李 杰 周云騰 馮玉輝 杜啟行

(山東省計量科學研究院，濟南 250014)

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公共機構能源資源計量數據在線實時采集系統建設方法

李 杰 周云騰 馮玉輝 杜啟行

(山東省計量科學研究院，濟南 250014)

研究一種基于采用數據采集終端嵌入能耗分析的能源監(jiān)測終端設備，兼容不同控制系統及不同協議的接口，實現不同類型能源儀表的計量數據采集與統計分析的公共機構能源資源計量數據在線實時采集系統的建設。

公共機構；能源資源計量；數據在線采集

0 引言

本文依據《公共機構節(jié)能條例》(國務院令第531號)及《公共機構能源資源計量器具配備和管理要求》等有關規(guī)定，研究“公共機構能源資源計量數據在線實時采集系統”的建設(以下簡稱系統)。

建設方法以公共機構能源資源計量“分戶徹底、分區(qū)規(guī)范、分項合理、應配盡配”為原則，研究建立該在線實時采集系統，以求提升公共機構的能源資源計量管理水平,實現節(jié)能降耗。

1 技術路線

1)系統采用專用集成電路(ASIC)，把傳感器和微處理器及網絡接口封裝在一個器件中，完成信息獲取、處理、傳輸、存貯等功能。

2)信息處理采用linq技術，將查詢功能直接集成到.NET語言的基礎上。采用延遲加載技術解決公共機構數量眾多、實時采集產生的海量數據的問題。

2 技術方案

2.1 系統總體架構

系統包括監(jiān)控中心、數據中心、通信網絡、公共機構計量數據采集點四部分。公共機構能源計量數據實時采集系統結構如圖1所示。

圖1 公共機構能源計量數據實時采集系統結構

1)省級監(jiān)控中心為能源資源計量數據監(jiān)測網的中心節(jié)點，接收并存儲來自公共機構的能源資源計量原始數據。負責全省各公共機構能源資源計量數據的處理、匯總、統計分析，自動生成符合《公共機構能源資源消費統計制度》的能源資源消費報表。

2)各市、縣級監(jiān)控中心利用原有網絡和設備共享省級能源資源計量數據中心的數據，實現本轄區(qū)各公共機構能源資源計量數據的審核、監(jiān)控、分析。

3)系統為政府及相關節(jié)能管理部門對接留有接口。

2.2 數據采集點布置

數據采集點的布置涵蓋常用能源(如電、燃氣、燃油、太陽能、熱水、蒸汽及煤)的計量數據。

數據采集點布置包括：分戶計量——總表；分區(qū)計量——行政、業(yè)務、后勤服務及其他功能區(qū)域用表；分項計量——數據中心機房、中央空調、獨立食堂、公共浴室、游泳池及集中供熱等用表。

2.3 能源計量數據采集點設備選型

1)實行能源消費分戶、分區(qū)、分類、分項計量，對計量器具進行技術改造或重新購置，使之支持計量數據的傳輸。采集點設備選型見表1。

2)研發(fā)數據采集終端，解決不同儀表不同通信接口的數據采集問題。

3)基于CC安全保障要求，配備安全模塊，實現數據采集與監(jiān)視控制系統(SCADA)軟件端到端的信源加密，基于數字證書安全認證，支持國家密碼局SM2、SM3、SM4算法的數據加密，且加密速率不小于20Mb/s。

4)研發(fā)能耗測量分析系統，用于整合現場實時數據，并對數據進行預處理。

5)對暫時實行手工采集的采集點，提供數據直報功能。

表1 采集點設備選型參考表

2.4 通信網絡

根據現場情況，分別采用GPRS、ZigBEE等無線網絡、公共機構內部網絡、Internet網絡等進行傳輸。

對于新建樓宇，優(yōu)先采用有線傳輸；對于原有樓宇，一般采用無線傳輸。

2.5 系統安全

1)系統設有數據采集終端數據緩存區(qū)，如果遇到網絡不通，數據可以暫存在緩存區(qū)，網絡暢通后，再發(fā)送之前的數據。遇到緊急停電，可以自動計時，并對數據進行掉電存貯。

2)對數據進行安全加密，包括數據的加密、解密以及數字簽名、驗簽和數字證書的發(fā)放，支持SM2密碼算法的數字證書安全認證。實現物理身份和網絡身份的綁定；對傳送的信息進行校驗，防止信息在傳輸過程中產生錯誤、被篡改或丟失；對信息加密，只有接收方才能閱讀加密的信息。

3)訪問安全控制:a.權限控制：對用戶的登錄訪問進行功能權限和數據范圍權限控制；b.身份認證：對網絡上的用戶進行驗證，以確認對方的真實身份；c.訪問授權：對角色進行管理，約束用戶具體操作權限；d.審計記錄：系統記錄所有來訪的活動痕跡(含網絡活動)，并針對用戶進行審計。

4)采用隔離技術，在智能儀表網絡與在線實時采集系統網絡之間建立安全可靠的數據傳輸通道，同時配置完備的異地定期備份機制和災難恢復機制，保證數據的安全性。

2.6 數據中心

1)數據中心機房網絡帶寬不低于100Mb;

2)配置簽名驗簽服務器，作為數字簽名服務以及對數據驗證其數字簽名的真實性和有效性的服務平臺，保證關鍵業(yè)務應用中交易過程的機密性、信息完整性、不可否認性和事后追溯性；

3)配置數據接收模塊，接收數據采集終端上傳的原始計量數據，并存儲到省級公共機構能源資源計量數據中心；

4)建立數據處理模塊，從底層著手建立動態(tài)的能源分析模型，根據數據包攜帶的采集點信息，對能耗數據進行拆分計算；

5)數據中心可以和多個監(jiān)測點之間快速、實時地進行雙向通信，在傳感器和數據采集集中終端之間采用串行通信方式，支持RS232/422/485接口。

2.7 省、市、縣(區(qū))級監(jiān)控中心

監(jiān)控中心機房網絡帶寬不低于10Mb，并通過VPN網關與數據中心聯網?？杀O(jiān)視本行政區(qū)域公共機構采集點計量器具、數據采集終端、通信網絡工作狀態(tài)，按行業(yè)、地區(qū)及時間查詢、統計分析能源數據。

3 技術特點

3.1 探索能源儀表量值的溯源性方法

利用電子標簽作為計量器具的識別編碼載體，并配置在數據傳輸終端中。當終端采集能源數據上報時，將采集到的能源數據與計量器具識別編碼同時上報，從而實現能源儀表量值的可溯源性。

3.2 采集系統拓撲圖的自動繪制

對機構能源計量拓撲圖開展研究，通過特定算法實現能源計量拓撲圖的自動繪制。當監(jiān)測采集網絡不通或儀表故障時，拓撲圖監(jiān)測采集點標識為紅色，顯示直觀。

3.3 建立用能單位能耗限額對標自動預警體系

建立公共機構庫，包括機構信息、綜合能源消費量目標、節(jié)能量目標。依托系統落實綜合能源消費量、節(jié)能量任務，隨時對用能單位進行能源消耗指標自動預警。

4 結束語

節(jié)約能源資源是我國經濟社會發(fā)展的一項基本國策，“公共機構能源資源計量數據在線實時采集系統”的研究與應用，將會更加科學、合理地評價公共機構的節(jié)能管理水平和用能效率，同時會在全社會發(fā)揮重要的導向和示范作用。

[1] 劉勝軍.信息化技術在石化計量中的應用與展望.計量技術,2014(6)

[2] 王瑛輝,等.基于ZigBee技術的無線傳感器網絡在能源計量系統中的應用.計量技術,2013(11)

[3] 孫巖峰.基于GIS的能源計量監(jiān)測平臺研究.中國計量,2014(8)

[4] 王鵬，鮮青龍，馬世英.能源計量數據采集方案分析.中國計量,2014(12)

[5] 彭娜，張開婭,鄭岳.西安市居住建筑能耗研究.節(jié)能與環(huán)保,2014(9)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.10.20