梁迎凱,王建輝,劉自強,劉 偉,彭國輝,王偉玉

(河北省科學(xué)院能源研究所,河北 石家莊 050081)

0 引言

隨著人們環(huán)保和節(jié)能減排意識的不斷增強,傳統(tǒng)的采暖和制冷方式逐漸的被綠色、節(jié)能、環(huán)保、運行費用較低、冷熱雙供的地源熱泵系統(tǒng)所代替[1,2]。通過遠程監(jiān)測系統(tǒng)完成對地源熱泵機房設(shè)備運行狀態(tài)、能耗以及地溫場的監(jiān)測,使系統(tǒng)做到安全、可靠、節(jié)能的運行[3]。該類遠程監(jiān)測系統(tǒng)目前采用較多的的通訊方法是使用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(GPRS DTU)[4],利用移動運營商GPRS網(wǎng)絡(luò)和SIM卡為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能[5]。該通訊方式傳輸距離較遠,數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生流量費用或短信費用,還需在服務(wù)器端安裝費用昂貴的固定IP寬帶線路,并且是每個機房都至少需要安裝一個GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(GPRS DTU)和SIM卡,對集群式機房監(jiān)測成本相對較高。

本文針對于一個項目中需要對多個距離較近(0～4 km)的集群式地源熱泵機房進行監(jiān)測,而數(shù)據(jù)中心距離較遠(最遠10～15 km,視天線架設(shè)高度,有無障礙物等情況影響傳輸距離)的情況,研究開發(fā)了一種基于433 MHz數(shù)據(jù)無線通訊技術(shù)[6]的集群式地源熱泵機房運行遠程通訊監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)了免費、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通訊和對多個地源熱泵機房運行監(jiān)測。

1 系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)架是在需要監(jiān)測的每一個地源熱泵機房都安裝數(shù)據(jù)采集模塊(包括電流電壓和溫度、流量采集模塊)和近程通訊模塊,兩種模塊之間通過RS485數(shù)據(jù)總線[7]連接,在位置靠近中央的機房再安裝遠程通訊模塊,在數(shù)據(jù)存儲機房安裝數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器、用戶交互軟件和遠程通訊模塊。

監(jiān)控系統(tǒng)運行時,各個分散機房的數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)經(jīng)RS485通訊總線[8]——本機房433 MHz近程通訊模塊——中央機房433 MHz近程通訊模塊——中央機房的RS485通訊總線,中央機房的數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)和接收到的其他分散機房的數(shù)據(jù)經(jīng)中央機房433 MHz遠程通訊模塊——數(shù)據(jù)存儲中心的433 MHz遠程通訊模塊——數(shù)據(jù)存儲中心的RS485數(shù)據(jù)總線——數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器保存。數(shù)據(jù)存儲中心管理數(shù)據(jù)的存儲和提供實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的查詢功能。整個系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2 數(shù)據(jù)采集及傳輸方式

數(shù)據(jù)采集模塊由進、出水溫度傳感器(PT1000鉑電阻溫度傳感器)、水流量傳感器(渦輪式流量傳感器)、電流電壓變送器(DTS26電流電壓變送模塊)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(MS1002芯片和外圍電路組成)和主控板(NAN0110RC2BN芯片和外圍電路組成)構(gòu)成,通訊模塊由編碼及射頻芯片AX5043、功率放大單元及外圍電路組成,具體模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 機房內(nèi)模塊結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集模塊的主控板(NAN0110RC2BN)通過數(shù)據(jù)通訊模塊接收到用戶交互軟件發(fā)出的要數(shù)命令后,將模數(shù)轉(zhuǎn)換器(MS1002)通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線接收到的進出水溫度、流量、電壓電流信號編碼后轉(zhuǎn)換成符合RS485通訊規(guī)約的數(shù)字信號,通過RS485通訊總線傳送給數(shù)據(jù)通訊模塊。

數(shù)據(jù)通訊模塊的編碼及射頻芯片AX5043通過433 MHz外置天線接收到用戶交互軟件發(fā)出的要數(shù)命令后,將要數(shù)命令轉(zhuǎn)換成符合RS485通訊規(guī)約的數(shù)字信號,通過RS485通訊總線傳輸給數(shù)據(jù)采集模塊,然后再將數(shù)據(jù)采集模塊通過RS485通訊總線傳輸過來的數(shù)據(jù)調(diào)制成433 MHz的射頻信號,通過功率放大后發(fā)射出去。

3 數(shù)據(jù)存儲及交互軟件

數(shù)據(jù)存儲中心為用戶交互軟件每分鐘一次通過遠程通訊模塊向各個地源熱泵機房發(fā)送要數(shù)命令,由遠程通訊模塊接收到各個地源熱泵機房返回的數(shù)據(jù)并通過CRC16校驗[9]無誤后儲存于數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器的SQL SERVER數(shù)據(jù)庫[10]中,并同時在用戶交互軟件及移動通訊終端界面中實時顯示出來,以供管理人員隨時隨地查看實時運行數(shù)據(jù)和調(diào)閱歷史運行數(shù)據(jù)。若用戶交互軟件通過遠程通訊模塊接收到各個地源熱泵機房返回的數(shù)據(jù)校驗有誤,則重復(fù)發(fā)送有問題數(shù)據(jù)采集模塊的要數(shù)命令,若連續(xù)五次校驗通不過,則在用戶交互軟件界面上顯示告警信息。交互軟件采用組態(tài)軟件編寫,具有Web監(jiān)控和移動手機客戶端訪問功能,用戶可以隨時隨地查看實時運行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),具體流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)流程圖

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)已在石家莊市某地相距較近(相距約1～2 km)的4個地源熱泵機房安裝應(yīng)用,運行穩(wěn)定高效,數(shù)據(jù)存儲中心設(shè)置在距4個地源熱泵機房直線距離13 km左右的實驗室,成功的接收并存儲了4個地源熱泵機房的運行數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性好,運行成本低,適合用于同時監(jiān)測若干個相距較近的集群式機房(距離不超過4 km)、數(shù)據(jù)存儲中心在遠程通訊模塊有效通訊范圍(10～15 km)之內(nèi)的地源熱泵機房。