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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(shù)據(jù)記錄解決方案

    在優(yōu)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(nèi)能源監(jiān)控采集有關(guān)用水、電、熱量資源消耗的信息。這一點，德國亞琛市市區(qū)（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(yè)和 IT 服務(wù)提供商 regio iT 有限公司，共同實施了 e2watch 監(jiān)控系統(tǒng)，以便加強能源監(jiān)測。這項技術(shù)使用基于 Beckhoff 設(shè)備的集成式數(shù)據(jù)記錄解決方案。

    使用 e2watch 能源監(jiān)控系統(tǒng)，樓宇用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)查看能源消耗數(shù)據(jù)，有興趣的市民也可在可自由訪問的區(qū)域進行了解。這一透明性使得樓宇用戶對經(jīng)濟地利用能源更加敏感。通過內(nèi)部工作區(qū)，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(shù)據(jù)可以使用 e2watch 監(jiān)控系統(tǒng)方便地分析


 

    e2watch 擁有豐富的應(yīng)用經(jīng)驗

    從2007 年開始，亞城市從前期項目 E-View 起就一直十分關(guān)注能源監(jiān)控。新的 e2watch 系統(tǒng)定位為 E-View 的替代方案，數(shù)據(jù)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(jié)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(jiān)管方案的成功。”目前，能源監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋了包括學(xué)校、兒童福利機構(gòu)、行政大樓、游泳池及其它運動設(shè)施等近200 個機構(gòu)中。e2watch 能源監(jiān)控系統(tǒng)初步計劃將運行到 2015 年底，主要應(yīng)用于在市區(qū)的行政范圍內(nèi)的一些機構(gòu)，目標(biāo)是通過新技術(shù)獲得更過的經(jīng)驗。面向更多機構(gòu)的應(yīng)用已列入未來幾年的議程。

    相互關(guān)聯(lián)的機構(gòu)中總共包括 1000 個測量點，每15 分鐘廣播一次數(shù)據(jù)。日積月累，信息量會非常巨大，系統(tǒng)每天收集約 10 萬條數(shù)據(jù)記錄，每個流量表獲取 200 個字節(jié)的數(shù)據(jù)量。這為分析、故障查找、消耗量預(yù)測，以及 — 從長遠來看 — 為評估優(yōu)化水平提供了一個全面的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

    Markus Lehmenkuhler 詳細描述了成功實施這樣的能源監(jiān)控系統(tǒng)的所需：“能源監(jiān)控要在極短測量周期中實現(xiàn)，要求數(shù)據(jù)自動傳輸和自動采集。這包括通過M-bus 協(xié)議與流量計的簡單連接，分布式緩存現(xiàn)場能源數(shù)據(jù)和可靠地傳輸數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)記錄器的嵌入式控制器，用于連接 BDM

    數(shù)據(jù)的采集、保存和傳輸是通過分布式數(shù)據(jù)記錄器來分別實現(xiàn)的。基于Beckhoff 的集成式解決方案，大大減少了現(xiàn)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(shù)據(jù)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(tǒng)中。此外，數(shù)據(jù)記錄器可以通過 e2watch 訪問入口簡單地連接和調(diào)試，無需專門的 TwinCAT 知識；并且無需編程。

    數(shù)據(jù)記錄器采集現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，在本地緩存，并在可自由配置的時間將e2watch 系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸?shù)倪x項。Markus Lehmenkuhler 說道：“數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)記錄器傳輸?shù)?regio iT，regio iT將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好并保存在一個大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（BDM）中，作為 e2watch 能源監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。”

    集成全功能的標(biāo)準(zhǔn)OPC UA（統(tǒng)一架構(gòu)）協(xié)議用于將數(shù)據(jù)傳輸給 BDM。作為 OPC UA 客戶端，控制器通過微軟的 SQL 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)記錄器的嵌入式控制器上，使用基于 PLCopen 標(biāo)準(zhǔn)化的 OPC UA 客戶端（用于數(shù)據(jù)傳輸）的 TwinCAT 3 PLC （邏輯上）和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（作為本地緩存）。在 regio IT服務(wù)器側(cè)運行 TwinCAT 3 和 OPC UA 服務(wù)器。

    確保效率、安全性和靈活性

    正如 Markus Lehmenkuhler 說的，基于 PC 的數(shù)據(jù)記錄在實際應(yīng)用中帶來了很多好處：“首先，整套系統(tǒng)來自同一個供應(yīng)商，這給我們帶來了很大的好處。相應(yīng)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(shù)的 Beckhoff 公司提供了一個業(yè)界認可、功能強大、適應(yīng)性強且可自由編程的系統(tǒng)。使用TwinCAT 3，可以在應(yīng)用的程序開發(fā)中使用面向?qū)ο蟮木幊獭＿@適用于基于M-bus 協(xié)議和其他不同但仍非常相似協(xié)議的流量表型號，因為相似性可以被非常有效地通過面向?qū)ο蟮木幊虂韺崿F(xiàn)。”

德國亞琛使用的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)安全也同樣重要。OPC UA 提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩赃x項，符合 IEC 62541 標(biāo)準(zhǔn)。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(shù)（DSL，ISDN，模擬量）都是不相關(guān)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(wù)。

    Markus Lehmenkuhler 認為基于 PC 的數(shù)據(jù)記錄器高度靈活性是另一個優(yōu)點：“原始的 M-bus 數(shù)據(jù)記錄器的遠程維護功能很差，并且相當(dāng)不靈活。在系統(tǒng)遷移勢在必行的背景下，TwinCAT 不僅能實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的丟失。