智能数字化供热信息平台的设计与研究

何杏玉，郑阳平/He Xingyu，Zheng Yangping

（承德石油高等专科学校计算机与信息工程系 承德067000）

1 引言

承德热力自1987年筹建以来，历经近30 余年的发展，为承德集中供热和节能减排做出了巨大的贡献。为了贯彻落实《建设部关于贯彻《国务院关于加强节能工作的决定》的实施意见》（建科[2006]231 号）、《民用建筑节能管理规定》（中华人民共和国建设部令第143 号）、《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）、《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》（国发[2011]26 号）等文件精神，承德市促进节能减排工作再上一个新台阶，改造和改善原有供热系统，使电厂的高温水进入各换热站，由换热站换成70℃的热水直接供给用户。同时，还需要建立智能数字化供热能耗监测和热计量信息平台，实时监测和统计建筑供热的实际情况，进行有效的实时数据管理和统计分析，为企业高效节能运行提供可靠的依据，从而节省企业的运行成本，提高经济效益，为节能减排和政府/企业决策提供有力的参考。

2 智能数字化供热信息平台建设的原则

2.1 安全稳定性原则

建设智能数字化供热信息平台对企业管理和决策起着非常重要的作用，因此，在信息平台建设的过程中，将安全性、可靠性和稳定性作为设计的首选原则。

2.2 标准化原则

智能数字化供热信息平台的建设和系统设计，必须符合国家和地方的规范要求，采用国际和国内的标准方法和技术进行信息平台的设计和开发，争取把该平台建设为国内具有一定影响力的标准化信息平台。

2.3 实用开发性和技术先进性原则

坚持开放性的原则建设智能数字化供热信息平台，同时保证供热信息系统各项功能的实用性和可操作性。采用先进实用的技术，进行信息化平台的架构和系统功能的实现。确保先进技术铸就智能数字化供热信息平台的高效运行和前瞻性。

2.4 经济性原则

在智能数字化供热信息平台的建设过程中以及在今后信息平台的运行和成本维护中，都要体现经济可行的原则。

2.5 可操作性和可扩展性原则

智能数字化供热信息平台不但要体现其功能完善，而且要体现其操作简单、维护方便。同时，还要考虑智能数字化供热信息平台的灵活扩展能力，使系统具有良好的伸缩性，满足管网热源—换热站—热用户三级结构、公共建筑能耗监测等系统的发展需求。在信息平台建设中，必须考虑系统升级、拓展和维护，为二次开发提供接口。兼并考虑今后与国家级大数据平台的无缝对接。

3 智能数字化供热信息平台的建设

通过对目前成熟软件系统的运行状况进行总结分析，针对承德供热系统的实际运行情况，确定智能数字化供热信息平台的系统结构，由监控管理中心、通信网络和现场终端设备3 个部分构成，如图1所示。

（1）监控管理中心

监控管理中心是运行智能数字化供热信息平台的重要地方，由各种功能不同的服务器和工作站组成，用于完成采集后数据的存储、处理、运行状态显示、控制操作、报警管理、网络发布等功能。

（2）通信网络

通信网络可以采用多种通信方式，每个换热站节点可以采用GPRS/CDMA/ADSL/PSTN/VPN 等方式，实现与监控管理中心的数据通信。在通信过程中，确保通信速率不低于56 kbit/s。

图1 智能数字化供热信息平台建设结构示意

（3）现场终端设备

现场终端设备包括STEC 2000 换热站自动控制设备和现场一次性数据采集仪表等，如温度、压力、流量、电动阀等。通过供/回水温度、压力、流量、电动调节阀控制和阀位反馈水泵的运行状态、频率、电流、故障、室外温度等参数。

4 智能数字化供热信息平台的设计

4.1 上位机数据监控管理中心设计

通过需求分析，确立监控管理平台软件的技术要求，建立数据实时监测、数据管理、数据分析系统。在数据中心建立数据库、各种数据处理、管理服务和服务器，还需要建立通信服务器，如GPRS 服务器。数据监控管理中心采用统一开发的监控系统完成数据中心的主要功能，包括数据接收服务、数据采集报文的接收、数据采集网关命令下达、原始数据报解析服务、仪表能耗数据计算、能耗数据汇总、上报数据发送、采集数据显示、系统管理程序和数据同步等。数据采集频率按照10 min/次的要求进行数据采集工作。

智能数字化供热信息平台，采用B/S 结构，按照数据层、业务层和Web 层3 个部分进行设计。

（1）数据层

采用分析型数据库作为数据中心的数据层，这样可以高效地分析数据。

（2）业务层

主要包括数据分析平台、目录服务平台、信息发布平台和报表处理平台。其中，数据分析平台主要根据采集数据实现能耗统计分析；目录服务平台主要建立各项数据索引，便于查找分析；信息发布平台主要利用B/S 结构进行Web 信息发布和信息共享；报表处理平台主要根据需求形成不同格式的报表、图形和曲线等。

（3）Web 层

客户通过Web 服务器实现接入。

4.2 下位机数据采集系统设计

通过需求分析，在原有供热系统上进行改造或重建。在换热站现场建立数据采集系统，该系统主要实现对各类民用建筑供热仪表数据的采集、存储和传送。现场数据采集系统由现场采集设备、现场仪表、通信设备组成。数据采集通过数据采集处理器来实现，处理器采用成熟的多核嵌入式架构，以RS485、MBUS 等多种方式来采集数据，将采集的数据保存在数据库中，通过开发的系统软件，将供热参数分离出来，生成数据报表。数据采集上传的内容包括室外温度、供水温度、回水温度、瞬时热量、累计热量、瞬时流量、累计流量、耗水量、耗电量、设备故障代码、时钟（自动校对）等。

数据采集的传输方式很多，包括GPRS/CDMA、ADSL、Wi-Fi 等。由于供热能耗监测点较多、监测地点较分散、数据传输较小等因素，采用GPRS 无线数据传输模式，基于已有的固定域使用，每个点使用固定的IP 地址，形成一个局域网，达到远程传输数据的目的。采用GPRS 是因为它是一种低成本、高效和无线分组数据业务，特别适合间歇性、突发性和少量的数据传输。

5 应用分析

通过实践应用，智能数字化供热信息平台为企业热力运行提供了有力的参考依据，数据信息的实时监测、预警和报警，为热力正常运行维护、故障诊断等方面提供了重要信息，并提高了工作效率。通过以年或月为单位进行数据统计分析，为下一年热力运行奠定基础，同时也为节能减排、低碳环保做出重大贡献。例如，用户可以根据实际需求，在智能数字化供热信息平台中，选择查询哪些多维数据，通过统计分析计算，生成相应的报表、图形或曲线，更直观地反映出供热系统的实际运行情况，如图2所示。图2 左侧上方显示选择数据集（数据立方体Cuble），左侧下方显示度量值与维度信息（如年、月、日、白昼，年、月、日、时等），在页面通过下拉按钮选择度量值，生成柱形图。也可根据实际需要选择相应的数据集和维度信息，生成12月日温度变化曲线，如图3所示。

通过智能数字化供热信息平台的统计分析，提取有效数据信息，形成直观的表、图和趋势曲线，为企业预测、决策提供有力的参考依据。

6 结束语

针对承德地区供热系统目前的状况，根据每个换热子站每天的运行情况，收集到超大量日常管理的数据。这些数据可以反映目前的供热状态，根据这些海量数据，利用计算机技术进行数据分析，对供热系统整体状态及数据之间的关系进行有效的处理，以直观的报表、图形和曲线显现出来，从中得出有效的信息，并对供热系统的策略进行调整，达到节约能源的目的。该数据处理系统为企业进行预测、决策提供了有效依据，为热力集团低碳环保和经济运行奠定了重要基础。

图2 用户自定义数据统计分析界面

图3 日温度变化曲线

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