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    以TwinCAT 3 軟件為高效核心的嵌入式控制器的集成式數據記錄解決方案

    在優化公共建筑中的能源管理過程中，需要在盡可能短的時間范圍內能源監控采集有關用水、電、熱量資源消耗的信息。這一點，德國亞琛市市區（StadteRegion Aachen）一直是亞琛市的范例。亞琛針對樓宇管理的自營市政企業和 IT 服務提供商 regio iT 有限公司，共同實施了 e2watch 監控系統，以便加強能源監測。這項技術使用基于 Beckhoff 設備的集成式數據記錄解決方案。

    使用 e2watch 能源監控系統，樓宇用戶可以通過互聯網查看能源消耗數據，有興趣的市民也可在可自由訪問的區域進行了解。這一透明性使得樓宇用戶對經濟地利用能源更加敏感。通過內部工作區，樓宇管理人員能夠接收詳細的評估報告，通過它可以確認并詳細分析故障原因或能耗增加的原因，從而可以迅速解決具體的問題。

存儲在云中的能源數據可以使用 e2watch 監控系統方便地分析


 

    e2watch 擁有豐富的應用經驗

    從2007 年開始，亞城市從前期項目 E-View 起就一直十分關注能源監控。新的 e2watch 系統定位為 E-View 的替代方案，數據的遷移目前正在進行中。來自亞琛市能源管理部門的 Markus Lehmenkuhler 闡述道：“自 2007 年以來，就節約了近600,000 歐元的能源成本，這很好地說明了我們的能源監管方案的成功。”目前，能源監控系統覆蓋了包括學校、兒童福利機構、行政大樓、游泳池及其它運動設施等近200 個機構中。e2watch 能源監控系統初步計劃將運行到 2015 年底，主要應用于在市區的行政范圍內的一些機構，目標是通過新技術獲得更過的經驗。面向更多機構的應用已列入未來幾年的議程。

    相互關聯的機構中總共包括 1000 個測量點，每15 分鐘廣播一次數據。日積月累，信息量會非常巨大，系統每天收集約 10 萬條數據記錄，每個流量表獲取 200 個字節的數據量。這為分析、故障查找、消耗量預測，以及 — 從長遠來看 — 為評估優化水平提供了一個全面的數據基礎。

    Markus Lehmenkuhler 詳細描述了成功實施這樣的能源監控系統的所需：“能源監控要在極短測量周期中實現，要求數據自動傳輸和自動采集。這包括通過M-bus 協議與流量計的簡單連接，分布式緩存現場能源數據和可靠地傳輸數據到 regio iT。”

在整個德國，約有 5000 到 10000 棟單一用途的樓宇使用具有云連接功能的智能能源概念，如 e2watch

    帶分布式數據記錄器的嵌入式控制器，用于連接 BDM

    數據的采集、保存和傳輸是通過分布式數據記錄器來分別實現的。基于Beckhoff 的集成式解決方案，大大減少了現場安裝費用。一臺裝有 TwinCAT 3 自動化軟件的 CX 系列嵌入式控制器是分布式數據記錄器的核心部分。KL6781 M-bus 主站端子模塊用于方便地將流量表集成到控制系統中。此外，數據記錄器可以通過 e2watch 訪問入口簡單地連接和調試，無需專門的 TwinCAT 知識；并且無需編程。

    數據記錄器采集現場測量數據，在本地緩存，并在可自由配置的時間將e2watch 系統中regio iT 的信息同步。對于具體的故障診斷，還有一個可以直接啟動數據傳輸的選項。Markus Lehmenkuhler 說道：“數據從數據記錄器傳輸到 regio iT，regio iT將數據準備好并保存在一個大數據管理系統（BDM）中，作為 e2watch 能源監控系統的基礎。”

    集成全功能的標準OPC UA（統一架構）協議用于將數據傳輸給 BDM。作為 OPC UA 客戶端，控制器通過微軟的 SQL 數據庫將信息推送到 regio iT 的 BDM中，進行進一步的分析。在客戶端方面，即包含數據記錄器的嵌入式控制器上，使用基于 PLCopen 標準化的 OPC UA 客戶端（用于數據傳輸）的 TwinCAT 3 PLC （邏輯上）和數據庫服務器（作為本地緩存）。在 regio IT服務器側運行 TwinCAT 3 和 OPC UA 服務器。

    確保效率、安全性和靈活性

    正如 Markus Lehmenkuhler 說的，基于 PC 的數據記錄在實際應用中帶來了很多好處：“首先，整套系統來自同一個供應商，這給我們帶來了很大的好處。相應地，這使得安裝更加簡單，無需額外的接線工作，并最大限度地降低出錯頻率。其次，基于PC 控制技術的 Beckhoff 公司提供了一個業界認可、功能強大、適應性強且可自由編程的系統。使用TwinCAT 3，可以在應用的程序開發中使用面向對象的編程。這適用于基于M-bus 協議和其他不同但仍非常相似協議的流量表型號，因為相似性可以被非常有效地通過面向對象的編程來實現。”

德國亞琛使用的數據記錄器高度和寬度約為 40 厘米，需要很少的空間，作為集成式解決方案可以毫不費力地安裝

    此外，數據安全也同樣重要。OPC UA 提供數據傳輸的安全性選項，符合 IEC 62541 標準。連接需要的“僅是”一個帶 NAT 和/或 SPI 防火墻的路由器；與使用的連接技術（DSL，ISDN，模擬量）都是不相關的。無需另外的 VPN 連接，所以沒有額外的硬件成本或管理任務。

    Markus Lehmenkuhler 認為基于 PC 的數據記錄器高度靈活性是另一個優點：“原始的 M-bus 數據記錄器的遠程維護功能很差，并且相當不靈活。在系統遷移勢在必行的背景下，TwinCAT 不僅能實現過去的基本功能,還擁有豐富的附加值。”幾乎任何測量間隔時間的數據都可以在本地嵌入式控制器中保存。超過 100,000 個測量周期，每個周期 40 個測量點，在測試中都無錯的保存。在 Markus Lehmenkuhler 看來，這種高性能的緩沖器尤其重要，保證即使在測量點和 BDM 之間的連接中斷情況下，也沒有測量數據的丟失。