基于智能网关的大型公建能耗监测系统的制作方法

1.本实用新型属于建筑能耗监控技术领域，具体涉及基于智能网关的大型公建能耗监测系统。


背景技术：

2.近年来现代城市发展日新月异，建筑行业发展迅速，日益增长的建筑能源需求引起人们对能源枯竭和温室气体导致的全球变暖等问题的担忧，建筑能耗占世界能源消耗的很大一部分，约占全球能源消耗量的40％，同时建筑能耗在能源消耗中所占比重逐年增长，其中包括各种能源的消耗电能、天然气、水、煤等。建筑能耗的计量和监测显得尤为重要，但现有这些能耗信息的采集是分散的，不能够实时集中监测和采集，难以实现大型公建的精细化管理。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供基于智能网关的大型公建能耗监测系统，本实用新型能够通过信息化的技术和手段对建筑所消耗的能源进行监测和数据采集，可以为统计、科研工作提供必要的数据来源、提供数据支撑。
4.本实用新型采用的技术方案如下：
5.基于智能网关的大型公建能耗监测系统，包括物理层、传输层和应用层，物理层包括能耗采集类传感器、环境监测类传感器和用于远程控制照明回路以及冷站的执行器；
6.传输层包括智能网关、ddc控制器和数据集中器，ddc控制器和数据集中器均与所述智能网管连接，ddc控制器与所述执行器连接，数据集中器与能耗采集类传感器以及环境监测类传感器连接；
7.应用层包括服务器，服务器与所述智能网关连接。
8.优选的，所述能耗采集类传感器包括：电量表、燃气表、水表和热量表，电量表、燃气表、水表和热量表均与所述数据集中器连接。
9.优选的，所述电量表采用智能电表，智能电表用于采集照明用电系统、空调用电系统和动力用电系统的用电量。
10.优选的，所述环境监测类传感器包括：温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和pm2.5/pm10传感器，温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和pm2.5/pm10传感器均与所述数据集中器连接。
11.优选的，服务器与智能网关之间采用的通讯协议为tcp/ip协议。
12.优选的，数据集中器以及ddc控制器与智能网关之间采用的通讯协议为modbus-rtu协议；
13.ddc控制器与执行器之间采用的通讯协议为modbus-rtu协议；
14.数据集中器与能耗采集类传感器以及环境监测类传感器之间采用的通讯协议为modbus-rtu协议。
15.优选的，数据集中器以及ddc控制器与智能网关之间采用rs-485接口连接；
16.ddc控制器与执行器之间采用rs-485接口连接；
17.数据集中器与能耗采集类传感器以及环境监测类传感器之间采用rs-485接口连接。
18.优选的，环境监测类传感器设置于建筑物室内。
19.优选的，执行器采用继电器。
20.优选的，本实用新型基于智能网关的大型公建能耗监测系统还包括空气开关和24v开关电源，24v开关电源与空气开关连接，24v开关电源与智能网关、ddc控制器以及数据集中器连接。
21.本实用新型具有如下有益效果：
22.本实用新型基于智能网关的大型公建能耗监测系统中，利用能耗采集类传感器能够采集建筑物内的能耗参数，利用环境监测类传感器能够采集建筑物内的环境参数，执行器能够远程控制照明回路以及冷站，数据集中器能够将传感器监测的数据并传给智能网关，ddc控制器能后根据服务器的指令控制执行器动作。本实用新型能够通过信息化的技术和手段对建筑所消耗的能源进行实时监测和数据采集，可以为统计、科研工作提供必要的数据来源、提供数据支撑。
附图说明
23.图1为本实用新型基于智能网关的大型公建能耗监测系统的结构示意图；
24.图2为本实用新型基于智能网关的大型公建能耗监测系统的电路连接结构示意图；
25.图3为本实用新型基于智能网关的大型公建能耗监测系统的结构框图。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例来对本实用新型做进一步的说明。
27.参照图1和图3，本实用新型基于智能网关的大型公建能耗监测系统，包括物理层、传输层和应用层，物理层包括能耗采集类传感器、环境监测类传感器和用于远程控制照明回路以及冷站的执行器；传输层包括智能网关、ddc控制器和数据集中器，ddc控制器和数据集中器均与所述智能网管连接，ddc控制器与所述执行器连接，数据集中器与能耗采集类传感器以及环境监测类传感器连接；应用层包括服务器，服务器与所述智能网关连接。
28.作为本实用新型优选的实施方案，参照图3，能耗采集类传感器包括：电量表、燃气表、水表和热量表，电量表、燃气表、水表和热量表均与所述数据集中器连接。
29.作为本实用新型优选的实施方案，电量表采用智能电表，智能电表用于采集照明用电系统、空调用电系统和动力用电系统的用电量。
30.作为本实用新型优选的实施方案，参照图3，环境监测类传感器包括：温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和pm2.5/pm10传感器，温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和pm2.5/pm10传感器均与所述数据集中器连接。
31.作为本实用新型优选的实施方案，参照图3，服务器与智能网关之间采用的通讯协议为tcp/ip协议。
32.作为本实用新型优选的实施方案，参照图3，数据集中器以及ddc控制器与智能网关之间采用的通讯协议为modbus-rtu协议；ddc控制器与执行器之间采用的通讯协议为modbus-rtu协议；数据集中器与能耗采集类传感器以及环境监测类传感器之间采用的通讯协议为modbus-rtu协议。
33.作为本实用新型优选的实施方案，参照图2，数据集中器以及ddc控制器与智能网关之间采用rs-485接口连接；ddc控制器与执行器之间采用rs-485接口连接；数据集中器与能耗采集类传感器以及环境监测类传感器之间采用rs-485接口连接。
34.作为本实用新型优选的实施方案，环境监测类传感器设置于建筑物室内。
35.作为本实用新型优选的实施方案，参照图3，执行器采用继电器。
36.作为本实用新型优选的实施方案，参照图1，本实用新型基于智能网关的大型公建能耗监测系统还包括空气开关和24v开关电源，24v开关电源与空气开关连接，24v开关电源与智能网关、ddc控制器以及数据集中器连接。
37.实施例
38.本实施例基于智能网关的大型公建能耗监测系统，该系统可以实时的统计大型公建各项能源消耗量，并对历史数据进行存储，平台提供能耗数据的曲线展示。如图3所示，系统的整体架构分为三层，分别为物理层、传输层和应用层，各层之间通过不同的接口和协议对数据进行下发和上传以达到监测和控制大型公建的目的。
39.具体的，本实施例基于智能网关的大型公建能耗监测系统的网络架构包括了物理层、传输层和应用层。
40.其中物理层包括了传感器和执行器，基于modbus-rtu传输协议的传感器有电量表、燃气表、水表、热量表、温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、pm2.5/pm10传感器。执行器能够作为照明控制开关。电量表用于分项计量大型公建的空调用电、动力用电、照明用电和特殊用电，燃气表用于测量天然气消耗量，水表用于测量总供水管道的供水量，热量表用于测量供暖总管道内热水的供回水温度，执行器用于远程控制照明回路的通断并设置时间表自动运行。温度和湿度传感器用于测量公建内部的热湿环境参数，二氧化碳和pm2.5/pm10传感器用于测量公建内部的空气质量，反馈出当前室内的空气质量状况。
41.传输层包括：建筑智能网关、ddc控制器、数据集中器。智能网关主要对物理层采集数据进行初步处理，通过将采集的信号进行初步处理，通过modbus或bacnet协议将信号传输给应用层，数据集中器连接上述能耗采集类传感器和环境监测类传感器，用于汇总从所述传感器的能耗数据以及室内环境参数信息。ddc控制器，通过将现场层采集的ai(模拟量输入)、di(数字量输入)和数据转换为modbus协议并上传至网关，也可将应用层经过处理得到的决策信号经过传输层传递给ddc控制器，ddc控制器将决策信号转化为ao(模拟量输出)和do(数字量输出)进而通过信号控制执行器去完成相应的动作。在此ddc控制器用于对照明回路进行智能控制和远程控制。智能网关连接数据采集器和ddc控制器，用于从数据采集器接受建筑能耗数据和室内环境参数，并通过向ddc控制器发送控制指令达到控制照明回路的目的。传输层所有连接均通过rs-485接口，传输协议均采用采用modbus-rtu协议。
42.应用层包括一台能耗监测服务器，其主要安装智能网关附属平台，负责管理物理层采集的能耗数据以及环境参数，并在该平台对采集的数据进行进一步处理并将控制指令经过传输层传至现场设备，并对其进行控制，服务器通过网线接入智能网关，服务器与智能
网关所用协议采用tcp/ip协议，能耗监测服务器用于从该网关接收建筑能耗数据和室内环境参数，下发控制照明回路的控制指令。对所采集的数据进行初步的预处理，最后得到较为准确的数据信息。
43.参阅图2，本实施例所使用的控制柜通过空气开关接入电网为24v开关电源供电，分别接入l接口和n接口，开关电源有两对输出端子+v和-v可为控制柜内部其它设备供电，智能网关、ddc控制器、8路rs-485集线器均为24v直流供电。智能网关com1口a和b两个端子连接8路rs-485集线器的rs-485a端子和rs-485b端子，其余所有rs-485接口全部与下方接线端子相连，此目的为了扩展智能网关可采集的数据类型和种类，以方便接入多个监测系统；智能网关com2口a和b两个端子连接ddc控制器的下行rs-485a端子和rs-485b端子，do1、com1和do2、com2与下方接线端子相连，由此可通过ddc下发数字量的控制指令；需要引出的接口均可连接在接线端子处。
44.参阅图3，本实施例采用三层网络架构，物理层可以通过温湿度传感器实时采集当前室内的热湿环境参数，保证大型公建内部人员的体感舒适度；二氧化碳浓度传感器实时采集当前室内的二氧化碳浓度，pm2.5浓度传感器实时采集当前室内的pm2.5浓度，并且采用可视化的曲线和报警线的设置为建筑的管理人员提供室内空气流通情况防止室内人员二氧化碳浓度过高导致中毒和空气品质严重影响身体健康。智能电表替代了传统电表安装在照明用电系统、空调用电系统和动力用电系统中，它将各个系统所消耗的电能进行统计并通过rs-485接口，modbus-rtu通信协议将数据传输给智能网关，避免了传统的人工抄表，更加便于管理人员对建筑的电能消耗进行监测和统计，并且历史数据可以存储在软件内部便于研究和查看。燃气表和水表的通过rs-485接口，modbus-rtu通信协议将数据传输给智能网关，燃气和用水量的历史数据可以存储在软件内部便于管理和查看。热量表通过超声波测量管内流量大小，温度传感器测得出口和入口水温计算得到热量大小，通讯采用rs-485接口，modbus-rtu通信协议接入智能网关。继电器用于从ddc控制器下发各类设备的启停信号，接入照明回路控制该回路的照明，接入冷站可控制冷机设备的启停。物理层的主要作用是数据的采集和信号的下发，是能耗监测系统最基础的部分。
45.本实用新型基于智能网关的大型公建能耗监测系统的传输层中的设备有数据集中器和ddc控制器，传输层在本系统中起到承上启下的作用连接着物理层和应用层，其功能是将物理层所获取到的信息安全有效的传输到上层应用层。传输层的设备下连各种传感器和执行器，上接智能网关，均采用rs-485接口，modbus-rtu通信协议。选取modbus-rtu通信协议是因为modbus-rtu允许多种传感器在同一个传输层下通信，传输方面也支持多种电气接口和通信电缆，modbus的帧格式紧凑、简单。应用层的服务器和网络层的智能网关也是该系统的核心部分，二者通过rj-45接口连接tcp/ip协议通信，智能网关主要功能是数据汇集和协议转换，将各种数据汇集并转换通信协议上传至能耗监测服务器的管理平台上，能耗监测服务器建立了能耗监测平台将能耗数据和环境数据进行整合，存储，展示，分析，诊断为一体的完整监测系统，可对各个系统的数据进行实时监测和某一个系统的历史数据进行分析有助于建筑的管理人员进行研究分析，实现了大型公建的集中监测，推进大型公建的精细化管理，提升建筑内部设备的运行效率。