行業新聞
邊云協同助力能耗在線監測企業端系統建設
2020-12-01

摘要

本文主要論述在重點用能單位能耗在線監測企業端系統建設的項目背景下,以集團單位下轄多個分支機構的能耗數據匯聚采集與集中上傳的需求為出發點,在不具備企業內部聯網的條件下,以邊云協同應用模式實現數據分散采集、集中匯聚處理的便捷式高性價比解決方案。


場景描述

重點用能單位能耗在線監測系統企業端接入系統建設的過程中,經常會遇到集團公司旗下多家制造基地合并能耗數據集中上報的需求。如某重點用能單位為集團法人單位列入國家發改委統計的重點用能單位名錄,根據要求需要將下轄的多個制造基地能耗數據集中匯總到同一臺端設備主機上,再統一上報至省級能耗在線監測系統平臺。

由于多個制造基地之間及與集團總部之間的地理位置相距較遠,且沒有實現基地之間的網絡互聯互通(集團內部局域網),加上公網固定IP資源匱乏,導致數據匯聚存在很大難度,制約了能耗在線監測系統建設方案的落實,進而加大了項目建設難度及建設周期的不確定性。

常規方案

遇到此類業務場景時,通常首先會想到如下幾種解決方案:

1.?????借助LoRa無線短距離通信技術

2.?????借助DTU模塊的4G通信技術

3.?????借助電信運營商的VPN技術

看似可行性方案很多,接下來我們逐一分析上述3種方案在此種應用場景下的適用性。

采用LoRa無線短距離通信技術的優勢在于可靈活組網,部署方便,相比4G通信而言,無流量成本壓力,在理論上最遠可以覆蓋8-10KM距離。實際上這種通信距離有相當嚴格的前提條件,即在發射端和接收端的通信鏈路上不能有明顯的遮擋物或金屬屏蔽物,最好要架空在建筑物屋頂或空曠范圍內,不僅建設初期如此,后續實際運行過程中也要求持續具備這樣良好的信號發送和接收條件,否則極易發生信號中斷的情況,且不易排查故障點。

采用DTU模塊的4G通信技術剛好可以彌補LoRa通信技術在有效傳輸距離上的不足,部署安裝同樣方便,基本上不受周圍空間建筑物的信號遮擋影響。對于信息發送端來說是個相對理想的選擇方案;可是對于信息接收端而言,又帶來一個相對麻煩的問題,即接收端設備通常不具備公網固定IP地址,導致DTU發送的信息無法被目標主機接收。對此只能通過在目標主機上增加一個動態域名解析軟件(如花生殼)再為該主機申請一個動態域名并做好企業防火墻的端口映射,如此才能將信息順利送到接收端。此方案高度依賴域名解析程序的穩定性及企業防火墻對映射端口的開放態度,二者缺一不可。

再來看一下采用電信運營商的VPN技術方案,此方案是基于電信運營商為集團公司的多個分支機構設置一個虛擬局域網環境,將集團內所有企業均納入一個內部局域網中,信息安全防護等級提高很多,且內部信息交換及訪問效率也會相應有所提高,可以說這是3種方案中的最優方案。難點在于此方案需要集團公司向運營商申請且需要支付不菲的VPN運營年費,往往很多用能單位不會同意這種費用支出,這也是限制該方案有效利用的最大障礙。

解決方案

經過對上述3種方案的分析,我們不難發現一個相對完美的解決方案是既要充分利用4G通信技術帶來的廣域網下長距離的通信能力及抗干擾能力,也要能避免因動態域名解析和端口映射帶來的不穩定因素和復雜的操作配置過程?;诖?,我們在充分調研評估了用戶需求后,從通信穩定性、配置便捷性方面著手,提出一種邊云結合的容器化設備部署通信方案。

首先,在距離集團總部較遠的多個制造基地部署能耗在線監測端設備產品SEK-6460(有數據來源包含DCS系統或數據庫服務器等信息化系統時)或能耗數據采集網關產品SEG-550/1000(僅有數據來源為智能儀表且僅需要RS485接口獲取數據時),通過端設備或能耗數據采集網關產品自帶程序完成數據采集與協議解析工作,將能耗數據通過互聯網(可借助企業有線互聯網絡或4G模塊完成)以MQTT協議方式進行實時數據主題發布。

邊云協同助力能耗在線監測企業端系統建設


SEG云服務平臺通過預先搭建的MQTT Broker主機進行數據轉發代理操作,發布所有子設備的MQTT數據主題,部署于集團中心的端設備SEK-6460外網側核心程序將通過訂閱數據主題的方式獲取來自各制造基地端設備或網關發布的能耗數據。并將訂閱到的數據完成數據庫錄入后再通過端接入系統上傳軟件完成數據上傳至?。ㄊ校┘壠脚_。

在此方案中,分支機構部署的端設備或采集器被視為子設備,集團總部部署的端設備被視為容器設備,SEG云服務平臺借助公網固定IP及MQTT Broker服務器作為根設備,負責發布子數據主題及數據代理轉發服務,提供數據鏡像鏈路,但不參與任何數據本地存儲及解析工作。


邊云協同助力能耗在線監測企業端系統建設


部署操作

子設備部署操作過程相對普通的端設備SEK-6460或能耗數采集器SEG-550/1000而言,僅需要增加對SEG云中轉數據的支持即可,程序會自動再設備重啟后發布MQTT數據主題供接收設備訂閱。

容器設備部署操作過程相對也很簡單,僅需要在外網側的“設備容器”功能下,以“通過導入子設備配置添加”模式快速導入子設備配置參數即可。


邊云協同助力能耗在線監測企業端系統建設

數據匯總完成后,會統一進入端設備的外網側數據庫,端接入上傳軟件可以通過企業能源消耗實際情況進行上傳數據項配置并最終完成整體數據上報工作。

總結

該解決方案通過容器化級聯模式有效解決了大空間范圍內、分散數據匯聚上傳難的問題,無論是不同的生產制造基地之間還是同一個廠區范圍內,只要企業內部有線網絡覆蓋不到,且短距離無線傳輸方案(如Lora\zigbee\wifi等)無法解決問題時,這種物聯網結合MQTT協議的數據訂閱與發布機制均可以很好的實現數據的互聯互通。