建筑設(shè)備自動化第十一章課件

1、建筑設(shè)備自動化11基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑能源監(jiān)控管理系統(tǒng)第11章第11章 基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑能源監(jiān)控管理系統(tǒng)11.1物聯(lián)網(wǎng)11.1物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)始于1999年,過去在我國稱為傳感網(wǎng)。美國Auto-ID研究中心最早提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念,當(dāng)時的物聯(lián)網(wǎng)是以產(chǎn)品電子代碼(Electronic Product Code,EPC)為核心,利用射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification,RFID)、無線通信技術(shù)等,利用互聯(lián)網(wǎng)建立起來的。物聯(lián)網(wǎng),簡而言之就是將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò),其具有以下三個特征:1)傳感器特征2)可靠傳遞3)智能化特征11.1.1物

2、聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展11.1物聯(lián)網(wǎng)圖11-1所示為物聯(lián)網(wǎng)概念示意圖。11.1物聯(lián)網(wǎng)1.分類物聯(lián)網(wǎng)是把新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用于各行各業(yè)中,使物理世界與信息世界相連接。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有三種架構(gòu)。(1)RFID(Radio Frequency Identification)RFID即射頻識別,常稱為感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼等。(2)基于傳感網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)基于傳感網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)主要是指無線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN),此外還有視覺傳感網(wǎng)(Visual Sensor Networks,VSN)及人體傳感網(wǎng)(Body Sensor

3、Networks,BSN)等其他傳感網(wǎng)。(3)基于M2M(Machine-to-Machine)的物聯(lián)網(wǎng)基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)包含有線和無線兩種通信方式,其應(yīng)用最為廣泛。11.1.2物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用架構(gòu)11.1物聯(lián)網(wǎng)2.物聯(lián)網(wǎng)的邏輯架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的邏輯架構(gòu)分三層:感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。在各層之間,信息傳遞并非單向,可有交互、控制等,所傳遞的信息也包括位置、質(zhì)量、顏色等多種靜態(tài)和動態(tài)信息。雖然物聯(lián)網(wǎng)在建筑、工業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、公共安全等領(lǐng)域的具體應(yīng)用各有特色,但每個應(yīng)用基本包括感知、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用三個層次,其架構(gòu)如圖11-2所示。11.1物聯(lián)網(wǎng)(1)感知層感知層處于三層架構(gòu)的最底層,是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基

4、礎(chǔ),具有物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力。(2)網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)中,網(wǎng)絡(luò)層是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立起來的,它與目前主流的移動通信網(wǎng)、國際互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、各類專網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)一樣,特別是當(dāng)三網(wǎng)融合后,有線電視網(wǎng)也能承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?3)應(yīng)用層應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合,實(shí)現(xiàn)行業(yè)智能化。應(yīng)用層的主要功能是把感知和傳輸來的信息進(jìn)行分析和處理,做出正確的控制和決策,實(shí)現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)。第11章 基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑能源監(jiān)控管理系統(tǒng)11.2基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑能源監(jiān)測管理系統(tǒng)11.1物聯(lián)網(wǎng)能源監(jiān)測管理系統(tǒng)(Energy Management System,EMS),依托計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)

5、量控制技術(shù)等信息化技術(shù),通過對主要用能單位的能源利用狀況進(jìn)行實(shí)時、量化、準(zhǔn)確的動態(tài)監(jiān)管,實(shí)現(xiàn)能源與節(jié)能管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和空間可視化,創(chuàng)新能源監(jiān)督管理模式,支持能源與節(jié)能宏觀綜合決策。能源監(jiān)測管理系統(tǒng)的基本功能包括:1)能源系統(tǒng)主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。2)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。3)實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的綜合平衡、合理分配、優(yōu)化調(diào)度。11.2.1能源監(jiān)測管理系統(tǒng)11.1物聯(lián)網(wǎng)4)基礎(chǔ)能源管理(能耗分戶計(jì)量和分項(xiàng)計(jì)量,能耗考核管理平臺,能耗成本核算,能耗分析評價,能耗信息發(fā)布,能耗超標(biāo)提醒報(bào)警)。5)能源運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時、短時歸檔、數(shù)據(jù)庫歸檔和即時查詢。6)異常、故障和事故處理。

6、能源監(jiān)測管理系統(tǒng)一般分為企業(yè)能源管理系統(tǒng)與民用建筑能源管理系統(tǒng),不同產(chǎn)業(yè)的企業(yè)的能源管理系統(tǒng)也有區(qū)別。同理,不同建筑功能的民用建筑的能源管理系統(tǒng)也有所區(qū)別。例如,辦公建筑、商場建筑、賓館飯店建筑、文化教育建筑、醫(yī)療衛(wèi)生建筑、體育建筑、居住建筑、其他建筑能源監(jiān)測管理系統(tǒng)等。11.1物聯(lián)網(wǎng)建筑能源監(jiān)測管理系統(tǒng)就是將建筑物或者建筑群內(nèi)的變配電、照明、電梯、空調(diào)、供暖、給排水等能源使用狀況,實(shí)行集中監(jiān)視、管理和分散控制的管理系統(tǒng),是實(shí)現(xiàn)建筑能耗在線監(jiān)測和動態(tài)分析功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的統(tǒng)稱。建筑能源監(jiān)測管理系統(tǒng)的目標(biāo)是為了對建筑的能耗實(shí)現(xiàn)精確的計(jì)量,進(jìn)行能耗分類歸總,計(jì)算單位平均能耗,并與建筑能耗定

7、額、同行業(yè)能源消耗指標(biāo)比較,查找耗能點(diǎn)和挖掘節(jié)能潛力。圖11-3所示為民用建筑分項(xiàng)計(jì)量示意圖。從圖中可看出,該系統(tǒng)是按能源種類、用能系統(tǒng)計(jì)量。11.2.2建筑能源監(jiān)測管理系統(tǒng)架構(gòu)11.1物聯(lián)網(wǎng)11.1物聯(lián)網(wǎng)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的目標(biāo)是對建筑內(nèi)機(jī)電設(shè)備及環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測和控制,實(shí)現(xiàn)節(jié)能、舒適、高效、安全的目標(biāo)。建筑設(shè)備監(jiān)測控制系統(tǒng)與建筑能源監(jiān)測管理系統(tǒng)都是對建筑機(jī)電設(shè)施的監(jiān)測控制與管理。按建筑設(shè)備監(jiān)測控制系統(tǒng)與建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)是否集成,分為獨(dú)立設(shè)置的建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控與建筑能源監(jiān)管集成系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控與建筑能源監(jiān)管一體化系統(tǒng)。按是否基于物聯(lián)網(wǎng)分類,有常規(guī)的建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)與基于物

8、聯(lián)網(wǎng)的建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)。11.1物聯(lián)網(wǎng)常規(guī)的建筑能源監(jiān)測管理系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)控層、通信層、站控層三層結(jié)構(gòu)組成。(1)現(xiàn)場監(jiān)控層數(shù)據(jù)感知層能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和就地顯示功能等。(2)通信層通信層是系統(tǒng)信息交換的橋梁,它使系統(tǒng)能適應(yīng)不同的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),主要由數(shù)據(jù)采集器、以太網(wǎng)交換機(jī)、通信介質(zhì)等組成。(3)站控層站控層即能耗計(jì)量監(jiān)測管理應(yīng)用系統(tǒng),通過軟件平臺,通過Web界面,負(fù)責(zé)完成對整個能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示和監(jiān)視功能,實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、數(shù)據(jù)展現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析功能,搭建能源使用節(jié)約化模型并進(jìn)行效果預(yù)測等。也可實(shí)現(xiàn)任意地點(diǎn)、任意時間上網(wǎng)查詢數(shù)據(jù)。11.2.3常規(guī)的建筑能源監(jiān)測管理系統(tǒng)11.1物聯(lián)網(wǎng)

9、2.建筑能源監(jiān)管與建筑設(shè)備監(jiān)控一體化系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)存在著重復(fù)投資、是否優(yōu)化控制的問題。無論是能源管理系統(tǒng)還是樓控系統(tǒng),都是體現(xiàn)建筑內(nèi)機(jī)電設(shè)備的特征之一,因此,兩者結(jié)合才能描述完整的建筑內(nèi)機(jī)電設(shè)備狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài),又可以節(jié)省投資。11.1物聯(lián)網(wǎng)基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑能源監(jiān)測管理系統(tǒng)有以下三類:獨(dú)立的能源管理系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控與建筑能源監(jiān)管集成系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控與建筑能源監(jiān)管一體化系統(tǒng)。1.獨(dú)立的能源管理系統(tǒng)目前,智能建筑內(nèi)BAS僅僅作為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和自動控制使用,在能耗計(jì)量和能源管理方面應(yīng)用較少,不能滿足能源管理的需求,因而對于這類既有的智能建筑,可在智能建筑內(nèi)部建立一個獨(dú)立的能源管理系統(tǒng)

10、,如圖11-5所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自下至上可分為感知層、傳輸層、應(yīng)用層三部分。11.2.4基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑能源監(jiān)測管理系統(tǒng)11.1物聯(lián)網(wǎng)(1)感知層感知層主要包括各個具有通信功能的計(jì)量儀表,有電表、水表、氣(煤氣或天然氣)表、冷(熱)表、風(fēng)量計(jì)、液位計(jì)、流量計(jì)等,這些計(jì)量儀表按照能耗分類分項(xiàng)計(jì)量的要求設(shè)置,具備直接數(shù)字輸出和傳輸?shù)慕涌凇?2)傳輸層采用通信管理機(jī)和集成網(wǎng)絡(luò)技術(shù),完成能源管理系統(tǒng)與感知層的各類裝置通信,可以采集各類裝置的數(shù)據(jù)、參數(shù),初步處理后集中打包傳輸?shù)綉?yīng)用層,同時作為中轉(zhuǎn)單元,接收應(yīng)用層下發(fā)的控制信號,轉(zhuǎn)發(fā)給感知層各類裝置。(3)應(yīng)用層即能源管理系統(tǒng)服務(wù)平臺,主要負(fù)責(zé)將通信間隔層上

11、傳的數(shù)據(jù)解包,實(shí)現(xiàn)能耗的計(jì)量和數(shù)據(jù)分析。包括實(shí)物量、總能耗量以及能耗指標(biāo)、分類能耗指標(biāo)與分項(xiàng)能耗指標(biāo)。11.1物聯(lián)網(wǎng)2.建筑設(shè)備監(jiān)控與建筑能源監(jiān)管集成系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)對建筑內(nèi)的能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,缺乏對建筑內(nèi)能耗設(shè)備的控制與管理,也就僅僅是停留在統(tǒng)計(jì)能耗數(shù)據(jù)的水平。將能源管理系統(tǒng)集成到BMS平臺后,通過平臺的Web技術(shù)可以訪問智能建筑內(nèi)的能源管理系統(tǒng),讀取能源管理系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)信息,進(jìn)行分析處理之后,再通過建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的作用進(jìn)行設(shè)備與系統(tǒng)的控制管理,從而實(shí)現(xiàn)各個子系統(tǒng)之間信息資源的共享以及統(tǒng)一控制管理。BMS可以實(shí)現(xiàn)智能建筑內(nèi)各智能化子系統(tǒng)之間的互操作、聯(lián)動控制等,可以根據(jù)能耗統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,

12、優(yōu)化控制耗能設(shè)備與系統(tǒng)。11.1物聯(lián)網(wǎng)智能建筑能源管理系統(tǒng)和建筑內(nèi)其他智能化子系統(tǒng)可能使用多種不同的數(shù)據(jù)通信協(xié)議,利用OPC技術(shù)使用戶能夠通過一致的接口進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問,集成至統(tǒng)一的BMS管理平臺進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分析與管理。這些系統(tǒng)通常采用的通信協(xié)議有RS-232、RS-485、BACnet、LonWorks、Network API、Modbus、SDK、DDE等,不管是基于何種協(xié)議,都可以利用OPC技術(shù)接入集成平臺。能源管理系統(tǒng)(EMS)集成的總體方案如圖11-6所示。11.1物聯(lián)網(wǎng)3.建筑設(shè)備監(jiān)控與建筑能源監(jiān)管一體化系統(tǒng)建筑設(shè)備監(jiān)控與建筑能源監(jiān)管一體化系統(tǒng)是利用建筑設(shè)備監(jiān)控中已有的數(shù)據(jù),結(jié)合新加入的感知硬件的數(shù)據(jù),上傳至建筑能源管理系統(tǒng)服務(wù)器。方案設(shè)計(jì)框架圖如圖11-7所示。有線通信方式信號穩(wěn)定且成本較低,但如果全部使用有線連接方式則會因?yàn)榫€纜過長而使信號過渡衰減;無線通信方式易于安裝、施工便利,但是信號穩(wěn)定性不如有線方式,而且成本也較高。所以網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的理想方式為有