為10天，在該交互平臺中通過數學建模得出相應路徑的生產作業能耗預測值。
該生產作業任務在多元交互平臺上提供起始和末端設備后，智能生產兩條有效路徑，并且分別智能預測能耗值，在該次任務中顯然流程編號為11532的有效路徑為首選，從而降低了操作人員的工作強度，減少了生產的
能耗。
4 結語
基于多元交互平臺的流程智能選擇技術，通過管理、流程控制、電力監測、視頻監控等系統緊密配合，實現了數據的充分共享，利用智能化算法完成動態、優化的流程選擇，能夠準確、高效、靈活、最優地選擇出符合生產現場需要的最優工藝流程，極大地簡化了操作過程，有效提高了港口生產作業的效率和能耗水平。
參考文獻
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