能源管理系統(tǒng)與能耗監(jiān)測(cè)的解決方案

1、能源管理系統(tǒng)與能耗監(jiān)測(cè)的解決方案1 概述能源管理系統(tǒng)是以幫助工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在擴(kuò)大生產(chǎn)的同時(shí)，合理計(jì)劃和利用能源，降低單位產(chǎn)品能源消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益為目的信息化管控系統(tǒng)。  通過(guò)能源計(jì)劃，能源監(jiān)控，能源統(tǒng)計(jì)，能源消費(fèi)分析，重點(diǎn)能耗設(shè)備管理，能源計(jì)量設(shè)備管理等多種手段，使企業(yè)管理者對(duì)企業(yè)的能源成本比重，發(fā)展趨勢(shì)有準(zhǔn)確的掌握，并將企業(yè)的能源消費(fèi)計(jì)劃任務(wù)分解到各個(gè)生產(chǎn)部門車間，使節(jié)能工作責(zé)任明確，促進(jìn)企業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。  能源管理系統(tǒng)的基本管理職能：能源系統(tǒng)主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視能源系統(tǒng)主設(shè)備的集中控制、操作、調(diào)整和參數(shù)的設(shè)定實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的綜合平衡、合理分配、優(yōu)化調(diào)度。異常、故障和事故

2、處理?；A(chǔ)能源管理。能源運(yùn)行潮流數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)短時(shí)歸檔、數(shù)據(jù)庫(kù)歸檔和即時(shí)查詢。  在我國(guó)的能源消耗中，工業(yè)與大型公建是我國(guó)能源消耗的大戶，能源消耗量占全國(guó)能源消耗總量的70%左右，而不同類型工業(yè)企業(yè)的工藝流程，裝置情況、產(chǎn)品類型、能源管理水平對(duì)能源消耗都會(huì)產(chǎn)生不同的影響。建設(shè)一個(gè)全廠級(jí)的集中統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)可以完成對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行在線的采集、計(jì)算、分析及處理從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能源物料平衡、調(diào)度與優(yōu)化、能源設(shè)備運(yùn)行與管理等方面發(fā)揮著重要的作用。  能源管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱EMS）是企業(yè)信息化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，因此在企業(yè)信息化系統(tǒng)的架構(gòu)中，把能源管理作為MES系統(tǒng)中的一個(gè)基本應(yīng)用構(gòu)件，作為

3、大型企業(yè)自動(dòng)化和信息化的重要組成部分，安科瑞（Acrel）公司的Acrel-5000產(chǎn)品以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為核心可以從數(shù)據(jù)采集、聯(lián)網(wǎng)、能源數(shù)據(jù)海量存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)分析、查詢等提供一個(gè)EMS的整體解決方案，達(dá)到公司調(diào)度管理人員在能源管控中心實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡進(jìn)行直接控制和調(diào)整，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。 2 系統(tǒng)軟件Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單元為基本工具，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，如圖

4、1所示。 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1）站控管理層  站控管理層針對(duì)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS 電源等組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。  監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形、報(bào)表等。模擬屏：系統(tǒng)通過(guò)通訊方式與智能模擬屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，形象顯示整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。UPS：保

5、證計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問(wèn)題時(shí)，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。 2）網(wǎng)絡(luò)通訊層  通訊層主要是由通訊管理機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。通訊管理機(jī)：是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和智能通訊管理中心。它具備了數(shù)據(jù)采集與處理、通訊控制器、前置機(jī)等功能。以太網(wǎng)設(shè)備：包括工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)。通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無(wú)線通訊等。 3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層  現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總

6、線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳存儲(chǔ)的建筑能耗數(shù)據(jù)。測(cè)量?jī)x表?yè)?dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測(cè)的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)中心。 3 能源管理系統(tǒng)與能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能3.1能源管理功能數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒(méi)有大量的數(shù)據(jù)就無(wú)法進(jìn)行有效的分析，沒(méi)有有效的分析就無(wú)法得到正確的能源管理措施。數(shù)據(jù)可通過(guò)建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）采集。 數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括：建筑物環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、各設(shè)備能耗數(shù)據(jù)等。獲取的參數(shù)越多、運(yùn)行的周期越長(zhǎng)，越容易得到準(zhǔn)確的結(jié)論。但若參數(shù)過(guò)多，又會(huì)造成建設(shè)成本的大量增加，因此可根據(jù)各建筑物的具體

7、情況把數(shù)據(jù)分為：系統(tǒng)運(yùn)行所必須的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)（可選數(shù)據(jù)），在管理效果和建設(shè)成本間取得平衡。 建筑物參照模型和能耗計(jì)算  按照世界能源委員1979年提出的“節(jié)能”定義：采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、環(huán)境和社會(huì)可接受的一切措施，來(lái)提高能源資源的利用效率。即盡可能地減少能源消耗量，生產(chǎn)出與原來(lái)同樣數(shù)量、同樣質(zhì)量的產(chǎn)品；或者是以原來(lái)同樣數(shù)量的能源消耗量，生產(chǎn)出比原來(lái)數(shù)量更多或數(shù)量相等質(zhì)量更好的產(chǎn)品。以此延伸開來(lái)，建筑物的節(jié)能可以定義為：在基本不影響建筑物功能和舒適性的前提下，盡量減少能耗。所以，判斷一個(gè)建筑物節(jié)能與否，節(jié)能多少需要有個(gè)參照物，通過(guò)和參照物比較才能得出結(jié)論。對(duì)于改

8、造的建筑，通常可以用同一氣候條件下的歷史能耗數(shù)據(jù)作為參照。而新建建筑則相對(duì)比較復(fù)雜，日前在實(shí)際工程中常見下列幾種方式：  類比法：以類型、規(guī)模、功能相仿的建筑的能耗作為參照。主要適用于連鎖酒店、連鎖超市、連鎖商場(chǎng)等建筑條件相仿，管理模式相同的同一集團(tuán)或管理公司旗下的建筑物。  測(cè)試法：在建筑物正常運(yùn)行后，分別在各氣候條件下測(cè)試采取能耗管理措施和未采取措施的日能耗數(shù)量。通?？梢栽谙?、冬兩季各選擇數(shù)天，采取隔日測(cè)試法，即第一天，測(cè)試采取能源管理措施日能耗量；第二天，關(guān)閉能源管理軟件測(cè)試日能耗量；以此類推。這種方式缺陷是測(cè)試的時(shí)間跨度偏長(zhǎng)。  計(jì)算法：通過(guò)為建筑建立模型

9、，設(shè)定參數(shù)，模擬計(jì)算出該建筑物的能耗。這種方式優(yōu)點(diǎn)很明顯，通過(guò)模型能對(duì)建筑物的各設(shè)備能耗全面計(jì)算，為能耗管理提供方向性指導(dǎo)。但采用不同的軟件計(jì)算出的能耗值有差距，目前對(duì)計(jì)算出的能耗值的準(zhǔn)確性和權(quán)威性均存在爭(zhēng)議，計(jì)算結(jié)果能否作為節(jié)能合同內(nèi)的節(jié)能率計(jì)算依據(jù)是主要的分歧點(diǎn)。 能耗數(shù)據(jù)分析  通過(guò)對(duì)建筑的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析，結(jié)合模型建筑物能耗對(duì)比，確定建筑物能耗對(duì)比，確定建筑物的能耗狀況和設(shè)備能耗效率，從而提供建筑物能源管理優(yōu)化措施。能耗數(shù)據(jù)分析模塊是能耗管理軟件的精髓所在，目前市場(chǎng)上各家軟件的算法不盡相同，其效果還需市場(chǎng)驗(yàn)證。然而，以模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)智能控

10、制技術(shù)的發(fā)展將極大推動(dòng)能源管理水平。 能源控制和管理  建筑物的節(jié)能措施主要通過(guò)建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）來(lái)執(zhí)行。能源管理平臺(tái)和BAS系統(tǒng)的完美結(jié)合，是能源控制和管理措施實(shí)現(xiàn)的保障。目前，能源管理和BAS還分屬不同智能化系統(tǒng)，兩系統(tǒng)的相互融合應(yīng)該是智能化系統(tǒng)發(fā)展的方向。 能源管理報(bào)表  用表格和圖片的形式體現(xiàn)建筑物的能源使用情況、設(shè)備能耗、設(shè)備運(yùn)行效率、能耗歷史曲線等，以適應(yīng)不同人群的需求。系統(tǒng)一般應(yīng)能提供WEB服務(wù)，獲得授權(quán)許可的遠(yuǎn)程用戶能通過(guò)瀏覽器了解建筑物的能源使用狀況。 3.2能耗分析軟件功能  Acrel-5000建筑能

11、耗分析管理系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)采集方式包括人工采集方式和自動(dòng)采集方式。通過(guò)人工采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑基本情況數(shù)據(jù)采集指標(biāo)和其它不能通過(guò)自動(dòng)方式采集的能耗數(shù)據(jù)，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤氣等能耗量。通過(guò)自動(dòng)采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)和分類能耗數(shù)據(jù)，由自動(dòng)計(jì)量裝置實(shí)時(shí)采集，通過(guò)自動(dòng)傳輸方式實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)中心。 大型公建或樓宇建筑的信息管理  系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的手工信息錄入界面，可對(duì)各棟監(jiān)控建筑的基本信息進(jìn)行整理和錄入，并支持手工錄入歷史能耗數(shù)據(jù)的功能。  Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)建立也完全依據(jù)114號(hào)文，根據(jù)建筑的使用功能和用能特點(diǎn)

12、，將國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分為如下8類：1、辦公建筑                   2、商場(chǎng)建筑3、賓館飯店建筑               4、文化教育建筑5、醫(yī)療衛(wèi)生建筑       

13、0;       6、體育建筑7、綜合建筑                   8、其它建筑 能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)  系統(tǒng)采集站定時(shí)采集各監(jiān)控點(diǎn)的儀表參數(shù)并上傳至本地建筑能耗分析管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶可于當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)查詢能耗監(jiān)測(cè)情況。 建筑分類能耗分析  系統(tǒng)在完成數(shù)據(jù)處理與上傳的同時(shí)，將建筑能耗進(jìn)行分類分析，該部分功能符合1

14、14號(hào)文的定義，即將建筑能耗分類為如下六類：1、耗電量2、耗水量3、耗氣量（天然氣量或者煤氣量）4、集中供熱耗熱量5、集中供冷耗冷量6、其他能源應(yīng)用量（如集中熱水供應(yīng)量、煤、油、可再生能源等） 電量分項(xiàng)能耗分析  照明插座用電：為建筑物主要功能區(qū)域的照明、插座等室內(nèi)設(shè)備用電。主要包括照明和插座用電、走廊和應(yīng)急照明用電、室外景觀照明用電。空調(diào)用電：主要包括冷熱站用電、空調(diào)末端用電。動(dòng)力用電：主要包括電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機(jī)用電。特殊用電：主要包括信息中心、洗衣房、廚房餐廳、游泳池、健身房或者其他特殊用電。建筑總能耗為建筑各分類能耗（除水耗量外）所折算的標(biāo)準(zhǔn)煤量之和?？傆秒娏?/p>

15、各變壓器總表直接計(jì)量值分類能耗量各分類能耗計(jì)量表的直接計(jì)量值分項(xiàng)用電量各分項(xiàng)用電計(jì)量表的直接計(jì)量值單位建筑面積用電量總用電量/總建筑面積單位空調(diào)面積用電量總用電量/總空調(diào)面積用能情況的同、環(huán)比分析統(tǒng)計(jì)建筑或片區(qū)能耗的時(shí)用量、日用量和年用量，以曲線圖、柱狀圖等不同方式顯示，支持報(bào)表輸出。 建筑節(jié)能輔助診斷  系統(tǒng)可提取各能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行同、環(huán)對(duì)比分析，確立標(biāo)桿值并對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)的能耗情況進(jìn)行能耗水平判定，對(duì)能耗改善提出一套完整的診斷流程，并給出能耗分析報(bào)告。 4 結(jié)束語(yǔ)  隨著國(guó)家發(fā)展節(jié)能減排工作力度的加大，Acrel-5000建筑能耗管理系統(tǒng)利用現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)、數(shù)

16、據(jù)處理與通訊技術(shù)，基于完善的能耗監(jiān)測(cè)管理手段，采用分散控制器和交流采樣技術(shù)，憑借功能強(qiáng)大的大流量高可靠性通訊網(wǎng)絡(luò)，為工業(yè)民用建筑、生產(chǎn)企業(yè)和大型基礎(chǔ)設(shè)施等的能源設(shè)施的全時(shí)動(dòng)態(tài)的能源管理控制提供全面專業(yè)的解決方案,達(dá)到對(duì)用戶能耗設(shè)施能耗細(xì)節(jié)和能耗過(guò)程的完全掌握。 參考文獻(xiàn)：1江蘇安科瑞電器制造有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2010.08版.2南京長(zhǎng)江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè). 如需更多詳細(xì)資料，請(qǐng)聯(lián)系：江蘇安科瑞電器制造有限公司聯(lián)系人:徐玉麗  Q：1759867226MSN：xuyuli808284 電話真：0510-86179

17、975郵箱：xuyuli808284 主頁(yè)：地址：江蘇省江陰市南閘鎮(zhèn)東盟路5號(hào)物聯(lián)網(wǎng)（ZigBee）技術(shù)在能源管理系統(tǒng)中的應(yīng)用字體大?。捍?- 中 - 小 shacrel   發(fā)表于 11-08-08 10:12     閱讀(107)   評(píng)論(0)     分類：技術(shù)論文 無(wú)所不在的物聯(lián)網(wǎng)通信時(shí)代即將來(lái)臨，物聯(lián)網(wǎng)被專家及多個(gè)國(guó)家認(rèn)為是繼互聯(lián)網(wǎng)浪潮之后的又一次科技革命。不管是IBM提出的智慧地球，還是溫家寶總理在無(wú)錫提出的感知中國(guó)，都意味著物聯(lián)網(wǎng)將是當(dāng)下最熱門最具競(jìng)爭(zhēng)性的產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)的能源管理系統(tǒng)一般需要布設(shè)現(xiàn)場(chǎng)總線，然后將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連

18、接到一臺(tái)電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并向用戶顯示界面，當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)可能需要單獨(dú)的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，而如果需要實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)的遠(yuǎn)程管理，更是需要在互聯(lián)網(wǎng)上架設(shè)一臺(tái)專門的服務(wù)器，這樣，不僅需要投入服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及開發(fā)相應(yīng)的服務(wù)軟件，系統(tǒng)的維護(hù)除現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備和總線鏈路外還需要IT部門的管理員協(xié)助維護(hù)服務(wù)器設(shè)備，避免服務(wù)器故障而造成損失。因此，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到遠(yuǎn)程能源管理系統(tǒng)中來(lái)，底層運(yùn)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場(chǎng)傳感器及設(shè)備，上層使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)，消除現(xiàn)場(chǎng)級(jí)布線的煩惱，可以消除網(wǎng)絡(luò)硬件的投入及日常的IT維護(hù)，同時(shí)可以輕松實(shí)現(xiàn)基于WEB服務(wù)的遠(yuǎn)程管理。由于本文所述的能源管理系統(tǒng)采用安科瑞（Acrel）公司提供的平臺(tái)及

19、解決方案，因此，在系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)均按照Acrel平臺(tái)的要求，但這并不影響借鑒和參考此平臺(tái)和解決方案來(lái)討論物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架、問(wèn)題，及前景。  1 什么是物聯(lián)網(wǎng) 1.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義  目前國(guó)內(nèi)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)也還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義，只是在大體的技術(shù)框架上做了一個(gè)概念性的表述：通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)就字面意義上理解就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是

20、在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。從物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上看，物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應(yīng)用與技術(shù)提升，將各種感知技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能與自動(dòng)化技術(shù)聚合與集成應(yīng)用，使人與物智慧對(duì)話，創(chuàng)造一個(gè)智慧的世界。因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展幾乎涉及到了信息技術(shù)的方方面面，是一種聚合性、系統(tǒng)性的創(chuàng)新應(yīng)用與發(fā)展，也因此才被稱為是信息技術(shù)的第三次革命性創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)概括起來(lái)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是互聯(lián)網(wǎng)特征，即對(duì)需要聯(lián)網(wǎng)的物一定要能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；二是識(shí)別與通信特征，即納入物聯(lián)網(wǎng)的“物”一定要具備自動(dòng)識(shí)別與物物通信

21、的功能；三是智能化特征，即網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)化、自我反饋與智能控制的特點(diǎn)。  1.2 物聯(lián)網(wǎng)的組成  物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)主要由三大塊組成：  一、包括各類傳感器、控制器等數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備，及構(gòu)成這些設(shè)備互聯(lián)的底層傳感網(wǎng)絡(luò)組成的設(shè)備感知層。感知層中的智能終端、智能傳感器、射頻識(shí)別，以及傳感網(wǎng)絡(luò)，組成了物聯(lián)網(wǎng)的底層基礎(chǔ)。 二、將底層傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)用各種接入技術(shù)：如以太網(wǎng)、GPRS、3G、Wi-Fi，甚至衛(wèi)星通訊等，最終接入互聯(lián)網(wǎng)。云技術(shù)強(qiáng)大的存儲(chǔ)、查詢、計(jì)算能力，也都?xì)w屬在這一層。  三、根據(jù)客戶自身需求，利用感知數(shù)據(jù)或狀態(tài)為

22、用戶提供有效的特定服務(wù)的應(yīng)用層。應(yīng)用層是對(duì)感知數(shù)據(jù)的一種特定形式的呈現(xiàn)。 1.3 ZigBee技術(shù)的特點(diǎn) ZigBee協(xié)議基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，從2004年發(fā)布ZigBee V10到最新的增加了ZigBee-PRO擴(kuò)展指令集的ZigBee2006版本，ZigBee功能不斷強(qiáng)大。ZigBee具備強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能(見圖1)，它支持3種主要的自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)類型，即星型結(jié)構(gòu)(Star)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和樹型結(jié)構(gòu)(Cluster Tree)，特別是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。與目前普遍應(yīng)用的wi-Fi、Bluetooth等短距離無(wú)線通信技術(shù)相比較

23、，ZigBee的特點(diǎn)主要有。  (1)工作周期短、收發(fā)信息功耗較低，并且RFD(Reduced Function Device，簡(jiǎn)化功能器件)采用了休眠模式，不工作時(shí)都可以進(jìn)入睡眠模式。 (2)低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10)，降低了對(duì)通信控制器的要求，以8051的8位微控制器測(cè)算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至4 KB代碼。 (3)低速率、短延時(shí)。ZigBee的最大通信速率達(dá)到250 kbs(工作在2.4GHz時(shí))，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)

24、絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需310S、Wi-Fi需3S。 (4)近距離，高容量。傳輸范圍一般介于10100 m，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到13km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離，若通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，擴(kuò)展后達(dá)到幾百米甚至幾公里。ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)。 (5)高可靠性和高安全性。ZigBee的媒體接入控制層(Medium Access Control，MAC)采用CSMA/CA的碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖

25、突。ZigBee還提供了3級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用接人控制清單防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(Advanced Encryption Standard，AES)的對(duì)稱密碼，以靈活確定其安全屬性。 (6)免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(Industrial Scientific Medical，ISM)頻段，分別為2.4GHz(全球)、915MHz(美國(guó))和868MHz(歐洲)。 1.4 ZigBee的性能參數(shù)  以Acrel公司ANEZB-485 ZigBee采集器和ANEZB-GTW ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端為例，其主要參數(shù)見表1.表1&#

26、160;   型 號(hào)          參 數(shù)ANEZB-485ZigBee采集器ANEZB-GTWZigBee網(wǎng)絡(luò)終端無(wú)線頻率范圍2.41GHz2.48GHzRF信道16接收靈敏度-94dbm發(fā)射功率-27dbm25dbm天  線外置SMA天線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)狀尋址方式IEEE802.15.4/ZigBee標(biāo)準(zhǔn)地址網(wǎng)絡(luò)容量最大255個(gè)節(jié)點(diǎn)通信接口通信接口RS485工業(yè)以太網(wǎng)波特率9600bps（默認(rèn)）、4800bps、2400bps、1200bps可選；通信協(xié)議MODB

27、US-RTU協(xié)議LED指示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示綠燈POWER指示紅燈數(shù)據(jù)指示綠燈電源輔助電源220V AC功耗4W電磁兼容浪涌電壓4000V快速瞬變?nèi)好}沖4000V靜電8000V機(jī)械尺寸89×76×74mm工作溫度-2065儲(chǔ)藏溫度-4085  2 能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)  2.1 工作原理  能源管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)用電設(shè)備的智能管理，采用基于Acrel公司解決方案，感知層采用ZigBee無(wú)線通訊技術(shù)。由于ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有設(shè)備成本低、設(shè)備體積小、省電、網(wǎng)絡(luò)自愈能力強(qiáng)等特點(diǎn)，非常適合廣泛應(yīng)用在智能家庭、工業(yè)控制、能源管理、醫(yī)療監(jiān)控等物聯(lián)網(wǎng)

28、領(lǐng)域。網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)電力儀表、智能開關(guān)組成一個(gè)ZigBee私域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)相互之間的連接。網(wǎng)關(guān)可進(jìn)行本地邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)本地智能。 2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  能源管理系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)采集執(zhí)行器、本地?cái)?shù)據(jù)處理、應(yīng)用服務(wù)程序等幾個(gè)部分組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。   (1)現(xiàn)場(chǎng)采集執(zhí)行器：主要有ACR330ELH、ACR220EL卡表  (2)應(yīng)用服務(wù)程序：運(yùn)行于Google云技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，基于Google App Engine開發(fā)的web應(yīng)用程序，具有權(quán)限的用戶在任何可以接入互聯(lián)網(wǎng)的地方，使用Web瀏覽器登錄，即可查看該能源管理系統(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以及能耗數(shù)據(jù)報(bào)表等信

29、息。   3 能源管理系統(tǒng)計(jì)量體系宜選電力儀表      建立能源管理系統(tǒng)應(yīng)先建立計(jì)量體系。數(shù)據(jù)先于決策，節(jié)能始于計(jì)量。為了不重復(fù)投資，造成浪費(fèi)，能源管理系統(tǒng)應(yīng)與配電系統(tǒng)一體化，直接在配電系統(tǒng)中采集能耗數(shù)據(jù)。       電能計(jì)量宜采用電力儀表作為內(nèi)部管理電表，不宜用收費(fèi)電表。在電能管理中，供電部門一般會(huì)在總進(jìn)線處安裝收費(fèi)電表。考慮內(nèi)部電能計(jì)量與節(jié)能管理的需要，在用戶安裝收費(fèi)電表的基礎(chǔ)上安裝電力儀表，用于內(nèi)部電能管理。因此用戶可自主選擇采購(gòu)，但應(yīng)注意制造商是否有電力

30、儀表（電能部分）的計(jì)量許可證。電力儀表可以完成對(duì)各回路、各功能區(qū)的分項(xiàng)電能數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)后臺(tái)電能管理系統(tǒng)完成電能分項(xiàng)計(jì)量。   4 ZigBee無(wú)線抄表解決方案      圖3為ZigBee能源管理系統(tǒng)，遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中電表的通信協(xié)議采用MODBUS-RTU協(xié)議。整個(gè)系統(tǒng)中監(jiān)控主機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)按照TCP/IP協(xié)議把MODBUS-RTU命令數(shù)據(jù)傳遞給ZigBee網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)再通過(guò)單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信模式，以廣播的方式把命令數(shù)據(jù)幀傳遞給ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)ZigBee采集器，通過(guò)Z

31、igBee采集器傳遞給485總線上的各個(gè)表計(jì)，如果表計(jì)的地址與命令幀中所涉及的地址吻合，則做出相應(yīng)的數(shù)據(jù)回復(fù)，通過(guò)原路返回給監(jiān)控主機(jī)。      整個(gè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)整個(gè)廠區(qū)或整幢樓宇等的各個(gè)分項(xiàng)的電能計(jì)量，譬如一個(gè)廠區(qū)路燈耗電量、各個(gè)辦公室的耗電量、各條生產(chǎn)線的耗電量等等，還可以以報(bào)表的形式分析該工廠在一段時(shí)時(shí)間內(nèi)的各個(gè)分項(xiàng)能耗占總能耗的百分比，以便工廠了解這段時(shí)間里的各個(gè)分項(xiàng)的能耗，以制定出往后能耗管理方案，已達(dá)到節(jié)能減耗的效果。      安科瑞為生產(chǎn)基地江蘇安科瑞電器制造有限公司設(shè)計(jì)的針對(duì)生

32、產(chǎn)用電進(jìn)行管理的電能管理分析系統(tǒng)，是基于ZigBee（物聯(lián)網(wǎng)）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的電能管理系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的組網(wǎng)采用ZigBee與RS485混合組網(wǎng)模式。 整個(gè)廠區(qū)共設(shè)8個(gè)集中監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別位于配電間、層配生產(chǎn)動(dòng)力柜、空調(diào)動(dòng)力柜、排風(fēng)機(jī)控制箱及位于配電末端的幾個(gè)照明控制箱。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)各設(shè)置無(wú)線ZigBee采集器一只，通過(guò)RS485總線對(duì)位于該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能計(jì)量?jī)x表進(jìn)行通訊組網(wǎng)；監(jiān)控中心設(shè)置ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端一只，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及考慮通訊的可靠性，于適當(dāng)位置設(shè)置數(shù)只ZigBee中繼路由器。系統(tǒng)的組網(wǎng)示意如圖4。