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边云协同助力能耗在线监测企业端系统建设

2020-12-01 04:20:41 | 返回列表

摘要

本文主要论述在重点用能单位能耗在线监测企业端系统建设的项目背景下,以集团单位下辖多个分支机构的能耗数据汇聚采集与集中上传的需求为出发点,在不具备企业内部联网的条件下,以边云协同应用模式实现数据分散采集、集中汇聚处理的便捷式高性价比解决方案。

场景描述

重点用能单位能耗在线监测系统企业端接入系统建设的过程中,经常会遇到集团公司旗下多家制造基地合并能耗数据集中上报的需求。如某重点用能单位为集团法人单位列入国家发改委统计的重点用能单位名录,根据要求需要将下辖的多个制造基地能耗数据集中汇总到同一台端设备主机上,再统一上报至省级能耗在线监测系统平台。

由于多个制造基地之间及与集团总部之间的地理位置相距较远,且没有实现基地之间的网络互联互通(集团内部局域网),加上公网固定IP资源匮乏,导致数据汇聚存在很大难度,制约了能耗在线监测系统建设方案的落实,进而加大了项目建设难度及建设周期的不确定性。

常规方案

遇到此类业务场景时,通常首先会想到如下几种解决方案:

1.     借助LoRa无线短距离通信技术

2.     借助DTU模块的4G通信技术

3.     借助电信运营商的VPN技术

看似可行性方案很多,接下来我们逐一分析上述3种方案在此种应用场景下的适用性。

采用LoRa无线短距离通信技术的优势在于可灵活组网,部署方便,相比4G通信而言,无流量成本压力,在理论上最远可以覆盖8-10KM距离。实际上这种通信距离有相当严格的前提条件,即在发射端和接收端的通信链路上不能有明显的遮挡物或金属屏蔽物,最好要架空在建筑物屋顶或空旷范围内,不仅建设初期如此,后续实际运行过程中也要求持续具备这样良好的信号发送和接收条件,否则极易发生信号中断的情况,且不易排查故障点。

采用DTU模块的4G通信技术刚好可以弥补LoRa通信技术在有效传输距离上的不足,部署安装同样方便,基本上不受周围空间建筑物的信号遮挡影响。对于信息发送端来说是个相对理想的选择方案;可是对于信息接收端而言,又带来一个相对麻烦的问题,即接收端设备通常不具备公网固定IP地址,导致DTU发送的信息无法被目标主机接收。对此只能通过在目标主机上增加一个动态域名解析软件(如花生壳)再为该主机申请一个动态域名并做好企业防火墙的端口映射,如此才能将信息顺利送到接收端。此方案高度依赖域名解析程序的稳定性及企业防火墙对映射端口的开放态度,二者缺一不可。

再来看一下采用电信运营商的VPN技术方案,此方案是基于电信运营商为集团公司的多个分支机构设置一个虚拟局域网环境,将集团内所有企业均纳入一个内部局域网中,信息安全防护等级提高很多,且内部信息交换及访问效率也会相应有所提高,可以说这是3种方案中的最优方案。难点在于此方案需要集团公司向运营商申请且需要支付不菲的VPN运营年费,往往很多用能单位不会同意这种费用支出,这也是限制该方案有效利用的最大障碍。

解决方案

经过对上述3种方案的分析,我们不难发现一个相对完美的解决方案是既要充分利用4G通信技术带来的广域网下长距离的通信能力及抗干扰能力,也要能避免因动态域名解析和端口映射带来的不稳定因素和复杂的操作配置过程。基于此,我们在充分调研评估了用户需求后,从通信稳定性、配置便捷性方面着手,提出一种边云结合的容器化设备部署通信方案。

首先,在距离集团总部较远的多个制造基地部署能耗在线监测端设备产品SEK-6460(有数据来源包含DCS系统或数据库服务器等信息化系统时)或能耗数据采集网关产品SEG-550/1000(仅有数据来源为智能仪表且仅需要RS485接口获取数据时),通过端设备或能耗数据采集网关产品自带程序完成数据采集与协议解析工作,将能耗数据通过互联网(可借助企业有线互联网络或4G模块完成)以MQTT协议方式进行实时数据主题发布。


SEG云服务平台通过预先搭建的MQTT Broker主机进行数据转发代理操作,发布所有子设备的MQTT数据主题,部署于集团中心的端设备SEK-6460外网侧核心程序将通过订阅数据主题的方式获取来自各制造基地端设备或网关发布的能耗数据。并将订阅到的数据完成数据库录入后再通过端接入系统上传软件完成数据上传至省(市)级平台。

在此方案中,分支机构部署的端设备或采集器被视为子设备,集团总部部署的端设备被视为容器设备,SEG云服务平台借助公网固定IPMQTT Broker服务器作为根设备,负责发布子数据主题及数据代理转发服务,提供数据镜像链路,但不参与任何数据本地存储及解析工作。


部署操作

子设备部署操作过程相对普通的端设备SEK-6460或能耗数采集器SEG-550/1000而言,仅需要增加对SEG云中转数据的支持即可,程序会自动再设备重启后发布MQTT数据主题供接收设备订阅。


容器设备部署操作过程相对也很简单,仅需要在外网侧的“设备容器”功能下,以“通过导入子设备配置添加”模式快速导入子设备配置参数即可。


       数据汇总完成后,会统一进入端设备的外网侧数据库,端接入上传软件可以通过企业能源消耗实际情况进行上传数据项配置并最终完成整体数据上报工作。

总结

该解决方案通过容器化级联模式有效解决了大空间范围内、分散数据汇聚上传难的问题,无论是不同的生产制造基地之间还是同一个厂区范围内,只要企业内部有线网络覆盖不到,且短距离无线传输方案(如Lora\zigbee\wifi等)无法解决问题时,这种物联网结合MQTT协议的数据订阅与发布机制均可以很好的实现数据的互联互通。