一、 能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)狀與需求
1、能源數(shù)據(jù)采集的意義
能源是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要資源。對(duì)于大、中型生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，為了更佳的資源調(diào)配、組織生產(chǎn)、部門結(jié)算、成本核算，需要建立一套有效的自動(dòng)化能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)能源供應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便企業(yè)實(shí)時(shí)掌握能源狀況，為實(shí)現(xiàn)能源自動(dòng)化調(diào)控扎下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)方便企業(yè)的計(jì)量和成本核算工作。
2、有關(guān)能源數(shù)據(jù)
企業(yè)生產(chǎn)需要的能源主要有：電力、水、煤氣、煤等能源，能源主要供給企業(yè)生產(chǎn)、職工生活的需要。因此，能源數(shù)據(jù)實(shí)際上就是能源供給數(shù)據(jù)，而能源供給數(shù)據(jù)主要有三種形態(tài)：能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)、能源供給整點(diǎn)數(shù)據(jù)、能源供給累加數(shù)據(jù)。
3、企業(yè)現(xiàn)狀
各大、中型生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)于企業(yè)管理的重要性，并采用各種儀器、儀表對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并派專人對(duì)儀器、儀表、與采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、抄取，并逐級(jí)統(tǒng)計(jì)、上報(bào)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。這樣的缺點(diǎn)是手工操作效率低，不能滿足大范圍的數(shù)據(jù)采集需要。
也有部分體認(rèn)比較高的企業(yè)，開始建立以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)(Real-time Database)為核心的自動(dòng)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了能源數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、自動(dòng)上報(bào)，降低了系統(tǒng)對(duì)人的依賴，提高了時(shí)效性和準(zhǔn)確度，并開始建立軟件系統(tǒng)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)，用于計(jì)量和財(cái)務(wù)結(jié)算。這種系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖一所示：
圖一、目前存在的企業(yè)能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
這種現(xiàn)存構(gòu)架的數(shù)據(jù)采集流程如下：
1. 在下位機(jī)(PC / IPC)執(zhí)行軟件，讀取來(lái)自儀器/儀表的數(shù)據(jù)，寫入現(xiàn)場(chǎng)端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
2. 在上位機(jī)執(zhí)行軟件，透過(guò)網(wǎng)絡(luò)定時(shí)輪詢(Polling)現(xiàn)場(chǎng)端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，并存入中心端的大型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。(瓶頸所在)
3. 在上位機(jī)執(zhí)行軟件，定時(shí)輪詢(Polling)中心端的大型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，并存入中心端的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。(瓶頸所在)
4. 在應(yīng)用端執(zhí)行Client/Server或Browser/Server軟件，透過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)中心端的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存取與應(yīng)用。
不管是在上位機(jī)與下位機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)間(2.)、中心端關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)間(3.)，甚至是應(yīng)用程序與中心端關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)之間(4.)，都是透過(guò)請(qǐng)求/響應(yīng)(Request/Reply)的信息查詢模式在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所以透過(guò)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作的整體系統(tǒng)效能，很容易陷入低落的狀態(tài)。
二、 以iPush® Family為核心的新一代能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
艾揚(yáng)能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一套基于iPush® Family軟件平臺(tái)與工控機(jī)WinCon的主動(dòng)信息交換、分檢服務(wù)系統(tǒng)，透過(guò)出版/訂閱(Publish/Subscribe)訊息傳送方式，提供主動(dòng)式的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，這樣企業(yè)各應(yīng)用程序得到的，都是各自訂閱的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，可大幅度提高數(shù)據(jù)處理的效率。
艾揚(yáng)能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件、軟件架構(gòu)如圖二所示：
圖二、艾揚(yáng)能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)
該系統(tǒng)由以下的核心構(gòu)件組成：
WinCon。內(nèi)含iPush® Embedded，為連接儀器、儀表的硬件平臺(tái)，可直接讀取儀器、儀表的數(shù)字、模擬、或RS-485/232信號(hào)；
iPush® Embedded。讓應(yīng)用程序不必面對(duì)底層的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊，透過(guò)Internet、VPN、GPRS、CDMA、Wireless LAN等各種IP網(wǎng)絡(luò)，保證和iPush® Server之間的數(shù)據(jù)交換。iPush® Embedded會(huì)將IO Module Framework采集到的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成主題訊息(Subject Message)，主動(dòng)傳送到中心端的iPush® Server，取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)輪循，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞；
iPush® Server。整個(gè)體系的數(shù)據(jù)交換服務(wù)中心，主要運(yùn)算資源用在接收、推播、與主題過(guò)濾上。應(yīng)用程序只需要向iPush® Server訂閱相關(guān)的主題，當(dāng)該主題有數(shù)據(jù)存在時(shí)，iPush® Server會(huì)將數(shù)據(jù)主動(dòng)推播(Push)給應(yīng)用程序，而應(yīng)用程序只會(huì)得到訂閱的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，這樣將可提升企業(yè)的信息管理效率；
應(yīng)用端。不管是Client/Server，還是Browser/Server(Web-based)架構(gòu)，各應(yīng)用端程序都可透過(guò)叫用iPush® API函式庫(kù)，實(shí)現(xiàn)和iPush® Server的連接、主題訂閱、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送。iPush® API提供了廣泛的環(huán)境支持，包括ActiveX for Win32、ActiveX for WinCE、.NET Framework、.NET Compact Framework、JAVA、Linux等，可實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。
再整理此系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集流程如下：
1. 執(zhí)行于下位機(jī)(WinCon)的iPush® Embedded，內(nèi)含有IO Module Framework，會(huì)自動(dòng)讀取來(lái)自儀器/儀表的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為特定的主題(Subject)信道，透過(guò)網(wǎng)絡(luò)，直接上傳給中心端的iPush® Server。
2. 在應(yīng)用端執(zhí)行Client/Server或Browser/Server軟件，對(duì)中心端iPush® Server進(jìn)行數(shù)據(jù)主題的訂閱。
3. 中心端iPush® Server在收到來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)端iPush® Embedded上傳的數(shù)據(jù)后，會(huì)立即主動(dòng)推播給已訂閱該數(shù)據(jù)主題的應(yīng)用端軟件接收、處理。
注1： 若有必要，可以在下位機(jī)寫程序，透過(guò)iPush® Embedded進(jìn)行數(shù)據(jù)本地儲(chǔ)存。
注2： 若有必要，可以在中心端寫程序，向iPush® Server訂閱要儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)主題，然后存入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)， 以便應(yīng)用端進(jìn)行歷史查詢。
相較于大量倚賴數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的請(qǐng)求/響應(yīng)輪詢模式，不僅節(jié)省無(wú)謂的運(yùn)算資源、網(wǎng)絡(luò)頻寬浪費(fèi)，更能夠大幅提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，尤其是在采集點(diǎn)數(shù)量大的情況下，新、舊系統(tǒng)架構(gòu)的效能差異，高下立見(jiàn)。
三、 成功案例 ─ 濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司
以iPush® Family為核心的艾揚(yáng)能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，目前已經(jīng)部署在濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司，成為該公司計(jì)質(zhì)量管理信息系統(tǒng)的能源數(shù)據(jù)中心，為能源供應(yīng)監(jiān)測(cè)、能源供應(yīng)結(jié)算、能源成本核算服務(wù)，為濟(jì)南鋼鐵科學(xué)能源調(diào)度中心打下良好的基礎(chǔ)。
舉例而言，案例中對(duì)不同等級(jí)的降壓電能表，進(jìn)行如下的電能數(shù)據(jù)采集：
當(dāng)前電能量
當(dāng)前正向有功電量：峰量、平量、谷量、總量
當(dāng)前正向無(wú)功電量：總量
當(dāng)前反向有功電量：峰量、平量、谷量、總量
當(dāng)前反向無(wú)功電量：總量
當(dāng)前電能參數(shù)
當(dāng)前正向有功功率總最大需量
當(dāng)前反向有功功率總最大需量
當(dāng)前正向無(wú)功功率總最大需量
當(dāng)前反向無(wú)功功率總最大需量
A、B、C各相電壓
A、B、C各相電流
總有功功率及各相有功功率
總無(wú)功功率及各相無(wú)功功率
總功率因子及各相功率因子
故障信息
斷相記錄
失壓記錄
除繼續(xù)為能源調(diào)度服務(wù)外，下一步，濟(jì)南鋼鐵還計(jì)劃要將艾揚(yáng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用，拓展連結(jié)到物流系統(tǒng)，將物流運(yùn)作的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS、GPS、GPRS/CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，一并整合納入到整個(gè)核算體系，成就國(guó)際級(jí)實(shí)時(shí)生產(chǎn)/運(yùn)輸/商務(wù)管理一體化的典范。
四、 可引用本架構(gòu)的相近領(lǐng)域
本文所闡述的信息系統(tǒng)，雖然是以能源數(shù)據(jù)采集為應(yīng)用方向，但其實(shí)它的技術(shù)架構(gòu)適用范圍具有普遍性(在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞)，而它要取代的舊有架構(gòu)、解決的問(wèn)題，也具有普遍性(使用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的信息系統(tǒng))。
所以，可以參考引用艾揚(yáng)能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的其它領(lǐng)域應(yīng)用真的是太多了。我們僅在此列舉如下：
需要采集各式生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)的制造應(yīng)用，如鋼鐵、石化、采礦、能源、電子等行業(yè)。
需要采集各式輸送設(shè)備數(shù)據(jù)的民生應(yīng)用，如水、電、瓦斯、石油等行業(yè)。
需要采集各式偵測(cè)儀器數(shù)據(jù)的公眾或?qū)W術(shù)應(yīng)用，如氣象、水文、地震、土石流、空氣質(zhì)量、各種災(zāi)害防治等行業(yè)。
需要采集各種移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)的地理信息應(yīng)用，如車隊(duì)、船舶、物流、公共運(yùn)輸、交通控制等行業(yè)。
需要采集各級(jí)營(yíng)銷點(diǎn)銷售數(shù)據(jù)的流通應(yīng)用，如連鎖便利商店、量販店、百貨、煙酒等行業(yè)。
本應(yīng)用方案的完整說(shuō)明，您可以自艾揚(yáng)科技網(wǎng)站下載：http://www.icetech.com.tw。
