时间：2022-09-09 18:19:03
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇能耗监测系统，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：公共建筑；能耗监测系统；分项计量；电气设计；智能建筑设计 文献标识码：A
中图分类号：TU111 文章编号：1009-2374（2016）34-0116-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.34.057
1 概述
随着公共建筑数量的迅速增加，公共建筑使用过程中运行和管理不当，造成了巨大的能源浪费。为实现可持续发展，住房和城乡建设部早在2007年便颁布了近10项有关建立国家机关办公建筑和大型公共建筑节能监管体系的指导性文件。通过对建筑能耗数据的采集，掌握用能情况，分析用能特征，不仅能够有针对性地对既有建筑进行节能改造，更有利于国家从宏观层面上制定能源政策与节能措施。为指导和规范西安市公共建筑能耗监测系统建设、运行及管理工作，为西安市各类公共建筑能耗统计、能源审计、建筑节能管理和节能改造提供科学可靠的技术支持，西安市于2015年了陕西省工程建设标准《西安市公共建筑能耗监测系统技术规范》。该技术规范用于西安市各类新建、改建、扩建和既有公共建筑能耗监测系统的设计、施工、验收、运行和维护。本文以西安市某高校实训大楼为例，地下1层，地上12层。总建筑面积26517m2，建筑物高度48.8m。本工程属于二类高层办公楼。结构形式为钢筋混凝土框架剪力墙结构。本工程是新建建筑物，能耗监测系统的设计由建筑设计院随电气施工图同步考虑。对建筑的机电系统安装分类、分项的能耗计量仪表，由此得到建筑物总能源消耗与不同能源种类、不同功能系统的分项能耗，实现建筑能耗的分类计量和电能耗的分项计量。
2 本工程能耗分项计量与数据设置
2.1 本工程能耗分类与分项计量
分类能耗是根据公共建筑消耗的主要能源种类划分的能耗数据，如电、燃气、水、集中供热、集中供冷、其他能源（集中热水供应量、煤、油、可再生能源）等。分项能耗是根据公共建筑消耗的电力的主要用途划分的能耗数据。分类能耗中，电量应分为4项分项，包括照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电。电量的4项分项是必分项，各分项可根据建筑用能系统的实际情况灵活细分为一级子项和二级子项，是选分项。其他分类能耗不应分项。本项目建筑能耗分类、分项计量如图1所示：
2.2 能耗数据采集点的确定
由于水、燃气、热的能耗计量相对简单，电气专业只需做好相应的通信线路设计，故本文重点探讨用电分项能耗监测的施工图设计方法。在设计电气系统干线图和照明/动力配电系统图的基础上，确定各用电回路的名称及供电范围、负荷性质等，才能确定能耗数据采集点。
本项目共确定能耗数据采集点68个，其中用电分项计量采集点56个，其他分类能耗计量采集点12个。电能耗分项计量采集点分别为：10kV高压柜4个；变压器低压出线柜6个；低压柜电力线载波1个；实训楼第一层～第十二层照明插座配电箱12个；第一层～第十二层公共及应急照明配电箱12个；屋顶动力配电箱8个；地下一层（车库和设备房）照明插座配电箱2个，应急照明配电箱2个，动力配电箱2个，热幕配电箱1个；南/北厂房照明插座配电箱2个，动力配电箱2个，热幕配电箱2个。其他分类能耗计量采集点分别为：实验楼远传冷水表/远传热水表/远传总燃气表/远传总暖表各1个；南/北厂房远传冷水表/远传热水表/远传总燃气表/远传总暖表各1个。
2.3 能耗数据采集点编号与数据编码
能耗数据编码规则为细则层次代码结构，主要按7类细则进行编码，包括行政区划代码编码、建筑类别编码、建筑识别编码、分类能耗指编码、分项能耗编码、分项能耗一级子项编码、分项能耗二级子项编码。编码后能耗数据由15位符号组成。若某一项目无须使用某编码时，则用相应位数的“0”代替。根据技术规范，制定能耗数据编码和能耗数据采集点识别编码，如表1所示：
3 能耗监测系统设计
3.1 能耗监测系统结构设计
本项目能耗监测系统由用户管理层、网络通信层、现场设备层三部分组成，完成能耗数据的采集、传输、管理等功能，见图2。现场设置的电能表采用屏蔽双纹线连接至各分区数据采集器，各分区数据采集器将数据分类处理后，上传到网络交换机，再通过网线上传至能耗监测系统主机实现能耗监测管理功能。
3.2 10kV高压配电系统能耗监测
三相多功能电能仪表DSSD25用于10kV开关柜能耗的计量和监测。用于分时计量正、反向有功/无功电能，计量有功/无功总电能，分相有功/无功电能，分时计量正、反向有功，正、反向无功的最大需量及发生时间等。
3.3 变压器0.4/0.23kV系统能耗监测
3.3.1 三项电能监测。三相多功能电能仪表DD521用于0.4kV/10kV开关柜能耗的计量和监测。用于测量单回路的三相电压、三相电流、功率因数、频率及视在功率，记录分相/总有功功率/无功功率/有功电量/无功电量。
根据配电柜的出线数量可选用三相多回路电能监测仪表DD504（4回路），DD505（5回路），DD507（7回路），DD509（9回路）用于0.4kV配电柜能耗的计量和监测。能够测量每回路的三相电压、三相电流、功率因数、频率及视在功率，记录分相/总有功功率/无功功率/有功电量/无功电量。
3.3.2 电力能耗终端采集器。三相载波智能采集终端DDJ03对建筑能耗监测末端有载波型计量和监测仪表进行采集。安装在低压0.4kV进线柜。终端通过电力载波接口可以实现对电能表的召测、抄收及暂存电能表数据，并用以太网通讯的方式将储存的数据按主台的命令发向主台。
电力能耗采集器DDJ01是对建筑能耗监测末端的监测仪表计进行采集，安装在每个低压0.4kV出线柜，主要用于采集各种类型的能耗仪表的数据。实现对电能表的召测、抄收及暂存电能表数据，并将储存的数据向上一级的采集器。
3.4 能耗数据采集
电力能耗采集器DDJ02对电力能耗终端采集器的数据进行采集，安装于开关柜。通过RS485接口对电力能耗采集器的数据进行采集或直接采集电能仪表的数据，抄收并暂存电能表数据，并将储存的数据向监控主机发送。
水、气型智能采集器DDJ04用于对供暖、冷水、热水、燃气等能耗终端的数据进行采集，对数据进行预处理，并将数据发送到监控主机。通过RS485接口可以实现对各类能耗监测表的召测、抄收及暂存能耗监测表数据，并将储存的数据向上一级的采集器。能耗数据采集系统图（部分）如图3所示：
4 结语
本文以西安市某高校实训大楼为工程实例，根据国家和地方相关技术导则和技术规范，确定该建筑能耗分类和分项计量的设置范围。能耗监测系统的设计随电气施工图同步考虑，完成了能耗监测系统的电气设计。
参考文献
[1] 住房和城乡建设部.关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见（建科[2007]245号）[S].
[2] 陕西省住房和城乡建设厅.西安市公共建筑能耗监测系统技术规范（DBJ61/T97-2015）[S].2015.
关键词：能耗监测系统；节能；数据采集系统
1引言
目前，建筑能耗监测系统在我国还处于初期阶段，技术还不成熟，没有获取建筑耗能真实统计数据的有效方法，直接后果是建筑节能工作一直带有很大的盲目性，甚至误导工作方向和重点。本文所指的能耗监测系统应用于大型公共建筑，是通过对建筑安装特定的分类和分项能耗计量装置（例如智能电表、智能水表、智能气表等等），采用GPRS/WI-FI等无线数据传输等方式把实时能耗数据传送到监测软件平台，在线能耗监测软件平台通过实时监测和动态分析采集到的数据，为节能改造提供有力的数据支撑。
早在2008年，住建部颁发了《关于印发国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设相关技术导则的通知》，主要针对建筑能耗监测软件技术规范做了明确的说明。目前国内大型公共建筑采用的建筑能耗监测手段相对还比较落后，有的甚至还采用手工抄录的方式，效率低而且容易产生误差，无法实现实时监测，这对掌握大型公共建筑用能情况，了解用能问题，方便管理者制定相关的节能措施造成困难。
本文首先针对建筑能耗监测系统的整体软件平台框架：整体框架采用SaaS模式设计、网络传输框架采用无线网络传输方式、数据传输采用xm编码加密方式传输在客户端再加密的方式进行读取，然后研发出实现以上功能的关键技术，最后针对广州市荔湾区25栋大型公共建筑能耗监测的数据进行了模拟。
2国内外同类技术情况
国外楼宇智能化已经发展的相当成熟，并且智能化、信息数字化程度较高。现在发达国家的智能建筑系统大都是按照建筑物使用功能进行设置，这是没有刻意把智能化放在建设目标上，但是智能化系统的装备方式是先进的，系统的设置是完备的，系统的工程设计是准确的，系统的运行状态是良好的。
我国仍缺少高技术的楼宇智能化系统集成技术、理念、态度。另外，在准确把握智能建筑的设计定位、高质量的工程实施与系统有效运行管理方面，与国外发达国家相比还有一定的差距。正是因为缺少相应的规范，楼宇智能化设计方面也存在缺乏全面性和长远性的情况，施工质量难以保证，造成一些应用楼宇智能化系统的建筑缺少各系统整体运作机制，结果事倍功半，造成投资的浪费。楼宇能耗监测系统在实时性、可靠性、稳定性等方面都达到了很高的水准，已经形成了包括美国霍尼韦尔、美国江森自控、德国西门子等公司在内的一系列智能楼宇能耗监测系统产品。
智能建筑自1984年1月出现以来（美国康涅狄格州哈特福德市的都市大厦），在欧、美、日及世界各地得到迅速发展，其中以美国、日本兴建最多。目前，美国有智能大厦数万幢。表1是国外几种成熟智能楼宇能耗监测系统产品的对比表。
表1智能楼宇能耗监测系统产品的对比
序号产品名称主要功能1江森自控的合同能源管理通过对项目进行能源计量与审计，找出能源浪费的所在，然后提出能源改造的解决方案，最后和客户签订合同，为客户提供节能项目的设计和管理服务2西门子的能源监测和控制系统以ASP技术为依托，用户的消耗数据通过西门子中央服务器，利用用户专属的安全站点获得，能耗数据通过Web手动或自动上传，这样的监测系统保证了用户能耗的透明度与可控制性3霍尼韦尔的能源管理系统将大型公共建筑分项能耗获取、数据传输、数据库与数据分析、模型等技术结合起来，对多栋建筑的多台设备或用户的能耗进行综合管理，建立公共建筑基本信息及能耗数据库，从而研究出有效的节能运行方案
国内智能楼宇的发展尚属起步阶段，但在国家和企业的共同推动作用下，虽然起步较晚，但发展极其迅速（表1）。楼宇智能化产品的主要代表有上海元上能耗计量管理系统以及研华BEMS楼宇能源管理系统。其中这两者之间各有其优点，如表2所示。
国内已有楼宇能耗监测系统软件在界面、数据实时性、监测结果分析、数据挖掘以及数据传输安全可靠性等方面都做的比较好，但是，数据采集基本都是基于在线数据采集分析技术来实现的，对于无线数据传输技术以及无线数据传输的加密性和安全性的研究比较少，因此，进一步限制了这些系统的环境适用性。
3能耗监测系统技术框架
3.1软件系统整体框架
本文研究的大型公共建筑能耗监测软件平台，是一款基于《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统-软件开发指导说明书》的要求进行设计，符合国家的规定的设计标准。软件系统整体架构如图1所示。
图1软件系统整体架构
如图1所示，本文研究监测软件平台分为网络技术设施层，主要功能是用于采集器前端数据传输。信息资源与数据层主要是存储采集器采集到的分项能耗数据；应用层主要包括数据及消息管理系统、数据分析展示子系统、信息服务子系统和后台管理子系统4个系统，每个管理系统下面由一个或多个子系统构成。应用层主要功能是用于数据处理、展示及数据监测功能，把应用层划分为相对独立的子系统模块，可减少各子系统数据间的相互干扰，由于各个子系统模块之间没有数据交叉，因此，在后续软件平台维护将更加方便、系统的扩展和兼容性将变得稳定。最后是表现层，主要是数据的显示。
3.2软件系统整体框架
如图2所示，本文中的建筑能耗监测系统，包含监控终端、数据库、数据管理系统（MDMS）、数据采集系统（MDCS）、防火墙、通信网络、集中器和楼宇采集终端。
图2图2软件系统整体框架
楼宇采集终端发送相关数据至集中器，楼宇采集终端是指电能表、水表、冷量表、气表中的一种或几种，相关数据包含能耗数据、状态信息及和时基信息等；集中器将相关数据转换成TCP/IP协议数据包，通信网络、防火墙发送至数据采集系统（MDCS）；数据采集系统（MDCS）对相关数据进行处理，并将已处理的相关数据发送至数据库，数据库对已处理的相关数据进行存储、分析和展示；数据采集系统（MDCS）对集中器与楼宇采集终端之间的通信模式和通信协议进行管理，定时对通信状态及通信数据进行自动查错，并对数据丢失、工作状态异常进行处理；数据管理系统（MDMS）从数据库中获取已处理的相关数据，根据系统设置的能耗监测指标体系进行统计分析和状态评估，并将已分析和评估的结果发送至数据库，数据库对已分析和评估的结果进行存储、分析和展示；监控终端从数据库获取已处理的相关数据和已分析和评估的结果，并进行综合分析；监控终端根据综合分析，经由数据库、数据采集系统（MDCS）、防火墙、通信网络、集中器，将控制指令发送至楼宇采集终端，改变楼宇采集终端的工作状态。
4系统关键技术点
4.1多种能耗采集终端的接入
节能改造中，由于现存很多不同年代的能耗采集终端，对这些能耗采集终端的数据如何合理的采集是一个非常重大的问题，具体方法有全手工抄表和换智能表计自动抄表两种方式。另外，对不同品牌的能耗采集终端，如何用同一个集中器进行连接，也是一个关键问题。因为不同的品牌，可能会很有私有协议的存在。
因此，对市面上能耗采集终端的主流品牌，要进行统计和协作，使得自己开发的集中器以及软件系统能够顺利接入各种不同的能耗采集终端。
4.2软件系统的开发
根据系统的整体框架分为多层结构的特点，本软件平台的开发引入“基于子系统平等开发方式”的系统设计模式，采用Java、JavaScrip等编程语言进行编码，数据存储数据库采用阿里云数据库，通讯技术采用稳定的RS485数据通讯标准，软件系统结构如图3所示。
图3智能建筑集成系统框架
5主要创新点
本项目中的建筑能耗监测系统，其技术的先进性及创新性主要表现在：无线传输方式的应用可以有效降低布线的投入，节约成本。该系统可以将能耗采集终端采集的能耗数据传输到数据终端进行综合分析，采集终端包括电能表、水表、冷量表、气表，并可以将同种能耗按不同用途进行分类计量，从而实现能耗数据的分项计量和分类计量。楼宇采集终端与集中器之间的通信方式，可选择有线方式或无线方式；有线方式为RS485、电力线通信（PLCC）、快速以太网（FE）中的一种或几种；无线方式为Zigbee、RF（230～960MHz）中的一种或几种；根据应用场景具体选择不同的通信方式。
建筑能耗监测系统，对建筑能耗信息采集方式有两种，一种是定时轮询采集方式，集中器定时（15～60min）依次向所连接的各个楼宇采集终端发起采集信息的指令，各个楼宇采集终端依次向集中器发送各自能耗信息、工作状态和时基信息，集中器收集各个楼宇采集终端的信息，并缓存在集中器的存储单元中，由数据采集系统（MDCS）经由防火墙、通信网络，不定时地获取集中器的存储单元中的信息。另一种是主动定点采集方式，监控终端对特定楼宇采集终端发起采集信息的指令，特定楼宇采集终端收到采集信息的指令之后，经由集中器、通信网络、防火墙、数据采集系统（MDCS）、数据库，将经过采集、传输和处理的能耗信息，发送至监控终端。从而实现能耗数据的实时监控。
（1）应用创新。该系统运用计算机技术，可以根据能耗指标体系，将能耗采集终端采集的能耗数据传输到数据终端进行综合分析，实现对写字楼建筑能耗的实时监测，是一种新型能耗监测系统，推动了能耗监测平台的发展。
（2）技术创新。在该项目中通过有线和无线方式将楼宇监测终端，包括电能表、水表、冷量表、气表等，与数据中心联系起来，实现了能耗数据的分项、分类计量，无线传输方式的运用降低了成本，提高了效率。同时采用定时轮询采集方式和主动定点采集方式进行能耗信息采集，实现了能耗数据的实时监控。
6平台应用
本文研究的平台选取了广东省广州市荔湾区25栋大型公共建筑的用能数据进行模拟，如图4、图5。
图4广州市荔湾区25栋建筑能耗模拟
关键词：节能监测系统；能源消耗；校园建筑
近年来我国高等教育的招生人数不断增加，办学规模逐渐扩大，学校已俨然成为了资源能源的消耗大户，这对高校资源的合理利用和节能减排提出了新的要求。建立节约型校园是高校履行社会责任的集中体现，同时也是实现学校可持续发展的重要保证。在建设节约型校园的过程中，如何准确、高效地监测能源的消耗情况并及时纠正资源配置不合理的现象，直接关系着节约型校园建设的成败。建立一套功能完善、运行可靠、计量精确的能耗监测系统是实现能源资源合理利用的重要保障。为此，本文就如何建立一套有效的节能监测系统进行了详细地探讨。
1 节能监测系统建设的目标
1.1 总体目标。建立一套有效的节能监测系统目的在于实现对校园建筑的科学管理和指标化评价。根据国家教育部、住建部等部门的要求，结合各大高校自身情况，制定一个合理可行的节能目标，并利用互联网技术建立校园建筑节能监测系统，实现对校园内重点用水、用能单位以及建筑物能耗的监测。在此基础上对监测数据进行统计分析，为改善重点用能单位耗能情况提供科学依据，实现建筑节能的科学化管理。
1.2 具体目标。在建立总体目标的基础上， 可以进一步划分为许多具体的目标。第一，建立合理可行的水耗能耗监测平台，完成水耗能耗数据采集、数据中心建立和传输装置安装等工作，对全校水耗能耗情况进行实时跟踪监测。第二，在对水耗能耗监测的同时，相关人员应对监测数据进行分析，并对分析结果予以公示，实现对校园建筑水耗能耗的透明化管理。第三，完善水耗能耗的管理体制，提高能源的利用效率。在得到能耗的分析结果后，管理人员应当根据分析结果详细制定出用水用能的管理办法，加强对能源利用不合理环节的管理。
2 节能监测系统设计与实现
2.1 计量控制系统。计量控制系统主要由计量表、通讯设备和采集控制设备三部分组成。在节能监测的整个系统中，计量控制系统主要完成各种能耗数据的采集、状态信息的表达及硬件控制的实现等工作，对电、水、气能耗的数据进行计量和采集，并对电、水、气进行控制。
2.1.1 计量系统工作原理。计量系统工作原理在于：采集器和计量表可以随时记录下电、水、气的能耗值并且按表号存储起来，数据网关依靠低压电力载波自动记录下存储的数据，然后通过校园网将数据存入数据控制中心服务器，最后根据不同单位和建筑的需求情况对电、水、气能耗进行统计分析和安全监控。
2.1.2 控制系统工作原理。控制系统的主要工作是实现对电、水、气使用的有效控制，其工作原理在于：用户安装一定数量的单相职能电表或三相智能电表，智能电表在接收到主控中心的指令后实现对用电的远程控制；而对于用水的控制则可以通过在建筑供水进户端安装智能控制器得以实现，智能控制器在接到主控中心的命令后对电磁阀进行控制，从而控制用水的开放或关闭；最后是对暖气的控制，以楼栋供暖回路为一个控制单元，在所有的控制单元处安装电动阀和智能控制器，同时在典型房间安装温度传感器，主控中心根据典型房间的室温自动下达对电动阀开闭的命令。
2.2 主控中心硬件。主控中心由硬件服务器、系统软件、网络设备和数据中心机房等构成，按照它在体系中发挥的作用可以将其分为表示层、应用层、Web服务和数据存储。
2.2.1 表示层。表示层主要是完成与用户的交互，有定制的客户端能实现完整的操作管理功能，而使用浏览器的用户则可以在完成多项授权验证后，实现数据分析、结果查询、管理监控等功能。
2.2.2 应用层。应用层主要是管理基础数据，采集计量数据和维系通讯服务。与客户端交互，实现对财务数据的管理操作，对管理任务进行严格控制，同时对系统中的数据实现严格的审计和管理。
2.2.3 Web服务。Web服务支持使用各种浏览器的用户，可以进行各种后台操作。
2.2.4 数据存储。数据库负责所有数据的管理和存储，同时协助各种数据的统计分析工作，并完成部分数据的挖掘工作。
2.2.5 通信传输系统。通信传输系统包括了校园网传输和底层传输两部分。（1）校园网传输。通过已有的校园网络对数据进行传输，智能数据网关可以将收集到的数据进行加密后发送到校园网络。（2）底层传输。采集器、采集控制器和智能数据网关依靠电力线载波收集计量仪表显示的数据，智能数据网关支持电、水、气能耗的数据采集。
2.3 节能监测平台软件。节能监测平台软件具有以下功能：（1）报警功能。监测系统会根据各部门以往能耗情况自行设置能耗的报警参数，当某个部门的能耗数据超过这个参数时看，系统会发出警报。这种设置实现了实时报警功能，对部门节能起着十分重要的作用。（2）能耗分析。该监测系统可以对人均耗能情况和单位面积耗能情况进行分析，通过不同时期、不同区域的相互对比来反映当期能耗情况，并为将来的节能计划提供依据。（3）能耗公示。主要是将各建筑的总能耗排名、同类建筑的单位面积能耗排名、不同部门总能耗排名和各部门人均能耗排名进行公示，并将能耗的具体明细给予披露，这既实现了大众对学校建筑能耗的有效监督，又有助于鼓励各部门积极响应节能耗减政策。（4）用能控制。对实验室和教室的用电进行控制；使用远程控制的方式控制楼栋用水和暖气供应；
3 节能监测统建设的意义
节能监测系统依托其完善的监管体系，对校园建筑的能源消耗情况进行实时监测，即时记录下各个部门单位和建筑的用能情况。监管部门对监测数据进行进一步的深入挖掘分析，制定出合理有效的能耗监控方案，提高能源的利用效率。同时通过统计各部门的能源消耗量，对各部门实施一定的奖惩制度，并将各部门的能源消耗率作为业绩考核的一项重要指标，从而达到鼓励各部门节能降耗的目的。节能监测系统的建立对于实现我国节能降耗战略起着十分重要的作用。
节能监测系统摒弃了传统粗放型的能源管理模式，对校园建筑用电、用水、用气进行实时监测，让监管人员可以全面了解能源使用的时间和用量，有助于监管人员及时地发现能源利用中存在的问题，并针对这些问题制定出合理有效的解决方案。节能监测系统的建立将使得节能改造工程得到准确的验证效果，通过比较改造工程实施前后的耗能情况，准确地计算出节能总量。
4 结语
大学校园建筑具有数量多、分布范围广和类型多样等特点，用能情况复杂多变，建立一套有效、可行的节能监测系统对于改善学校能源使用浪费、不合理现象有着十分重要的作用。实现节能降耗的重点应当从节能监测系统入手，根据不同校园建筑的节能潜力和能耗特征，努力实现能源的最优化使用，积极打造一批用能合理高效的节能示范高校。
参考文献
关键词：大型公共建筑；能源管理系统；建筑节能管理体系
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
中图分类号： TU201.5文献标识码：A文章编号：
一、引言
随着我国经济和社会的快速发展，大型公共建筑经常被作为一个城市现代化的象征，兴建大型公共建筑既促进了经济社会发展，又增强了为城市居民生产生活服务的功能。新建建筑中大型公共建筑的比例呈增长趋势。大型公共建筑一般指单体建筑面积2万平方米以上的办公建筑、商业建筑、旅游建筑、科教文卫建筑、通信建筑以及交通枢纽等公共建筑。由于此类建筑结构和用途的特殊性，且往往片面追求外形，用能系统复杂、运行工况变化大、影响能耗因素多，再加上再设计、施工、使用和运行维护等环节的粗放式管理等不利因素的影响，使得当前的一些大型公共建筑往往是耗能的大户。主要问题表现在以下几个方面：
（1）目前，我国大型公共建筑能耗高、能效低问题突出。根据清华大学与建设部的2007 年研究抽样调查，大型公共建筑面积占城镇建筑总面积的比例为4％，但消耗的电量却占22％[1]。据测算，我国大型公共建筑单位面积年耗电量达到70～300kWh，是普通居民住宅的10～20倍，其节能潜力亟待挖掘。
（2）超过70%的大型公共建筑没有专职的节能管理人员，大多数大型公共建筑业主的用能设备管理仅仅是从安全使用的角度考虑，缺乏系统的能源管理制度和手段，不能及时掌握能源的整体消耗情况，对主要用能设备的运行情况和节能状况未能及时把握及管理。因此，建立建筑能源管理体系，依靠先进的节能管理手段来实现大型公共建筑的节能运行，约束使用者的使用习惯和提升物业管理的运行管理水平，提高运行管理效率是目前亟待解决的问题。
（3）多能源系统与复杂负荷的结合体。在能源危机的今天，可再生能源的利用越来越普遍，大型公共建筑的这一现象尤为明显。大型公共建筑可能设置多种能源，如常规电制冷、三联供、地源热泵、冰蓄冷、蒸汽供热、太阳能、风能等。这么多能源在楼宇中综合使用所带来的多能源的协调优化、负荷预测与优化控制等问题将逐步凸显。
（4）缺乏有效的能源管理手段。大型公共建筑往往同时伴随着供能系统众多、用能系统复杂、位置分散、用能信息量庞大等特点，常规的、针对设备或能耗的管理系统（如BA系统、能耗监测系统）一般只注重对设备自身管理或对能耗的计量监测，缺乏对整个能源的系统管理。因此，为保证整个建筑的能源的优化运行必须建立具有有效的监视控制、完善的通信系统、科学的分析诊断、合理的优化管控的建筑能源管理系统，同时结合建立的能源管理体系，实现大型公共建筑能耗的有效管理。
由上可知，我国大型公共建筑单位建筑面积能耗高，节能潜力巨大。其节能改造工作成为了一个系统的复杂工程。结合“十二五”期间我国大型公共建筑能耗降低15%的节能目标，这就需要针对大型建筑的使用特点，建立建筑能源管理系统，科学地进行能耗监测、分析诊断、优化管理与控制，提高大型公共建筑能源利用的经济与社会效益。本文将在充分研究分析建筑能源管理系统的基础上，结合大型公共建筑的特点及需求，提出大型公共建筑能源管理系统的设计目标、功能以及架构，用于指导大型公共建筑能源管理系统的建设。
2、建筑能源管理系统
建筑能源管理系统是指对建筑物或者建筑群内的变配电系统、照明系统、电梯系统、空调系统、供热系统、给排水系统等能源使用状况实行集中监视、分析管理和分散控制的软硬件系统。目前所提的建筑能源管理系统主要分为三类：
（宁夏大学，a．发展规划与学科建设处；b．物理电气信息学院／宁夏信息感知与智能沙漠重点实验室，银川 750021）
摘要：为了实现猪场的规模化和节约化养殖，以CC2530模块为核心，提出了一种基于ZigBee技术的猪舍环境监测系统设计方案。首先根据待采集环境参数数据特点，选取SHT15等元件完成了传感器节点的硬件设计，其次讨论了传感器节点及汇聚节点的软件设计流程，最终实现了由传感器节点、汇聚节点和用户平台等组成的环境监测系统。该系统性能稳定、可靠，对实施猪舍的环境监测具有一定的参考价值。
关键词 ：ZigBee；猪舍；CC2530；监测系统
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2015）16－4041-03
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.16.054
收稿日期：2015－03－23
基金项目：宁夏高等学校科学研究项目（NGY2014049）
作者简介：刘思远（1977－），男，宁夏银川人，讲师，硕士，主要从事无线通信及信号处理的研究工作，（电话）0951－2061501（电子信箱）652415893＠qq．com。
猪肉是我国大多数城乡居民餐桌上重要的动物性食品之一。近年来，随着人们生活水平的不断提高，人们不仅对肉类的数量，更对其质量提出了更高的要求，健康养殖的概念应运而生。健康养殖是指根据养殖对象的生物学特性，运用生态学、营养学原理来指导养殖生产，即为养殖对象营造一个良好的、有利于快速生长的生态环境，提供充足的、全价营养的饲料，使其在生长发育期间最大限度减少疾病的发生，使生产的食用产品无污染、个体健康、肉质鲜嫩、营养丰富与天然鲜品相当［1］。对于商品猪而言，环境、品种、饲料和疾病构成养猪生产的4大技术限制因素，其中环境因素占到20％～30％［2］，良好的养殖环境不仅可以使品种及饲料的优势得到充分发挥，更可以使生猪患病几率大幅下降，提高猪肉品质。为此，建立可实时对猪舍环境信息进行采集与分析的猪舍环境监测系统，具有重要的现实意义。
传统的猪舍环境监测主要依靠养殖人员人工完成，一方面对环境信息采集实时性不强、准确性不高；另一方面消耗了大量的人力资源，增加了养殖成本。ZigBee技术是一种具有自组织、低复杂度、低成本和高可靠性的无线通信技术，在短程传输中有很好的优势［3］，已经在环境监测、节水灌溉等领域得到了广泛的应用［4－7］。本研究利用ZigBee技术，提出了一种基于无线传感器网络架构的猪舍环境监测系统设计方案，首先根据猪舍待采集环境信息特点，对系统硬件进行了设计，其次对汇聚节点及传感器节点的软件实现流程进行了讨论，实现了由传感器节点、汇聚节点和用户管理平台等组成的猪舍环境监测系统。
1 系统总体设计方案
影响猪舍环境的因素主要有：温度、湿度和氨气、二氧化碳及硫化氢等。高温和低温都会降低饲料转化率，成年猪在35 ℃高温环境下，不仅会发生中暑，还会产生厌食症状，延长出栏时间，而其长时间在8 ℃低温情况下，同样会产生厌食、抖动等症状，极大影响生长发育，且容易感染腹泻性疾病，严重危害健康成长；而猪舍内湿度过大，会使猪的成长速度减慢，引起很多疾病的产生；而氨气等有害气体是生猪呼吸道等疾病爆发的主要诱因之一［8］。因此，本研究设计的猪舍环境监测系统总体结构如图1所示，主要由传感器节点（负责采集温度、湿度和氨气浓度等数据）、汇聚节点和用户管理平台等组成。
传感器节点按照猪舍环境采集信息数据需求合理布置在监测区域内，实现猪舍环境信息数据的实时采集，所有节点均通过ZigBee协议以自组网方式构成无线网络，并将采集到的信息数据以多跳形式传送到汇聚节点；汇聚节点通过RS232串口与用户管理平台相连，管理平台将收集到的信息数据保存到平台数据库中，实现数据的统一管理；用户根据平台数据库提供的数据执行相应操作，以保证良好的猪舍环境。
2 系统硬件设计
2．1 传感器节点硬件设计
传感器节点能否准确地采集到猪舍环境信息数据，对整个监测系统的性能有极大影响。传感器节点由传感器模块（温湿度、二氧化碳、氨气及硫化氢模块）、微处理器模块、射频模块及电源模块等组成，其硬件框架如图2所示。
汇聚节点与传感器节点相比，不包括传感器模块，不具有参数采集功能，通过RS232串口与用户管理平台相连，设计中汇聚节点微处理器模块和射频模块所用元器件与传感器模块中所用元器件相同。
2．2 模块元器件选择
传感器节点是构成猪舍环境监测系统的基本组成单元，从系统成本及实用性角度考虑，传感器节点应具有成本低、体积小、功耗低、适应性强等特点。根据系统设计需要，传感器节点各模块选择元器件如下：
1）传感器模块。该模块包含有温湿度传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器和硫化氢传感器。温湿度传感器选用由Sensirion推出的SHT15传感器［9］，该数字温湿度传感器基于领先世界的CMOSens?誖技术，温度测量范围－40－＋123 ℃，测量分辨率0．01 ℃，湿度RH测量范围0～100％，测量分辨率0．03％，具有低能耗、抗干扰能力强及温湿一体的特点，性价比高，可应用于多种场合；二氧化碳传感器选用MH－Z14［10］，该传感器是气体检测技术与精密光路设计、精良电路设计紧密结合制作出的通用型红外气体传感器，测量范围0～10 000 mmol／L（有多个量程可供选择），精确度为±50 mmol／L ±读数5％，具有良好的选择性、无氧气依赖性、寿命长，其内置温度传感器可进行温度补偿，同时具有数字输出与模拟电压输出，方便使用；氨气传感器选用MQ137，该气体传感器对氨气的灵敏度高，对其他有机胺（如三甲胺、乙醇胺等）的监测也很理想，使用寿命长、成本低、驱动电路简单，是一款适合多种应用的传感器［11］；硫化氢传感器选用ME4－H2S［12］，该气体传感器检测范围0～100 mmol/L，灵敏度0．70±0．15 μA/mmol·L，分辨率0．1 mmol/L，具有功耗低、灵敏度高、线性范围宽、抗干扰能力强等特点。
2）微处理器模块。以ATMEL公司的ATmega128 L为核心，该款单片机工作电压2．7～5．5 V，内置有高性能、低功耗的AVR?誖R8位微处理器，采用先进的RISC结构，具有8路10位ADC和2个可编程的串行USART接口，128 kb的系统内可编程Flash，多达64 kb的优化外部存储器空间，除正常操作模式外，还具有6种不同等级的低能耗操作模式［6］，可满足节点低能耗要求。
3）射频模块。选用TI公司的CC2530，该款芯片含有高性能、低功耗的8051微控制器内核，具有极高接收灵敏度和抗干扰性能的，并适应2．4 GHz IEEE 802．15．4的RF收发器，拥有8 kb SRAM，8路输入8～14位ADC，具备各种供电方式下的数据保持能力，只需极少的外接元件即可形成一个简单的应用系统［13］。同时，CC2530还具有主动模式、供电模式等不同的运行模式，运行模式之间的转换时间很短，进一步确保了低能源消耗［14］，使其非常适应超低功耗要求的系统。
4）电源模块。采用连续供电与电池供电2种方式，避免频繁更换，保证系统长期运行，可有效降低系统能耗。
3 系统软件设计
系统软件设计主要指汇聚节点和传感器节点的软件设计。汇聚节点主要负责建立和启动整个无线网络，网络建成后允许传感器节点加入，协调和管理网络通信，维护网络稳定，接收传感器节点传送的信息数据，并通过RS232串口发送到用户平台，流程如图3所示。
为增加灵活性，传感器节点采用网状拓扑，加入汇聚节点建立的网络后，节点将各个传感器所采集的环境参数数据（温湿度、有害气体浓度数据）通过RF射频发送出去，流程如图4所示。
4 小结
基于ZigBee技术的猪舍环境监测系统设计方案选用CC2530、SHT15等功耗低、适应性强、性价比高的元器件完成了节点的硬件设计，给出了汇聚节点及传感器节点的软件实现流程。结果表明，该系统可实现对猪舍内环境参数的有效采集，性能稳定、可靠，满足设计要求。
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关键词：能耗监管平台；三网合一；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
我校能耗监测平台系统利用现代化通讯技术、数字通讯及存储技术、传感器及控制技术以及最先进的计算机及网络技术，并通过科学合理的整合和开发，对校园内的水、电、气、热、空调等能耗数据进行详细的分类、分项采集和统计分析，形成各个监测单元的年度、月度、每日、每小时乃至每分钟的能耗曲线，生成费用报表，并提供详细的数据报表。同时提供有效的分析手段，指导能源的合理配置和利用，实现量化管理，建立起我校能源能量平衡管理和节能管理体系。总设计体现了“集中管理、分布监测、灵活构建”的思想。系统构架以校园网为主要媒介，对校园用能建筑、用能系统、主要用能设备进行监测，构建可靠性强、效率高、共享度高的校园能耗数据库，建立能耗监测、统计、公示平台。
能源管理已经成为高校各项管理过程中最重要的话题之一，如何有效地对提供的能源进行监控，进而对采集的能源数据进行分析，然后制定出管理部门所需的各级报表，从而在能源消耗以及管理上提出改进计划已成为现阶段各高校能源管理所面临的主要问题。部分高校能耗数据统计粗放、管理疏漏、没有科学的用能预测与监管，导致能耗数据要么不准确，要么人为捏造，增加学校进行节能监管的难度，实际上高校能源浪费现象普遍存在，节能任务严峻。究其原因，正是由于对高校缺乏有效地能耗数据监管，理论上缺少能耗数据模型的研究所造成。因此，建立以数据为基础的能耗监管系统，动态掌握学校的用能状况，建立科学的能耗模型，为推进节约型校园建设、实现高校节能减耗目标已势在必行。
1 能耗监测平台设计思路
能耗监测平台系统结构复杂，涉及面广，需要将仪表技术、现场总线技术、计算机监测技术、图形图像技术、软件技术等多学科技术融为一体、高度集成。能耗监测平台系统总体设计立足于技术先进性、稳定性和可靠性；系统功能的科学性和实用性、软硬件的成熟性，满足“节能型”校园能源分析、管理的需要，并保证长远发展的兼容性。
2 能耗监测平台系统总体架构及功能
能耗监测平台系统以学校校园网为主体，无线传输网为辅建立起了学校三级能耗监测平台系统。整个节能监测平台系统是以计算机和通讯网络为基础的三级网络模式，由节能监管中心、分类监控中心、现场采集监控系统和通讯网络四部分组成(如图1和图2所示)。
图1 网络结构图
图2 北航节能监测平台系统图
能耗监测平台系统主要完成五大功能：能耗监测、能耗分析、能耗报表、能耗管理、系统管理。系统大量采用图形化分析工具，实时监测的各种参数可通过图形化显示，简单、直观而且美观，可视性强。软件界面运用多种形式(包括文字、图形、图像、多媒体等手段)使运行管理人员清晰、直观、实时地掌握用能单元的所有信息，使运行管理人员非常方便、精准地管理用能系统。同时，可以利用曲线、图表、饼状图、柱状图以及折线图表示用能信息(如图3和图4所示)。
图3 系统流程图
图4 系统报表
3 节能监管中心建设
为了实现能耗监测可视化管理，以100m2左右经过装修、装饰的房间作为节能监管中心机房，配备必要的硬件设备和系统软件。
北航节能监管中心机房示意图如图5所示：
图5 北航节能监管中心机房效果图
3.1 硬件系统
硬件系统主要包括：服务器、交换机、管理计算机、大屏幕显示设备、打印机及UPS等设备组成。
为保证能耗监测平台系统的高可靠性要求，系统对运行中间件和数据库服务器的主机采取主从模式。
主从模式是最标准、最简单的双机热备，即是通常所说的Active/Standby方式。它使用两台服务器，一台作为主服务器(Active)，运行应用系统来提供服务。另一台作为备机，安装完全一样的应用系统，但处于待机状态(Standby)。当Active服务器出现故障的时候，通过软件诊测(一般是通过心跳诊断)将Standby机器激活，保证应用在短时间内完全恢复正常使用。
3.2 软件系统
能耗监测平台系统主要针对校园中电量消耗、燃气消耗、热量消耗、冷量消耗及水资源消耗数据的采集、传输、分析管理。系统的软件主要由两大部分组成。
第一部分是数据监控，该部分的核心功能是通过一系列的可视化手段，保障相关管理人员能方便快捷地对北航的实时能耗情况进行掌控，同时对异常情况进行实时报警。
第二部分是数据分析系统，该部分的核心功能是通过一系列的业务计算(如对标体系，标准折算等)与数据仓库与数据挖掘技术及相关统计分析算法，进一步从原始数据中发掘出节能的“知识”与措施(如图6所示)。
图6 数据仓库系统结构图
整个软件系统抽象为以下核心粗粒度组件来完成大部分实际功能：数据采集引擎；数据变换与管理引擎；实时数据库；数据仓库；知识管理；面向对象的可视化组件UI；数据挖掘与分析工具集(如图7所示)。
图7 软件系统结构图
4 分类监控系统及数据采集
4.1 电力监测系统
电力监测系统主要是对校园内一级和二级变、配电室计量系统和部分典型建筑的三级计量进行采集监测。包括：引入的2路市电110kV电源，1座110kV主变电站和17座10kV配电室及部分分项电量计量。
共采集电量监测点923点，其中：一级参数44点、二级参数100点、三级参数779点。
电力检测系统对主变电站和17个配电室的电参数进行集中监测。配置监测中心计算机，将主变电站和各配电室的用电情况进行集中监测，实现一级、二级和部分三级电量的在线监测(如图8所示)。
图8 北航电力监测系统数据采集界面图
监测中心主机采用高可靠性的工业计算机，电力监测软件采用专业的电力监测软件。监测中心接收现场采集设备上传的电参数数据，对这些数据进行分析、转换、存储，并以数字、曲线、报表等形式显示在屏幕上，并将电能耗数据上传至节能监管中心服务器进行综合分析管理。便于电力监管人员能够在办公室通过计算机远方浏览监测能耗系统运行状态和调看各种运行报表。
4.2 供水系统采集监测
供水系统的集中采集监测是针对一级水量计量的采集监测，包括：市政给水、自备井及中水利用。由于供水系统一级监测点较少，而二级供水主要作为生产运行和建筑能耗系统管理，因此供水系统不单独设子系统监测，而由节能监管中心集中监测管理。
4.3 供热监控系统
集中供暖系统的热源为燃气锅炉房内的3台燃气热水锅炉房，下设有9个间接供热换热站。在锅炉房安装温度、压力、电量、水量、热量采集设备，构建学校集中供热监控系统，配置供热监控中心主机，集中采集锅炉房及各换热站的运行参数和能耗数据，再通过校园网将采集的数据传送节能监管中心服务器，实现供热系统能耗在线监测。
通过以后对供热生产现场运行设备的改造，配合能耗检测平台，就可以实现对生产过程进行自动监控，实现气候补偿、变频节能和分区供热的自动控制，实现运行数据采集、设备控制、测量、参数调节以及信号报警等多项功能，从而可使供热生产现场设备在“无人值守”的自动控制下安全平稳运行。节能控制的运用、各种运行参数的实时监测与调整能够使能源利用和系统运行始终处于科学、合理、经济状态，为现场安全管理和高效节能提供了保障。供热监控系统不仅以本锅炉房(换热站)为单位自成体系，也将相对分散的各供热现场的能耗数据、运行数据和实时状态集中传输到节能监管中心，为相关部门提供基础数据支持。本地锅炉房、换热站现场监控设备作为底层基础数据源通过网络通讯方式，与供热监控中心主机实时进行数据交换，实现了对整个供热网络的集中监控(如图9和图10所示)。
图9 热网系统图
图10 换热站系统图
监控中心接收现场采集设备上传的供热运行数据和能耗数据，通过对这些数据进行分析、转换、存储，以数字、曲线、报表等形式显示在屏幕上，并将能耗数据上传至节能监管中心服务器进行综合分析管理。
4.4 通讯网络
能耗监测平台系统通讯网络组网方案利用了现有的校园网络作为数据远传网络，数据传输速度快，维护及使用成本低。
现场能耗采集设备通讯主要为有线方式，采用校园网或485总线通讯。所有数据通过校园网或485通讯总线传输到分类监控中心或节能监管中心主机。采用RS485现场总线将多台水表、电能表、热量表分别连接至网络服务器或现场采集监控设备，再通过校园网将采集的能耗数据上传至分类监控中心和节能监管中心。
对于特殊场合不具备有线传输条件的采集点，系统采用无线物联网通讯技术，使用了无线网络与主干网结合的组网方式，很好地利用了已有的基础网络。
部分水表数据传输使用了无线网络，现场安装方便，不需要破土布线，后期维护方便，成本低，电表数据传输中，使用了现有的RS485总线，在有数块电表集中的场所可以只用一个信号采集装置，节省成本；信号采集装置与信号传输装置以无线方式连接，现场施工及后期维护方便，成本低，整个系统无运行费用。
5 结束语
本系统采用了高校校园网、无线物联网相结合的方法实现对高校的水、电、气消耗的实时在线监控，可以迅速、准确地了解高校各建筑物以及用能点的能耗状况，以便采取相应措施改善学校的用能环境，制定节能方案，提高能效。建设高校能耗监测平台，对于促进高校能源节约和合理应用，缓解能源供应与社会经济发展的矛盾，加快发展低碳经济，推进节约型校园建设有着举足轻重的作用，也是保障能源供给和节能育人的重要保障。
参考文献
针对传统医院环境监测系统现场布线难、设备移动性差、测量精度不高的问题，提出了一种基于无线传感器网络(WSNs)技术的医院环境监测系统，并详细介绍了该系统的结构、通信机制及软件实现流程。系统由无线传感器节点依据无线通信机制形成WSNs。在分析影响WSNs能耗的主要因素和现有节能技术基础上，提出了一种基于能量均衡的数据可靠传输算法，即动态能量管理分簇算法(DPMCA)，该算法把DPM技术和CA有效结合，有效解决了传统医院环境监测系统中存在的问题。
关键词:
无线传感器网络;环境监测系统;能量均衡;数据可靠性传输
继互联网和移动网络之后，物联网成为信息科技的第三波浪潮，无线传感器网络(wirelesssensornetworks，WSNs)技术将在物联网中起到举足轻重的作用［1］，并引起了人们越来越多的关注。近几年，短距离无线通信技术得到快速发展，被广泛应用于无线环境监测中，然而如何实现一种低成本，易于维护与扩展，测量精度高，可靠实用并适合我国国情的医院环境监测系统，仍是亟待解决的实际问题。本文提出了一种基于WSNs的医院环境监测系统，通过软硬件相结合实现了医院环境的温度、湿度以及光照强度等数据的实时监测。在分析影响WSNs能耗的主要因素和现有节能技术基础上，本文提出了一种基于能量均衡的数据可靠传输算法［2］，即动态能量管理分簇算法(dynamicpowermanagementclusteringalgorithm，DPMCA)，该算法把DPM技术［3］和CA有效结合。实验与仿真结果显示:该算法有效实现了网络能量均衡、延迟了WSNs的生命周期，提高了医院环境监控系统的数据传输可靠性。
1医院环境监测系统方案设计
系统在医院楼道、科室单元设置汇聚节点，以环境监测装置为单个节点，在楼层内采用无线网络把节点的读数集中到位于楼层底部或中部的汇聚节点，然后由汇聚节点经过处理后通过医院内网或短信方式发送到监控中心。系统主要由三部分组成:1)安装在楼道、科室单元中有无线数据传输功能的环境监测装置(无线传感器节点);2)安装在楼层内的汇聚节点;3)上位机显示部分。整个医院环境监测系统总体结构如图1所示。环境监测装置作为传感器节点，它是采用自组织方式［4］进行组网并利用无线通信技术进行数据转发，节点都具有数据采集与数据转发双重功能。节点对本身采集到的信息和其他节点转发给它的信息进行初步的数据处理之后以相邻节点接力传送的方式传送到汇聚节点，然后通过汇聚节点以医院内网、短信等方式传送给监控中心，通过上位机实时显示医院环境的温度、湿度以及光照强度等数据。
2系统硬件设计
医院环境实时无线监测节点(图2)由微处理器、传感器、存储器、无线通信模块、电源模块等主要模块组成。在系统中，处理器采用STC10L系列单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机。无线通信模块采用的是CC1101模块［5］，该模块一种低成本真正单片的UHF收发器，基于0．18mmCMOS晶体的Chipcond的SmartRF04技术，性能稳定、高灵敏度且功耗低，可确保短距离通信的有效性和可靠性。电源模块主要为节点和其它模块提供正常工作所必须的能源;传感器模块主要用于感知、获取监测区域信息，然后由A/D转换器把模拟量转换成微处理器能够接收的数字量，并传送到微处理器;微处理器主要作用就是对接收信息进行处理和对各节点工作进行协调;无线收发模块负责与其他节点传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据。传感器节点与汇聚节点在硬件设计上主要在电源模块部分和无线通信模块部分［6］。传感器节点基本靠电池供电，主要负责采集数据和一定的转发相邻节点数据的任务，所以，通过使它大部分时间处于休眠状态来延长节点的寿命;汇聚节点不仅需要采集数据，而且负责网络建立与发出各种命令、汇聚终端节点传感器节点发送过来的数据并上传至监控中心，所以，硬件设计上需要增加存储器并采用电源供电，这样可以有效地维护系统的稳定性和可靠性。
3系统软件设计
由于传感器节点能量有限，如何有效地做到网络能量均衡，延长WSNs的生命周期，提高数据可靠传输是设计WSNs的一个重要问题。在分析影响WSNs能耗的主要因素和现有节能技术基础上，本文提出了DPMCA，该算法把DPM技术和CA有效结合。
3．1DPM节能技术DPM是一种能够有效降低系统能耗而又不影响系统性能的方法［7］。在低功耗硬件设备基础上，DPM技术可以进一步减少能量消耗，延长电池工作时间。节点周围如果没有要处理的事件发生，一部分模块就会处于空闲状态，这时也可以让这些模块停止工作或让其处于休眠状态。为了能够使功耗最小，通过软件设计DPM状态，根据外部任务和内部状态实时动态地改变系统的工作功率状态。无线通信链路质量与节点间无线通信能力密切相关。链路质量可以通过包接收率(packetreceptionratio，PRR)直接度量，也可以用接收信号强度指示(receivedsignalstrengthindication，RSSI)和链路质量指示(linkqualityindication，LQI)两个参数来评估，而且两者之间的关系式可以用式(1)表示。随着环境的不同，门限值也会发生变化，一旦达到某个门限值，链路都可以达到一个理想的PRR，因此，使用RSSI值来评估链路质量，获得维持最小连通度的RSSI值。
3．2DPMCA为了便于研究，本文进行如下假设:1)假设网络内所有节点的地位都是平等的，在初始状态下，所有节点都具有相同能量，其能量管理策略釆用动态能量管理，而且还具有自适应调整发射功率的能力。如果获得对方发射功率，节点能够根据RSSI计算出通信距离［9］。2)假设所有节点不仅ID标识是唯一的，而且还具有获取其他节点ID标识的能力。借鉴LEACH的一些基本思想，并以循环方式随机选择簇头，提出了一种应用于中小规模WSNs的DPMCA，而汇聚节点与普通传感器节点的软件实现存在一定的区别，汇聚节点的软件实现流程图如图3所示，普通传感器节点软件实现流程图如图4所示。1)在初始阶段:簇头比例和第一次簇头节点的选举由汇聚节点统一确定，剩下各轮簇头节点通过新一轮选举产生。为了能够使簇头达到最优，在监测面积和传感器节点总数目已经确定的情况下采用遗传算法［10］合后发送给汇聚节点。7)上位机显示:由汇聚节点汇聚终端节点传感器节点发送过来的数据并上传至监控中心，并在上位机上实时显示医院环境的温度、湿度以及光照强度等数据。
4系统测试与性能分析
首先搭建了硬件系统，并通过无线自组网的方式进行无线组网，最后在电脑上位机显示相应数据。原型系统如图5所示，上位机显示如图6所示。通过对每个模块进行单元功能测试，实验表明:各个单元模块可以实时采集当地监测区域的环境参数，上位机正常显示，系统各项功能运行良好，能够实现预期效果。对簇头进行优化。2)簇头的形成:监测区域被统一划分成若干个簇，汇聚节点根据最优簇头比例对区域进行划分，假设簇头比例为所需簇头个数与节点总数的比值，则对第r轮的簇头选择阈值如式(2)所示。3)组簇:簇头向区域内所有节点广播自己的ID并成为簇头的公告(advertisementofclusterhead，AOCH)。同时，簇头之外的传感器节点(sensornodes，SN)判断不同簇头广播的AOCH信号强度，并发送注册(registration，REG)信息给信号强度最大的簇头，加入其所在域，并形成簇内ID信息列表ID_List。4)簇内传送:各个终端以单跳或多跳的形式向簇头节点传输数据。5)判断是否更换簇头:簇头根据自己的剩余能量判断是否更换簇头，若需要更换簇头，则重新第2步，本文采用静态组簇的方式，即第1分簇后各簇内成员不发生变化。6)汇聚:簇头负责将簇内所有节点的数据进行相应融合对DPMCA的性能进行了评估，并做了相关实验:在DPMCA和LEACH算法下，网络存活率随工作时间的变化情况的比较，如图7。从图7中可以看出:DPMCA有效地延长了医院环境无线监控网络的生命周期，相比传统LEACH算法延长了2～3倍左右，防止传感器节点过早死亡引起数据丢包，从而提高了数据传输的可靠性。
5结束语
该系统应用当前热门的WSNs技术实现了医院环境无线实时监测系统，具有使用方便、易于尾部、灵活可靠等特点，且具有很强的实用性。针对WSNs技术中数据可靠性传输问题，提出了一种DPMCA，该算法把DPM技术和CA有效结合，实现了网络能量均衡、延长了WSNs的生命周期，防止传感器节点过早死亡引起数据丢包，提高了医院环境监控系统的数据传输可靠性。设计对医院环境监测的应用和研究具有一定的参考和指导意义。
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关键词：空中交通；监测系统；高速；数据传送；方法；结构设计；应用；分析
在实际应用中，空中交通监测系统是一种利用遥感监测技术实现的、用于进行大规模的社会事件情况下，路面交通运行管理实现的一种技术手段，它在自然灾害以及社会集会等情况下的应用相对较多。通常情况下，空中交通监测系统利用空中遥感监测技术实现对于路面交通情况的监控管理中，通过进行具有高分辨率的摄像机以及照相机设备的配备应用，并在交通管制区域的上空进行盘旋运行，以通过摄像机与照相机对于地面道路的交通运行数据情况进行采集，并将采集视频与图像等数据信息，以无线通信方式传送到地面指挥与控制中心，以此实现对于整个路面交通情况的监测管理。数据通信传输是空中交通监测系统的重要结构部分与功能组成，尤其是高速的数据传送软件系统，对于实现空中交通监测系统运行数据的实时、快速以及高校传送具有关键作用和积极意义。
1 空中交通监测系统的高速数据传送结构分析
数据通信与传送是空中交通监测系统中重要的功能与结构部分，高速的数据通信与传送软件，对于保证整个空中交通监测系统的快速、实时与准确数据通信传输具有积极作用和意义。
本文所要论述的空中交通监测系统的高速数据传送结构，也被称为是空中交通监测系统中的数据采集与存储系统结构，它主要是由空中数据采集与存储系统和地面数据采集与存储结构系统两个结构部分组成。空中交通监测系统数据采集与存储结构情况，在数据采集与存储系统中，空中系统结构部分主要是由图像采集设备以及定位与惯性平台、无线通信、计算机等结构单元组成，其中，数据采集与存储空中，系统中的图像采集设备主要有高分辨率的数码照相机，以及彩色摄像机、红外摄像机等，分别安装于空中交通监测系统的头尾两个结构部分；定位与惯性平台结构单元主要是用于进行准确定位和姿态校正；机载移动计算机设备则是一个小型的嵌入式计算机控制单元设备具有较好的稳定性与兼容性，并且使用过程中能耗比较低。而空中交通监测系统中数据采集与存储的地面系统结构部分，通常根据运行监测与管理的实际需求，多设置在地面交通指挥中心，主要是由服务器以及通信系统设备等组成。
2 系统中高速数据采集与传输方式
空中交通监测系统中实现数据的高速采集与传输、存储，主要是通过上述数据存储与采集系统中的高速串口ESCC-104-ET和视频采集卡MPEG4000两个单元部分实现的。其中，在空中交通监测系统的数据通讯与传输过程中，串口通讯是一种计算机数据进行交换实现的常用方法，一般情况下，在进行计算机数据交换应用中，普通的串口通讯中数据进行交换与传输的最大速率为每秒38.4kb，为了实现空中交通监测系统中数据的高速通讯传输，上述数据采集与存储系统中对于图像采集实现专门使用特定的数码相机，图像数据信息采集中不仅具有较大的视场角度，并且像素单元也比较大，供系统选择应用范围广，在进行图像数据的存储中，以CR2格式为例，平均一副图像文件的大小约为16Mb，下穿图片以JPEG格式为主，其压缩比为1：8，对于浏览效果不存在较大影响。通常情况下，普通串口进行一幅静态JPEG图片下载实现平均需要时间超过空中监测系统在空中循环运行中停留的时间，因此，为了满足对于图像信息的传输，就需要此阿勇高速串口通讯方式进行图像传输实现。高速串口通讯卡主要采用PCI总线控制方式，以Siemes 82532芯片进行设计实现，具有一边进行数据接收和一边进行存储、下传的功能。
此外，为了实现空中交通监测系统对于路面交通情况的实时监测与高速数据通信，系统中还应用了MPEG4000采集卡，以对于系统中摄像机采集的视频数据进行转换、压缩与通信传输实现，同时该采集卡也是一个视频采集模数的转换以及压缩硬件接口卡，以实现对于空中交通监测系统中数据信息的高速通信传输实现。目前，该数据采集与存储方式在实际空中交通监测中已经有较多的设计实现和应用。
3 应用前景
国外俄、德、日、美等国，已经相继实现了空中监视地面交通，同时应用在了多届的奥运会中。当下，我国的上海、广州等地交警，都在配备空中的交通检测平台，若可以运用该项数字技术，一定会提升其自动化程度。
4 结束语
高速数据传送是一种能够满足空中交通监测系统快速、同步、实时并且准确的进行数据通讯传输的一种方式，进行该方式的分析研究，有利于在空中交通监测中的推广应用，具有积极作用和意义。
[参考文献]
[1]汪磊，孙瑞山.空中交通管制员疲劳状态实时监测方法的实现[J].安全与环境工程.2013（4）.
关键词：火电机组 节能减排 在线监测系统 设计应用
中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（b）-0016-02
当前节能减排工作已经成为电力企业工作中的重点，而节能减排在线监测系统则在整个工作中成为了不可缺少的一部分。为了更好地完成节能减排的目标，电力公司必须要进行合理的统筹，开发和应用火电机组节能减排在线监测系统，利用先进的科学技术手段来降低火电机组的能耗，使资源的综合利用效率得到进一步提高。
1 火电机组节能减排在线监测系统的架构设计
火电机组节能减排在线监测系统主要由3个层次组成，分别是数据采集、通讯网络以及监控中心。
1.1 数据采集
在采集数据的过程中必须要结合当地的实际情况，如此可将采集数据的方式分为3种：直接从大区获取相关信息，或者是在电厂的生产控制区获取。使用硬接线的方式从DCS系统上获取。如果是从电厂管理信息大区获取数据一般是需要在网络设施比较健全的电厂，这种方式需要严格按照国家的法律文件来执行。
1.2 通讯网络
通讯网络层次主要负责的是对数据进行封装，这些已经采集的数据经过数据网络技术，或者是其他的无线网络技术进一步的传递到监控的中心层。ATM技术是火电机组节能减排在线监测系统的运行的基础，它和GPRS技术相比较而言，数据传输的安全性比较高，而且网络稳定性也比较好[1]。
1.3 应用中心
应用中心层包含的内容比较多，具体有：数据中心，主要是由实时采集到的数据和统计分析的数据库构成的；数据的采集和调度，把已经采集的数据按照通讯规约来进行具体的封装工作，数据文件正是通过这样的方式形成的。实时的数据需要被写到数据库中；业务计算，最主要的目的是实时的计算已经完成的指标。如果在计算的过程中出现了停运或者异常的情况可以通过事件形式进行输出，而且还可以对现场采集到的各类数据的相关性进行一系列的分析和告警；业务的应用和服务，技术支撑为J2EE架构，设计思路为MVC。在分层设计的过程中要充分利用MVC设计理念，再把数据的操作、系统的逻辑处理以及页面的具体表现情况进行分层处理，实现各个层面之间的相对独立性。
2 火电机组节能减排在线监测系统的功能表现
2.1 档案管理的工作
火电机组节能减排在线监测系统主要包含了企业、供热系统、脱硝设施、燃料系统以及各种燃气机组、锅炉系统信息、汽机系统信息、脱硝设施的信息、企业的基本信息等。
2.2 进行实时的监控
系统可以把已经采集到的数据按照机组为单位，再把实际的工艺流程如图进行动态的展示。比如在脱硫监管的环节，所展示出来的图就主要是脱硫前的二氧化硫浓度、氧量、烟囱入口的浓度等，然后再进行科学的计算。
2.3 查询和分析
对于数据的查询和分析功能，系统会专门的提供相应的数据查询和分析组件，然后输入相关信息之后就可以自行的查询和分析需要的数据。而且也可以支持对历史数据进行查询，另外也可以将一些数据的限值以及有关系的事件显示出来。
2.4 分析故障
系统对故障的分析功能主要表现在对数据的超限分析功能和数据的异常分析功能。具体表现在：第一，通讯故障报警；第二，数据质量分析报警。
2.5 统计工作
系统在设计的过程中需要紧密的结合政府近些年来出台的相关法律文件，比如一些具体的运作流程，如脱硫脱硝、资源综合利用等。利用不同的数据分析模型对数据进行分析，然后再按照考核维度来制定不同的报表[2]。
2.6 管理^程
系统的管理过程分为对用户的管理，按照用户的不同等级将其设定不同的访问权限，比如对于电厂级别的只可以访问该电厂的所有数据，而地市级的访问权限则更大一些。正是由于设置了相应的访问权限，所以系统的安全性能才会大大提高。查询日志，通过日志的形式来对系统中的登录操作过程和数据操作过程进行记录。系统的管理员可以对日志删除的时间间隔进行设定，然后再提供相关的查询页面。公告管理的功能，系统可以让一部分的用户在系统中相关的文件，同时也把这些文件进行进一步的分类。
3 火电机组节能减排在线监测系统的应用
3.1 计算污染物的指标
对单台火电机组的汽机热耗、实时供电煤耗等相关的指标进行计算，然后在计算的基础上把功率作为权重的指标，计算火电机组实时发电煤耗以及供电煤耗。脱硫指标则是需要结合电厂的实际生产情况，修正、折算相关的指标，使最终的结果更准确。SO2浓度和烟气流量的指标则是需要对数据进行预处理，再把SO2的浓度和烟气流量折算。污染物统计指标如表1所示。
火电机组节能减排在线监测系统可以通过对实时的数据进行计算和处理，进而实现对关键数据的计算和分析。
3.2 对数据统计报表的具体应用
在线检测系统的设计过程中专门设计了报表，在火电机组节能减排的过程中也得到了应用。比如为了更好的对脱硫在线数据的统计和分析，就可以使用统计报表的平台。这个平台最可以以最基本的指标项为基础，进而对数据和指标进行一系列的处理。用户可以根据自己的需要来选择合适的模板，后台的报表服务系统会根据模板的不同来自己完成抽取数据、数据关联以及最后生成报表的过程。在线报表系统会提供不同的统计方式，如日、月、季度或者是年等，这样可以在获取数据的过程中对数据进行有效的对比，从而对数据了解的更加透彻。
3.3 对数据监测功能的应用
数据监测最需要满足的条件就是实时监测，而实时监测系统包含了网络的运行状态、系统的运行状态、接口软件的运行状态以及网络状态和实时数据刷新的状态等。利用数据监测报警平台可以对不同类型的数据进行实时的检测，一旦出现网络状态异常或者是数据超限等情况就会自动报警。在线监测系统还可以结合电厂的实际需要来对系统的一些配置项进行修改，而报警信息也可以通过客户端等方式来进行查询。另外也可以利用电子平台或者短信等及时的推送异常信息。
4 结语
火电机组节能减排在线监测系统中包含了燃料、环保和供热等相关的数据，这个系统的设计和实际应用将会对数据化管理的实现奠定基础，对火电机组的运行状况进行更加全面的管理和监测，促使节能减排目标的实现。
参考文献
本文针对当前供暖系统的现状，研制了一种计算机供暖监测系统，并将该系统应用于实际工程，对测试结果进行了温度、供热面积热指标和节能分析。
关键词
监测系统 面积热指标 热负荷
随着城市建设的日益发展和环境保护意识的不断增强以及节能的要求，城市集中营供热系统的规模在不断扩大，供热面积不断增加，供热系统的运行调节与管理了变得更加复杂。因此采用先进的计算机应用技术对供热系统实行实时状态监测、指导系统运行具有十分重要的意义。它不但可以及时检测系统参数、调节热网[1]，而且能够健全运行档案、实行量化管理，从而提高系统设备的运行效率，减少能耗，改善供暖质量。
一、计算机供暖监测系统
1．系统组成
监测系统主要由工控机（微机监测仪）、流量传感器、测温元件和信号线等组成。如图1所示，工控机接受A/D转换器转换后的数字信号和计数器频率信号，进行计算、转换，实现各种参数的显示和计算；测温无件测量并输出温度信号，进行计算、转换，实现各种参数的显示和计算；测温元件测量并输出温度信号；流量计输出流量信号。
图1 计算机供暖监测系统示意图
2．工作原理
当流体流经安装在管道里的涡轮时，即流经涡轮叶片与管道之间的间隙时，由于流体的冲击作用，将使涡轮发生旋转。在测量范围内，涡轮旋转的转数与流体的容积流量呈近似线性关系，也就是涡轮的转速与流量成正比。涡轮的旋转通过磁电转换器变换成电脉冲，而这信号的脉冲数与涡轮的转速也成正比[2]。此脉冲信号经前置放大器放大后，经过信号调理电路，以CTC（Counter Timer Circuit）作为流量的频率计数器，再经过密度修正后，通过STD（Standard）总线送入工控机进行计算。同时，由铂电阻温度计经过TB系列温度变送器转换，送出温度模拟信号，经信号调理电路，进入带有光电隔离的"A/D"转换器，在此完成模拟信号到数字信号的转换，数字信号送入工控机。工控机中装有在UCDOS平台上开发的供热系统监测软件（C语言编程），在工控机中进行瞬时热量、累计热量等参数的计算，然后通过打印机打印输出。
3．功能
系统主要包括总貌图、温度计、参数表、趋势图、控制台、备份、变量表、文件、报表、查询等功能块。它能实现供回水温度、室内外温度、循环水量、瞬时热量和累计热量等参数的实时监测，根据需要打印温度、流量、热量变化趋势图，还可存贮，调用历史数据，以便查询、研究。
二、应用
该监测系统在北京建筑工程学院（热力站供暖系统）和北京育新小区（锅炉心供暖系统）进行了实际应用与测试，下面对测试结果进行分析。
1．室内外气温和热负荷分析[3]
由图2、3可以看出，对于热力站供暖系统，二次网的供回水温度波动较小，但室内温度波动较大且与室外温度的变化趋势基本保持一致。这是因为一次网的供水温度由热力公司控制，在一段时间内或某一天其值基本保持恒定，而一、二次网的流量波动很小，所以，二次网的供回水温度波动较小，系统的供热量也基本不变（瞬时热量变化较小）。而对用户来说，当室外温度降低，热负荷增加，如供热量不变，室内温度降低；反之亦然。
锅炉房供暖系统的供回水温度波动较大，因为工作人员会根据室外气象条件的变化来调节锅炉的出水温度，决定什么时候启炉，什么时候停炉以及开几台炉，所以供水温度基本上是随着室外温度的变化而变化的（存在时间滞后），瞬时热量变化也较大写室外温度降低，用户热负荷增加，工作人员调节锅炉燃烧状态。提高供水温度，增加供热量。即工作人员根据室外气温的变化，调节供热量以满足用户热负荷的变化。所以锅炉房供暖系统的用户室温比热力站供暖系统波动小。
图2 北建工1#热力站参数变化趋势图（2000.3.8）
图3 育新小区参数变化趋势图（2000.1.22）
2.供暖面积热指标分析
由表1可以看出，在整个采暖期中，北建工1#热力站供暖系统有育新小区供暖系统平均供热指标（对应-9℃下）为72.5w/m2和44.1 w/m2，而实际需要的供热指标（-9℃下）为55.3 w/m2和41.1 w/m2，为节约能源和减少污染，供暖面积热指标可控制在45w/m2左右。
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3．节能分析
【关键词】ZigBee技术 在线监测系统 变电站
无线器网络知识通过大量传感器节点相互协调，节点采用随机或特定的方法设计在目标环境内，获得周围环境下的信息并完成相应的任务。
1 简述ZigBee技术及其优点
ZigBee是目前新兴的短距离、低速率无线网络技术，主要用来实现近距离无线连接。该技术采用无线电标准，在数千个传感器合理协调实现通信。上述传感器只需少量的能力，由无线电波把信息由传感器传送到另一个传感器，产生较高的通信效率。ZigBee技术具有成本低、网络容量大、可靠性高、低能耗等优点，广泛应用在工业、农业、军事侦察、家庭自动化等领域。ZigBee技术传输速率低，协议相对简单，能在一定程度上降低运行成本。其网络容量较大，每个ZigBee网络最多能支持255个设备，换言之每个ZigBee设备能与254台设备相互连接。ZigBee技术主要用于短距离且数据传输速率不高的各类电子设备中。
2 基于ZigBee技术设计变电站在线监测系统
2.1 系统总体框架
ZigBee技术非常适用于投资少、网络安全要求高、数据吞吐量小的场合，能广泛应用于工业和家庭智能化、医用设备等领域。变电站无线通信网络建成后，在信号覆盖区域任意角落均可连接无线网络，说明ZigBee技术具有较强的可扩展性和灵活性。在变电站在线监测系统中，实时性是其另一项重要字表。ZigBee无线通信网络增设的节点网络参与时间为30ms，节点由休眠至进入状态典型时延为15ms，满足系统实时性要求。变电站在线监测系统主要包括硬件和软件两个部分，硬件由处理器、ZigBee传输模块、图像及温湿度采集等模块组成。其中，ZigBee模块主要用来将温湿度信息。变电站场景等信息上传至控制中心。
2.2 合理设计硬件各模块
2.2.1 挑选恰当的处理器
该设计系统要求CPU必须具备高速的数字信号处理能力，必须对接收的温湿度信息、图像信息等进行数据处理，完成变电站在线监测的效果。本次设计采用TMS320VC5509数字信号处理芯片为中心处理器，该芯片是一种性价比高的DSP芯片，其采用1.6V核心电压及3.3V接口电压，最低能支持0.9V核心电压运行。
2.2.2 设计图像采集模块
图像采集模块主要负责实施收集变电站场景信息，该系统使用OV7670型号的图像传感器，其是一种体积小、成本低、功耗低的嵌入式单片图像传感器，工作电控控制在2.45～3.0V。
2.2.3 设计温湿度采集模块
因本次研究的重点不是传感器，因此，本系统只采用一个温湿度传感器采集该变电站温湿度数据，随之借助无线收发模块传送至主节点上。传统的温湿度传感器通常需要涉及信号调理电路并由复杂的校准和标定过程中，因此，无法保障测量的准确度。文中采用某公司推出的新型温湿度传感器，该传感器把CMOS芯片技术和传感器技术合理结合，有效发挥两者的互补优势。该温湿度采集模块主要负责及时采集温湿度信息，本系统挑选瑞士公司生产的SHT11型号温湿度传感器，该传感器工作电压控制在2.4～5.5V，其测量精度高、稳定性更强。
2.2.4 设计ZigBee模块
该模块主要功能是将温度信息、变电站场景等信息传递至上位机管理系统内。本系统使用CC2530芯片作为ZigBee模块的核心，该模块设计可编程内存、高性能RF收发器、低功耗的8051内核。
2.2.5 设计RS232串口电路
设计合理的RS232串口能实现芯片与ZigBee模块实现实时通信。本系统使用某公司生产的MAX3232转换芯片，该芯片是一种标准的收发系统，工作电压控制为3.0～5.5V。
2.3 设计系统软件
变电站在线监测系统软件主要由微处理器程序、射频收发模块、初始化程序等部分组成，初始化程序主要用来对转换器、射频芯片等设备实施初始化操作。发射程序把创建的数据包借助单片机接口传送至收发模块并及时输出。接收程序准确接收数据后，并给予针对性处理。如果系统准备就绪，创建并成功实施网络连接后，ZigBee网络开始传送温湿度等模块收集的数据信息。信息传送完成后，上位机管理系统实施对数据展开分析和处理，从而达到实时检测变电站信息的目的。在线监测系统工作流程如图1。
3 结束语
总之，文中根据变电站在线监测系统的具体需求，分析传统有线连接网络的不足之处，阐述ZigBee技术的主要优点，针提出采用无线网络代替传统网络在线监测系统的设计方案，并将该设计广泛应用于电力系统中。
参考文献
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[2]钟运平，程小华，戴栋等.基于ZigBee技术输电线路在线监测系统的研究[J].电测与仪表，2013，11（5）：105-109.
[3]孔鹏，王琳，李榛等.ZigBee技术在电缆局部放电在线监测系统中的应用研究[J].电气自动化，2015，37（4）：112-114.
[4]谢岩，张国歌，高玉梅等.基于RuBee/ZigBee技术的变电站在线监测系统[J].微型机与应用，2014，27（20）：52-54.
关键词：多元交互平台；智能流程；连续装卸控制管理系统
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0027-02
港口作为吞、吐、集、散枢纽的基地，是现代化综合运输系统的关键环节。随着运输船舶大型化、专业化的发展，港口吞吐量急剧上升，通过提高连续装卸码头的自动化水平，降低生产成本、提高劳动生产率的作用日益显著，近年来，随着科技的不断进步，控制技术和产品不断更新换代，为设计出既有利于提高自动化装卸水平，又具有良好可扩展性的系统，提供了技术支撑。
本研究课题依托于广州港南沙粮食通用码头控制管理系统项目，以先进的自动控制技术、计算机技术、网络技术为基础，分析粮食连续装卸作业与管理的特点，研究开发先进的控制技术，为用户提供更科学、合理、可靠、实用、高效的粮食连续装卸控制管理系统。
1 控制管理系统功能分析
港口连续装卸控制管理系统包括流程作业、测温、计量、电量检测、生产管理、视频监控、语音广播等子系统，按主要功能可以划分为管理功能、流程控制功能、电力监测功能以及视频监控功能四个功能模块。
1.1 管理功能
管理功能主要包括日常的工艺管理、设备管理、生产管理等任务，用来生成各种生产报表及管理报表。管理数据获取途径有手工录入、控制CPU采集及电力监测等系统数据共享等。
1.2 流程控制功能
通过TCP/IP协议与挂在同一Ethernet网的PLC进行数据交换，对现场设备按照工艺规则进行控制，可以远程或就地完成作业流程的预选、起动、停止，实现自动化生产
控制。
1.3 电力监测功能
作为控制管理系统的辅助监测手段，实现远程自动抄表功能，同时可以对用电情况进行在线能耗分析，电力监测的数据来自于放置在低压控制室中的远程终端，这些终端按一定数据格式通过RS485协议向上传送信息。
1.4 视频监控功能
视频监控系统采用数字化存储技术通过TCP/IP协议与挂在同一Ethernet网的交互平台进行数据交换。视频监控完成港口码头生产、安保的视频实时监控、存储、回放的
功能。
2 智能多元交互平台技术
港口连续装卸系统工艺复杂时，传统的通过固定流程编号或静态表法来确定流程的控制的方式已经很难适应操作的灵活性，为了使大型散粮筒仓系统的流程控制更加便捷和高效，我们开发出智能化流程选择技术，能够实时接收、处理操作员通过上位监控系统点击动作，操作员无需察看设备状态（如远程、故障、运行等），也无需关心工艺路径（如是否有交叉等），只需根据工艺目的，顺序点选首设备、中间设备、尾设备，即可自动获得可供选择的有效路径。
对于复杂的装卸工艺，通过智能化流程选择技术形成的有效路径可能是两条或两条以上，在流程控制功能模块中，只能依靠操作人员进行人工选择，为此，我们针对每条路径应用电力监测系统的数据进行能耗预测，从而能够基于耗能指标选出最节能的有效路径。
由于流程控制系统和电力监测系统是独立的，因此，我们提出并实现开放的多元交互平台，让管理、流程控制、电力监测、视频监控等独立系统完全实现数据共享。各系统功能相互独立，利用网络技术将储运系统共享一个交互平台，实现双向、分层、开放互联实时可靠的控制管理信息系统，优化生产管理过程。各功能模块之间通过统一的接口协议规划，能够在统一的信息交互平台实现数据同步编辑、存储、更新。其中包括工艺流程作业系统的全部数据、管理系统的全部数据、电力系统的全部数据、计量系统、生产辅助系统以及视频监控数据等。同时，实现人机交互界面的多元化，各功能模块可以通过交互平台对其他功能模块实现相应的操作。
3 应用实例
本研究依托广州港南沙粮食通用码头自动控制系统项目，该项目建设1个7万吨级和1个10万吨级的粮食专用泊位，一期总建设仓容45万吨，是广州市的重点建设项目，规模较大，工艺复杂，装卸工艺流程逾3000条。在管理平台上充分兼容流程控制和电力监测全部信息，软件开发工具为microsoft visual studio 2010，开发平台为SQL server 2008，windows server 2003；上位开发软件IFIX，PLC编程软件RS Logix 5000。
在该交互平台中开发应用智能化流程选择技术。该技术具体开发包括对象类设计与封装（如设备类、仓类等）、对象属性设计、动态链表实现、智能化选择算法实现、数据通讯实现等，使用的对象（如控制设备）或属性（如设备状态）等，在上位监控系统、PLC系统及管理信息系统中具有统一的定义或规范，相关系统之间可以进行无缝的数据及信息交换。按照预定义的选择条件，通过遍历链表结点、递归等算法，动态选择出有效工艺路径。
图1 基于多元交互平台的流程智能选择
根据南沙粮食码头生产实际情况，有效工艺路径的能耗预测的计算样本周期选定为10天，在该交互平台中通过数学建模得出相应路径的生产作业能耗预测值。
该生产作业任务在多元交互平台上提供起始和末端设备后，智能生产两条有效路径，并且分别智能预测能耗值，在该次任务中显然流程编号为11532的有效路径为首选，从而降低了操作人员的工作强度，减少了生产的
能耗。
4 结语
基于多元交互平台的流程智能选择技术，通过管理、流程控制、电力监测、视频监控等系统紧密配合，实现了数据的充分共享，利用智能化算法完成动态、优化的流程选择，能够准确、高效、灵活、最优地选择出符合生产现场需要的最优工艺流程，极大地简化了操作过程，有效提高了港口生产作业的效率和能耗水平。
参考文献
[1] 尚宗敏，王海洋.智能流程应用模式下基于流程语义库的需求获取[J].通信学报，2006，（11）.
[2] 栾衡.智能流程应用模式中的流程自动生成方法的研究[D].山东大学，2006.
