Ứng dụng eDCS hệ thống điều khiển IoT công nghiệp UW2100 trên nền tảng giám sát tiêu thụ năng lượng

1. Bối cảnh

Hiện nay, với trình độ đô thị hóa nước ta không ngừng được nâng cao, tình trạng thiếu năng lượng và nhu cầu năng lượng của xã hội ngày càng tăng đã trở thành những mâu thuẫn nổi bật hạn chế sự tiến bộ và phát triển không ngừng của xã hội. Theo kinh nghiệm của các nước phát triển, với sự tiến bộ không ngừng của đô thị hóa và mức sống của người dân không ngừng được cải thiện, tỷ lệ tiêu thụ năng lượng của tòa nhà sẽ tiếp tục tăng và đạt khoảng 33% tổng mức tiêu thụ năng lượng, và cuối cùng sẽ vượt qua ngành công nghiệp công cộng, vận tải và các ngành công nghiệp khác. cuối cùng trở thành nguồn tiêu thụ năng lượng hàng đầu. Trong số đó, lượng điện tiêu thụ hàng năm của các tòa nhà văn phòng cơ quan nhà nước và các công trình công cộng lớn chiếm khoảng 22% tổng lượng điện tiêu thụ tại các thành phố, thị trấn trên cả nước. Mức tiêu thụ điện hàng năm trên mỗi mét vuông gấp 10 đến 20 lần so với các tòa nhà dân cư thông thường, cao hơn mức tương tự ở các nước phát triển như Châu Âu và Nhật Bản. gấp 1,5 đến 2 lần so với tòa nhà.

Trong bối cảnh này, dựa trên nghiên cứu và thực tiễn trong cộng đồng năng lượng trong 30 năm qua, người ta thường tin rằng bảo tồn năng lượng trong tòa nhà là cách tiềm năng nhất, trực tiếp và hiệu quả nhất trong số các phương pháp tiết kiệm năng lượng khác nhau và là cách hiệu quả nhất. nhằm giảm bớt mâu thuẫn giữa phát triển kinh tế - xã hội và cung cấp năng lượng không đủ. Một trong những biện pháp cũng sẽ trở thành yếu tố chính trong việc cải thiện việc sử dụng năng lượng xã hội. Về vấn đề này, việc đề xuất một giải pháp quản lý năng lượng tích hợp toàn diện, có hệ thống và hiệu quả là rất cấp thiết.

2. Mục tiêu xây dựng

Dự án này nhằm mục đích sử dụng hệ thống quản lý toàn diện về mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà để xây dựng một nền tảng kỹ thuật số quản lý thời gian thực hoàn chỉnh, tích hợp hệ thống đo lường, phân tích thống kê và quản lý thời gian thực về mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà và hiện thực hóa dữ liệu tiêu thụ năng lượng trên cơ sở đảm bảo bảo mật thông tin. Hãy công khai và minh bạch, sau đó thực hiện quản lý hạn ngạch tiêu thụ năng lượng và quản lý tiêu thụ năng lượng miễn phí và chi phí thấp, đồng thời thiết lập hệ thống quản lý tiêu thụ năng lượng khoa học.

3. Phương án thiết kế tổng thể

Giải pháp này tích hợp điện toán đám mây, công nghệ Internet of Things, “tường lửa” cách ly bảo mật thông minh và chế độ quản lý tập trung. Nó áp dụng ý tưởng thiết kế tích hợp phân tán và phân lớp để xây dựng một hệ thống đáng tin cậy trên cơ sở đảm bảo an ninh thông tin của toàn bộ hệ thống. Một nền tảng giám sát tiết kiệm năng lượng mạnh mẽ, hiệu quả và có khả năng chia sẻ cao dành cho các tổ chức công. Dựa trên cơ sở dữ liệu giám sát tiêu thụ năng lượng của tòa nhà công cộng mạnh mẽ, nền tảng này hiện thực hóa chức năng thông tin hóa của giám sát tiêu thụ năng lượng của tòa nhà công cộng và dần dần thực hiện đánh giá hiệu quả năng lượng, tiêu chuẩn tiêu thụ năng lượng, công bố hiệu quả năng lượng, hạn ngạch tiêu thụ năng lượng, dịch vụ tiết kiệm năng lượng và các dịch vụ khác các doanh nghiệp.

Kiến trúc tổng thể của giải pháp tổng thể bao gồm lớp thiết bị hiện trường, lớp giao tiếp mạng và lớp quản lý giám sát. Áp dụng cấu trúc liên kết hệ thống phân tán, giao diện hệ thống tự động hóa tòa nhà và giao diện mạng hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà sử dụng mạng thiết bị tòa nhà trong hệ thống hiện tại yếu làm phương tiện vận chuyển để đảm bảo tính kinh tế và tính thực tế của hệ thống và tránh đầu tư trùng lặp.

3.1 Lớp thiết bị hiện trường:

Thiết bị thu thập thiết bị đầu cuối dữ liệu tại chỗ sử dụng bộ điều khiển khả trình UW2100. Thiết bị phần cứng này có khả năng giao tiếp mạnh mẽ: có giao diện truyền thông RS485, hỗ trợ giao thức MODBUS-RTU master-slave; hỗ trợ truyền dữ liệu theo lịch trình; có thể được kết nối với đồng hồ đo điện, đồng hồ nước, đồng hồ đo lưu lượng, bộ biến tần, v.v. và có thể được sử dụng làm trạm từ xa I/O của DCS hoặc PLC; có khả năng kết nối mạng mạnh mẽ: hỗ trợ giao tiếp không dây Ethernet/GSM; thang điểm hệ thống mạnh mẽ: thang đo trạm đơn AIO: 32 điểm/DIO: 32 điểm, hệ thống là thang điểm lớn nhất Thang AIO: 16384 điểm/DIO: 16384 điểm; và mã chương trình người dùng cũng như dữ liệu cấu hình có thể được lưu vĩnh viễn mà không bị ảnh hưởng do mất điện. Việc lưu dữ liệu thời gian thực của mô-đun CPU là tùy chọn; nó tuân theo tiêu chuẩn ngôn ngữ cấu hình quốc tế IEC61131-1 và duy trì các tiêu chuẩn. Mặc dù linh hoạt, nó thực hiện chuyển đổi nhiều mặt của thuật toán, hỗ trợ khái niệm khối thuật toán phụ, liên kết các nguyên hàm thuật toán và cung cấp giao diện để hỗ trợ truy cập thuật toán của bên thứ ba.

3.2 Lớp giao tiếp mạng

Dựa trên chức năng giao tiếp mạnh mẽ của phần cứng bộ điều khiển khả trình UW2100, dữ liệu liên quan được thu thập tích cực thông qua giao thức Modbus-RTU tiêu chuẩn từ các thiết bị đo có chức năng truyền từ xa được cài đặt tại mỗi điểm năng lượng và nước tại điểm được giám sát và thông qua mô-đun không dây GPRS tới GSM Các phương thức liên lạc được truyền tải và tóm tắt tới nền tảng giám sát tiết kiệm năng lượng của tổ chức công để xử lý tập trung và toàn diện. GPRS là một loại dịch vụ liên lạc di động mới, thiết lập kết nối giữa người dùng di động và mạng dữ liệu để cung cấp cho người dùng di động các dịch vụ IP hoặc X.25 không dây tốc độ cao. GPRS sử dụng công nghệ chuyển mạch gói. Mỗi người dùng có thể chiếm nhiều kênh không dây. Đồng thời, một kênh không dây có thể được chia sẻ bởi nhiều người dùng. Nguồn lực được sử dụng hiệu quả. Tốc độ giải thích dữ liệu cao tới 160Kbps. Giao tiếp GPRS được sử dụng để thực hiện việc gửi và nhận gói dữ liệu. Người dùng luôn trực tuyến và thanh toán theo lưu lượng truy cập. Đó là tốc độ cao và giảm chi phí dịch vụ.

Hệ thống an ninh và giám sát tiết kiệm năng lượng và tiêu thụ năng lượng của tòa nhà dựa trên GPRS có các đặc điểm sau:

a) Luôn trực tuyến: GPRS DTU có thể tự động kết nối vào mạng GPRS ngay khi được bật và thiết lập liên kết truyền thông với trung tâm dữ liệu để tiếp nhận dữ liệu từ các thiết bị dữ liệu người dùng bất cứ lúc nào. Nó mạnh mẽ và có hiệu suất thời gian thực cao;

b) Tính cước theo lưu lượng: GPRS DTU luôn trực tuyến và tính phí dựa trên số lượng gói dữ liệu nhận và gửi. Không mất phí khi không có lưu lượng dữ liệu, tiết kiệm chi phí;

c) Truyền tốc độ cao Tốc độ truyền của mạng GPRS có thể đạt tốc độ nhanh nhất lên tới 160Kbps. Tốc độ phụ thuộc vào cài đặt mạng của nhà khai thác mạng di động. Theo điều kiện mạng của China Mobile, hiện tại nó có thể cung cấp đường truyền dữ liệu ổn định ở tốc độ 20~40 Kbps;

d) Kết nối mạng đơn giản, nhanh chóng và linh hoạt. Hệ thống không dây GPRS có thể xây dựng mạng truyền thông di động ảo bao phủ toàn bộ Trung Quốc mọi lúc, mọi nơi thông qua mạng Internet, mang lại sự thuận tiện truy cập cho phần lớn người dùng vừa và nhỏ và tiết kiệm đầu tư truy cập.

3.3 Quản lý giám sát

Nền tảng giám sát tiết kiệm năng lượng của tổ chức công dựa trên phần mềm quản lý và giám sát UWin Pro với quyền sở hữu trí tuệ độc lập của Công ty TNHH Hệ thống tự động hóa Youwen Hàng Châu để phân tích, phán đoán, đánh giá, quản lý, ghi âm tập trung, v.v. phần mềm quản lý tích hợp trình quản lý dự án (UWinWks), phần mềm cấu hình phần cứng hệ thống (UWinCFG), cơ sở dữ liệu thời gian thực (UWinRDB), cấu hình bản ghi lịch sử (UWinHDB), trình quản lý thiết bị (UWinDev), hệ thống phát triển màn hình (UWinView) và phần mềm quản lý cấu hình báo động (UWinAlarm), trình soạn thảo thuật toán (UWinIEC), phần mềm phân tích chuỗi thời gian (UWinSOE) và máy chủ WEB (UWinWEB) được tích hợp thành một. Một phần mềm duy nhất có thể thực hiện thu thập dữ liệu tại chỗ, thực thi thuật toán, cơ sở dữ liệu thời gian thực và xử lý dữ liệu lịch sử. Cơ chế báo động và an toàn, điều khiển quá trình, hiển thị màn hình, đường cong xu hướng và đầu ra báo cáo cũng như giám sát các chức năng mạng. Mỗi bộ phận chạy trên các nền tảng phần cứng khác nhau tương ứng và tương tác với nhiều dữ liệu, thông tin quản lý và kiểm soát khác nhau thông qua mạng điều khiển và mạng hệ thống để phối hợp hoàn thành các chức năng khác nhau của toàn bộ hệ thống an toàn và giám sát tiết kiệm năng lượng và tiêu thụ năng lượng của tòa nhà.

4. Chức năng hệ thống

Hệ thống an toàn và giám sát tiết kiệm năng lượng, tiêu thụ năng lượng của tòa nhà tích hợp giám sát, kiểm soát và quản lý. Chủ yếu thực hiện các chức năng sau:

1) Quản lý toàn diện tất cả các loại thiết bị tiêu thụ năng lượng, thiết lập cơ sở dữ liệu toàn cảnh, thu thập dữ liệu giám sát mức tiêu thụ năng lượng và thiết lập mô hình dữ liệu tiêu thụ năng lượng để cung cấp cơ sở dữ liệu cho việc phân tích dữ liệu tiêu thụ năng lượng và chẩn đoán tiết kiệm năng lượng sau này.

2) Thực hiện phân tích thống kê dữ liệu tiêu thụ năng lượng để phân tích, phán đoán và đánh giá thành phần, mô hình thay đổi và hiệu quả sử dụng năng lượng tiêu thụ năng lượng, v.v., để cung cấp cơ sở định tính hoặc định lượng cho việc đánh giá tác động của các cải tạo tiết kiệm năng lượng sau này .

3) Dựa trên kết quả phân tích dữ liệu tiêu thụ năng lượng, xác định mức tiêu thụ năng lượng, đề xuất quy trình chẩn đoán hoàn chỉnh về mức tiêu thụ năng lượng, thực hiện công việc chẩn đoán tiết kiệm năng lượng và thu được kết quả chẩn đoán tiết kiệm năng lượng.

4) Tích hợp các hệ thống quản lý tòa nhà khác nhau, thiết lập hệ thống đánh giá mức tiêu thụ năng lượng, tối ưu hóa thiết kế bảo tồn năng lượng của tòa nhà dựa trên kết quả chẩn đoán tiết kiệm năng lượng và đưa ra kế hoạch cải tạo tiết kiệm năng lượng.

5) Thực hiện kế hoạch tiết kiệm năng lượng, chuyển đổi các thiết bị sử dụng năng lượng, quản lý thói quen sử dụng năng lượng và đạt được đầy đủ các mục tiêu tiết kiệm năng lượng của tòa nhà thông qua hệ thống điều khiển thông minh.

Cây chức năng hệ thống an toàn và giám sát tiêu thụ năng lượng, tiết kiệm năng lượng và an toàn

5. Giao diện giám sát

Giao diện giám sát của nền tảng giám sát tiết kiệm năng lượng của tổ chức công được xây dựng lần này chủ yếu bao gồm: tổng quan về tiêu thụ năng lượng, tổng quan về bản đồ, thông tin cơ bản, động thái tiêu thụ năng lượng, phân tích tiêu thụ năng lượng tòa nhà, phân tích tiêu thụ năng lượng của tổ chức công, phân tích tiêu thụ năng lượng khu vực hành chính, năng lượng đánh giá mức tiêu thụ, tiếp nhận và tải lên mức tiêu thụ năng lượng, quản lý hệ thống. Thông qua các mô-đun chức năng này, có thể thực hiện việc thu thập, giám sát, thống kê, phân tích và chẩn đoán dữ liệu tiêu thụ năng lượng, cung cấp hỗ trợ dữ liệu mạnh mẽ và cơ sở khoa học cho việc quản lý năng lượng và cải tạo tiết kiệm năng lượng của các tòa nhà công cộng trong trung tâm hành chính.