行業(yè)：電力能源
應(yīng)用需求：隨著城市化進(jìn)程的加快，電能的消耗越來越大，碳排量也與日俱增，“低碳生活”已經(jīng)不再是一個(gè)新名詞。要節(jié)約電能就必須先知道電能消耗在哪里，能耗分項(xiàng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就為我們提供了用電量的分項(xiàng)分時(shí)數(shù)據(jù)，幫助我們根據(jù)能耗情況制定出節(jié)能減排的方案，并根據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)隨時(shí)對(duì)方案做出調(diào)整和改進(jìn)。
面臨的挑戰(zhàn)：能耗分項(xiàng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲取能耗數(shù)據(jù)，并“無縫”接入現(xiàn)場(chǎng)的信息展示系統(tǒng)中。系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝必須在場(chǎng)館落成之后進(jìn)行，不能對(duì)已建成的電氣線路和建筑結(jié)構(gòu)造成任何影響當(dāng)然也不能接入銀行的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。此外，系統(tǒng)的待測(cè)線路位于不同機(jī)房的兩個(gè)配電箱中，需要完成分布式采集。
解決方案：采用NI CompactRIO和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）在已經(jīng)完工的展館中構(gòu)建分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用3G路由器將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器RIO-mesh上，完全不受場(chǎng)館網(wǎng)絡(luò)接口的限制，用戶可以隨時(shí)遠(yuǎn)程查看這些數(shù)據(jù)。CompactRIO良好的實(shí)時(shí)性和嵌入式控制器加之聚星現(xiàn)成的CompactRIO開發(fā)者套件幫助我們快速地構(gòu)建起了一套高可靠的能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
交通銀行作為2010上海世博會(huì)商業(yè)銀行全球合作伙伴，為世博會(huì)獨(dú)家提供全方位的金融服務(wù)。 在位于世博浦西園區(qū)內(nèi)的交行主網(wǎng)點(diǎn)中，每天將迎來大量參觀園區(qū)的客流，交通銀行邀請(qǐng)了IBM協(xié)助構(gòu)建網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)部的信息化展示系統(tǒng)，從而向人們傳達(dá)“綠色銀行”的理念。“綠色”理念的踐行之一就是建立網(wǎng)點(diǎn)的環(huán)境和能耗分項(xiàng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，上海聚星儀器應(yīng)邀為IBM設(shè)計(jì)并搭建了這套系統(tǒng)。
軟硬件配合快速搭建分布式系統(tǒng)
根據(jù)展館的電氣設(shè)計(jì)圖，我們把展館劃分為六大功能區(qū)：展示大廳區(qū)域、休閑區(qū)、工作人員休息區(qū)、柜臺(tái)區(qū)、ATM區(qū)和機(jī)房，每個(gè)功能區(qū)分別對(duì)空調(diào)用電、插座用電和照明用電三項(xiàng)能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察，我們把展館的電氣線路和功能分區(qū)映射起來，監(jiān)測(cè)18項(xiàng)能耗參數(shù)。使用NI CompactRIO和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN），基于NI LabVIEW和聚星的CompactRIO開發(fā)者套件，我們?cè)?周內(nèi)就建立了一套高可靠性高性能的能耗分項(xiàng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
系統(tǒng)硬件包括各種傳感器、數(shù)據(jù)采集分析設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。為便于現(xiàn)場(chǎng)安裝，我們選取了輕巧的開啟式電流互感器對(duì)線路電流進(jìn)行測(cè)量，采用導(dǎo)軌式變壓器將相電壓有效值從220V降至6V，滿足采集模塊±10V測(cè)量范圍。系統(tǒng)的核心部分是數(shù)據(jù)的采集和分析，這部分由NI CompactRIO和WSN來實(shí)現(xiàn)：CompactRIO包括控制器NI cRIO-9014、底板NI cRIO-9113和兩塊模擬輸入模塊NI 9205，完成64通道、采樣率1KS/s的數(shù)據(jù)采集和分析；無線傳感網(wǎng)絡(luò)由無線網(wǎng)關(guān)WSN 9071和兩個(gè)無線采集節(jié)點(diǎn)WSN 3202組成，無線節(jié)點(diǎn)安放在通道數(shù)較少的配電箱中，通過Zigbee方式把采集數(shù)據(jù)匯總至CompactRIO來處理。作為嵌入式處理器，CompactRIO不僅擁有高處理性能，還支持各種傳輸方式。該系統(tǒng)中CompactRIO借助路由器的無線橋接功能，以WiFi方式“無縫”接入現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)中，把監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送至交行信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，供展館的顯示和記錄。由于展館外網(wǎng)接口受限，我們采用3G路由器，將CompactRIO監(jiān)測(cè)結(jié)果直接發(fā)送至我們的Web服務(wù)器RIO-Mesh上，用戶通過Internet瀏覽器即可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看測(cè)試結(jié)果。
與此同時(shí)，能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用了聚星CompactRIO開發(fā)者套件中的標(biāo)準(zhǔn)框架和模塊，實(shí)現(xiàn)了72通道能耗的分項(xiàng)數(shù)據(jù)采集和電能質(zhì)量的分析，不但獲取了實(shí)時(shí)耗電量信息，還實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量分析，計(jì)算出線路的功率因數(shù)和諧波系數(shù)，并通過能耗統(tǒng)計(jì)模型，為能耗管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
世博交行館能耗監(jiān)測(cè)的人機(jī)交互界面位于展示大廳的一臺(tái)觸摸屏電腦上，需要用Java語言完成數(shù)據(jù)顯示、數(shù)采指令傳遞等程序設(shè)計(jì)。服務(wù)器端上位機(jī)Java程序根據(jù)CompactRIO的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行解析獲取各分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)，寫入指定xml文件中，F(xiàn)lash讀取xml文件的數(shù)值進(jìn)行動(dòng)畫顯示。Flash中以不同顏色示意不同功能分區(qū)，以高度值反映分區(qū)的用電總量。同時(shí)，F(xiàn)lash中餅圖顯示了空調(diào)用電、插座用電和照明用電的比重。
數(shù)據(jù)上傳，隨時(shí)調(diào)用
為了給客戶一個(gè)簡(jiǎn)單易用的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，用于記錄、查詢和管理傳感數(shù)據(jù)，聚星建立了Web數(shù)據(jù)服務(wù)器RIO-Mesh（www.rio-mesh.net）。用戶在該服務(wù)器上建立帳戶后可以像博客系統(tǒng)一樣實(shí)時(shí)發(fā)布、查看和集中管理分布式傳感器數(shù)據(jù)。測(cè)試系統(tǒng)部署現(xiàn)場(chǎng)后，CompactRIO通過Internet將采集數(shù)據(jù)上傳至RIO Mesh相應(yīng)目錄，遠(yuǎn)端用戶不需要安裝任何軟件，通過Web瀏覽器即可查看和管理遠(yuǎn)程系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果。（如圖2所示）
結(jié)束語
基于NI CompactRIO和WSN平臺(tái)，我們?cè)谝呀?jīng)完工的交行館中構(gòu)建了分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了展館的能耗分項(xiàng)監(jiān)測(cè)。WSN節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)奖镜靥幚砥鰿ompactRIO中進(jìn)行確定性控制、數(shù)據(jù)記錄和分析。CompactRIO內(nèi)嵌了性能強(qiáng)大的工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)控制器，并支持多種采集模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)電流和電壓的高速同步采集，還可以進(jìn)行電能質(zhì)量的分析，計(jì)算功率因數(shù)和諧波系數(shù)，并判斷電能的品質(zhì)。
