智慧云谷智能家居：IOTACS远程监控系统应用案例解析

伴随着社会经济的不断发展和老百姓衣食住行水准日渐提升， 社会发展对自然环境的规定愈来愈高。近些年國家十分重视城区集中供暖， 更改原先各企业、各规划区自身供暖、独立创建锅炉间给大城市产生的环境污染， 由大城市外场的一个或是好几个电厂出示热原， 市区各规划区创建换热站，统一给客户供暖。那样就大大减少了原煤对大城市自然环境的环境污染， 另外也节约了电力能源， 因此能够 说它是一项即惠及当今老百姓又惠及子孙后代的伟大事业。伴随着科技进步的飞速发展， 特别是在是电子计算机、通信技术的快速发展趋势， 自动控制系统水准也获得了迅速的发展趋势和普遍的运用， 特别是在是在大家对供暖品质的规定不断提升和电力能源焦虑不安的今日， 提升供暖品质另外节约资源刻不容缓。因此， 现阶段全国各地供热公司在建换热站大多数全是无人化换热站， 另外对老的换热站的更新改造也在向无人化换热站融入。

一、项目可行性与要求

烟台市东昌供热公司原来一套PLC 视频监控系统，因视频监控系统已经常见故障，没法再次应用。供热公司欲创建新系统软件，修复监控器作用并多方面更新改造更新。1.1 生产流程平面图（图一）：

图一1.2 工艺技术以及监控器要求：

1.3 企业生产调度和换热站监控中心规定：

（1）各换热站的数据信息根据搬家公司GPRS网上平台传送，选用双重平稳的TCP 协议书，把传输数据到云数据中心的有固定不动IP的网络服务器里。管理中心软件系统还可对各数据监测开展解析、储存、预警信息与管理方法，及其机器设备运维管理信息内容的建册管理方法。（2）在每一换热站开设本网站监测总站，检测页面以触摸显示屏方式表述，界面简易，便捷职工实际操作。（3）宏观经济把握供暖系统运行情况、运作品质。确保供暖系统的运作主要参数。对热网的水力发电工作状况和供热工作状况开展自动式调整， 处理各换热站的藕合危害， 清除热网水准失衡， 均衡供暖实际效果。（4）以节约总供热量为总体目标， 在考虑热网客户基础集中供暖规定的前提条件下尽量避免总供热量， 进而做到提升经济收益的目地。尽快开展供暖系统机器设备的维护保养及管理方法。立即检验报告供暖系统常见故障， 做到防患于未然， 防范于未然。（5）为热网怎样经济发展高效率运作出示解析基本和解析根据。根据纪录的热网运作历史记录，在一个供暖时间完毕后与早期数据信息开展较为解析， 查出来关键耗能来源于， 为将来的环保节能挖潜更新改造出示标准。1.4当场数据收集的控制板规定:

1. 数据信息平稳靠谱， 并不是规定过高的收集頻率。2. 有一定的解析数学计算， 比如测算瞬间总流量、测算供智能回水压力差、温度差等。3. 有一定数据储存工作能力， 出示给远程控制的上位机软件管理系统软件。4. 工作中方法转换作用5. 主要参数设置作用。可接纳监控中心的远程控制主要参数设置， 也可接纳当场触摸显示屏的主要参数设置;6. 溫度、工作压力、总流量数据信号的收集作用;7. 通信作用。内嵌通信联接插口， 做为被叫方， 接纳监控中心的浏览指令、操纵指令;8. 联网全系统软件自动控制系统作用。依据监控中心免费下载的部分保障措施主要参数保持自动控制系统。选用权威专家PID 调整优化算法、落后调整等优化算法， 调整热交换器的一次管道网高溫出水量（ 根据操纵电动调节阀保持） ， 进而操纵二次网的供/地暖管间距;9. 单独自动控制系统作用。依据运作工作人员根据当场触摸显示屏设置的主要参数， 单独进行操纵每日任务。10.手动式操纵作用。运作工作人员根据对当场触摸显示屏立即设置电动调节阀开启度， 立即调节换热站一次管道网高溫出水量。

二、系统软件解决方法

2.1 详细设计构思

依据客户满意度和当场状况视频监控系统总体分成两绝大多数：

2.1.1热力公司远程控制总监控中心

当场机器设备运作数据信息经当场监控器终端设备以及通信端口号，根据GPRS 信号发射器和GPRS 网上平台传

输进云空间进到到有固定不动网络ip的网络服务器里，把当场供热站的各种数据信息开展收集进到云数据中心，热力公司的工作员根据顾客电子计算机浏览云数据中心网络服务器数据信息，即时掌握各环境监测中心点的机器设备运作状况、有关运作主要参数。监控中心推送的指令也从而相对路径实行到控制计划机器设备。

2.1.2当场监控器终端设备系统软件

关键我来企业产品研发制造的IOTACS控制板构成，承担收集当场数据信息，并将数据信息根据相对的DTU通信端口号提交，另外实行各个管理中心下发的指令。

三、远程控制监控中心构架

3.1 企业生产调度监控中心

监控中心开设在供热公司，灵活运用其目前共享资源及硬件软件设备，对它进行健全，并

加设网站服务器机器设备、服务中心系统软件机器设备，创建统一的供暖实时监控系统与智能管理系统。

3.2云空间系统软件构成

（1）根据云计算技术关键，客户不用建造网络服务器，根据GPRS通信方法与云空间相接，极致保持远程操作。

3.3系统软件系统软件功能分析

（1）选用B/S构造：系统软件的设计方案是根据GPRS 传输数据技术性和云空间技术性之中的，开发软件选用B/S 构造方法设计方案，适用各种各样服务平台的Web浏览方式设计方案，便捷不一样工作部门的工作员工作中。

数据信息汇聚解决和前端开发管理程序等选用企业独立产品研发的嵌入式操作系统，前端开发选用工业触摸屏触摸显示屏的的方法，监控器生产调度工作人员可当场在触摸显示屏上进行全部实际操作。别的非监控器类工作人员应用电脑浏览器浏览系统软件进行全部实际操作，选用B/S 系统架构。

（2）保持对换热站机器设备运作状况、有关运作主要参数的实时监控系统，及其关键管道网测量点溫度、工作压力数据信息的在线监控。

（3）保持对所有数据信息的解析、储存、预警信息与表格统计分析、曲线图解析輸出作用。

（4）保持对测量点各种各样机械设备设备状况、维护保养状况规范性建册管理方法。

（5）保持系统软件管理权限、安全工作、系统日志纪录管理方法作用。

（6）在线地图数据可视化桌面显示

四.IOTACS热网远程监控系统构成构架

IOTACS终端设备服务器具备5个485及232安全通道及其12个专用型拓展安全通道，关键系统软件适用进程方式，可另外收集好几个安全通道的数据信息，根据拓展安全通道能够 拓展很多的收集控制模块及其抄水表控制模块，根据云数据中心可以对每一拓展控制模块的操纵安全通道开展收集操纵，单独终端设备服务器可拓展至高达4096个A/D安全通道，1792个IO，1024个RS485插口及其512个12位D/A安全通道，具备很强的拓展及控制力。（IOTACS热网远程监控系统监测中心电脑主机箱，图二）

图二

IOTACS物联网技术收集模块集成化触摸屏plc，具备模糊控制优化算法，能够 对I/O插口开展组成操纵，本身就是说一台详细的中小型操纵终端设备，能够 根据RS485插口级联256个控制模块开展拓展，并可以跨控制模块连动，联接Wiscloud DTU后能够 开展单独运作或极致的云空间操纵，能够 与组态软件、PLC等组网方案。（数据收集点平面图，图三）

图三

融合进阶硬件配置滤波器及手机软件滤波算法，抗干扰性强，检验高精度，在极端自然环境下輸出平稳靠谱！

3路RS485 MODBUS RTU规范通信插口

2路RS232规范通信插口

16路12位A/D收集插口

2路4-20mA輸出插口

7路电源开关量輸出，每一路可适用100mA负荷

IOTACS系统拓扑图 （图四）

图四

五.IOTACS热网远程控制系统GPRS通讯架构

通讯网络承担工作站与各个现场控制站之间的数据传输， 数据交换， 是整个监控项目的桥梁， 是保证热网监测系统正常运行的关键，本系统采用GPRS无线通讯。

1. GPRS 无线通信的特点

（1） 永远在线: 通信时， 不需要象PSTN 那样要先拨号以后才能通信。用户随时都与网络保持着联系， 即使没有数据传输时， 用户也仍然附着在网上与网络保持着联系。

（2） 快速登录: GPRS 无线终端一开机， 即已经与GPRS 网络建立了连接。每次登录Internet只需要一个激活的过程， 一般仅需要1到3 秒钟。

（3） 高速传输: 由于GPRS 采用了先进的分组交换技术， 数据传输的最高理论值可171.2kb/s。

（4） 按量计费: GPRS 网络按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用。没有数据流量传输时， 用户即使在线， 也不收费。

（5） 覆盖面广: 目前， GPRS 网络已基本覆盖了所有GSM网络， 偏远地区不再是数据传输的盲区。

（6） 可移动性: 企业对系统所有设备有自主权， 无需与运营商交涉， 可以自由分配。

（7） 可靠性强: 系统具有纠错、重发机制，从而确保数据的完整性和正确性。其次， 系统具有自动恢复功能， 在GPRS 网络状态不稳定的情况下， 保证系统稳定工作， 而无需人工干预。

（8） 安全性高: 系统在数据传输过程中加入了加密机制， 数据可以在公网上安全地传输。

（9） 无人职守: 系统具有双向数据传输功能， 从而实现远程控制， 无人职守。

（10） 灵活方便: 系统依托相应的软件， 可以灵活实现点～点、点～多点、中心～多点的对等数据传输。热网监控系统的通讯网络结构图如下（图五）:

图五

六、IOTACS热网远程控制系统实现功能

6.1远程采集

远程数据采集可以定时采集， 也可以循环采集， 即可以采集当前的实时数据， 也可以采集过去的历史数据（ 要求数据采集设备能存储至少一周的历史数据， 已备通讯设备故障时数据不会丢失） 。

6.2远程控制

远程控制是无人值守换热站的重要环节， 包括对阀门的控制（ 手动开关阀门） 、控制策略的选择（ 经验调节、定温调节、手动调节等） 供水温度值的设定、循环泵的起停、补水泵的起停等。

（远程监控界面现场实际工况，图六）

图六

6.3远程调试

理想的通讯方式不但解决了数据的远程采集和控制， 还可以实现现场控制器的远程维护， 修改控制策略， 修改报警参数值， 等等。可以减少去现场的次数， 并且可以迅速的了解现场控制器的工作情况， 大大提高了工作效率。（远程监控数据显示及调试控制界面图七）

图七

6.3 温度控制

要使用户家里温度更加舒适， 必须保证换热站供出的温度（ 热量） 合适， 这样我们就根据不同情况对换热站的二次出水温度进行控制。控制方式大致分为， 经验调节、定温调节、分时段调节三种。

（1）经验调节

即根据以往的供热经验， 在不同的室外温度条件下， 保证不同的二次网供水温度。各个控制器输入二次供水温度调节曲线， 系统通过检测二次网供水温度和室外温度， 自动调节一次网的阀门开度从而达到二次网的设定供水温度值， 实现换热站的质调节。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此曲线进行修改。曲线如图八:

图八

（2）定温调节

用户可任意设定供水温度值， 系统将自动调节一次网的流量从而使二次网供水温度稳定在此设定值。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此设定值进行修改。

（3）分时段调节

在不同的时间段设定不同的二次网供水温度， 本方式支持在不同的时间段修正固定的供水温度设定值（ 经验调节曲线或固定供水温度） ， 这样可生成一条更经济的运行曲线。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此曲线进行修改。如下图九所示， 固定供水温度运行（ 红色） +分时段修正运行时的实际供水温度（ 黑色） 曲线:

图九

6.4 压力控制

无人值守换热站中压力控制主要是二次供水压力（ 或者是二次供回水压差） 和二次回水压力的控制。分别通过调整循环泵变频频率和补水泵变频频率实现。变频恒压供水已经用得到很多， 这里就不在说明。需要强调的是几种故障和相应的保护措施。

（1）二次供水压力过高， 供热系统中， 此故障是个比较严重的故障， 需要系统停止运行进行检查， 否则有可能会造成用户家里暖气片的损坏。

（2） 二次回水压力过高， 系统设置超压泄水电磁阀， 报警发生时自动打开电磁阀泄水。

（3）二次回水压力过低， 为了保护循环泵，此报警发生时系统应该停止运行并报警。

（4） 补水箱水位过低， 应该停止补水， 避免补水泵长期无水运行造成损坏。

（5） 补水箱水位过高， 应该关闭自来水， 避免不必要的浪费。

（6）有些换热站生水压力不足或防止短时间停水， 应该设置生水箱。另外， 控制器和变频器进行通讯， 设定和读取变频器的参数如: 工作电压、工作频率、工作电流等， 以便了解水泵电机的运行情况。

6.5 报警管理

无人值守换热站的监控中心软件具备报警管理功能， 每条报警信息应该包含报警站点、报警发生时间、报警参数及当前值等详细信息。软件对过去的报警可以按站点或按时间进行查询， 并记录报警的处理人和处理时间。

6.6权限设置

监控系统对运行人员、维护人员、管理人员赋予不同的权限， 不同的人员具有不同的操作权限， 从而避免了操作不当所造成的系统故障。

七、IOTACS与传统PLC控制系统优势对比

1、基于云计算平台：无需自建机房和数据中心，可在手机、电脑等终端连接云计算中心，进行高效率的数据运行及运算能力，并可在云端对所有设备进行设定，随时调用、监管、控制。

2、无需任何编程 采用触摸屏一体化设计，在施工部署时不需要任何的编程，具有完美的模糊控制理念及控制算法，可以将所有输入输出接口进行任意组合控制，并且可以完全脱离云计算中心自动运行，也可以通过云计算中心进行极端复杂的流程控制。

3、系统成本低：省去PLC系统自拉光纤、自架服务器、购买UPS和蓄电池等额外的财力消耗，同时省下后期昂贵的系统维护费用。

4、控制能力强大：单机可承载1万以上的终端连接数量且运行毫无负担。物联网控制终端主机具有5个485及232通道以及12个专用扩展通道，嵌入式软件开发时采用了线程模式，可同时采集多个通道的数据，通过扩展通道可以扩展大量的采集模块以及抄表模块，终端主机能够将扩展模块的数据自动打包上传到云计算中心，也可以通过云计算中心对每个扩展模块的控制通道进行控制，单主机通过扩展可实现多达2048以上通道的数据采集以及控制。

5、扩展能力强大，扩展方便快捷：可达到无缝扩展至10万以上的终端连接数量，独自研发的物联网终端设备的透传协议，使后期新增扩展模块时无需重新编程，模块的通用性强，自带输入、输出、485、Mbus、模拟量采集适应用户的新增需求。

6、稳定性强：一体化开发的自有系统，主机高度集成化，把触摸屏的控制、DTU和主机的处理部分、以及采集部分、下位机通信部分集成一体，任何节点的损坏都不会影响整个系统的运行，运行更加稳定。

7、人性化服务：支持地理信息系统，触摸屏终端可随时提供动态数据，了解电厂的电量、电压、电流检测，整个系统可在云端无缝升级。

8、后期运维方便：系统不需要专门维护，一旦发生故障，根本不需像老式系统那样等待专业人员现场编程调试，只需请电工按照操作要求重新安装备选模块即可，方便快捷，时效性高。

9、节能量大：国内节能率最高的物联网云计算远程节能控制系统，为多个地区供热公司提供IOTACS系统，达到节电高40%，节煤高12%。

10、兼容性强：能兼容并学习市面上几乎所有品牌的热表、压力表等设备的协议，进行远程操作，无需配备指定设备，利于厂家控制设备成本。

八、目前换热站工控老系统现状

1、大多数是用PLC组合集成的，不支持云计算，普遍采用的是组态系统，只能通过电脑操作控制，且需要自己拉光纤，架设数据中心，系统投资多。现场部署和管理复杂，二次运维成本十分昂贵。

2、控制能力差，控制通道太少，扩充到24路时，运行困难，当达到200个通道的时候组态系统基本瘫痪，扩展能力差，很难实现管网平衡。

3、稳定性差，单线串联的变频器、热表的控制中，某一设备的死机造成整个链路无法运行的问题。不人性化，系统参数固定，无法根据需要重新设定。

4、后期维护复杂，一旦模块损坏，需要专业编程人员现场测试并进行重新编程，时效性差。

5、不同品牌设备的兼容性差，同一用户的终端品牌及品种数量众多，协议千变万化，采集点与终端数量不断增加，设备死机，不执行指令的情况时有发生。

九、IOTACS引领新一代工业革命，相比目前国内99%工业控制进口PLC系统

1、施工部署简单10倍以上

2、运营成本降低50%以上

3、施工效率提高10倍以上

4、从此不再需要专业的PLC程序员

5、期维护简单，费用几乎为零

6、相同成本下比PLC的带载能力高达20倍以上

十、结论

总之， 无人值守换热站很好的实现了对换热站设备的自动控制， 远程监控，提高了供热质量。本案例实际应用单位烟台东昌供热有限公司每年使用本系统可节电高达40%，节煤高达10%，在满足了用户需求的前提下， 节约了大量的人力、物力资源， 减少了不必要的浪费。同时， 管理人员可以更清楚的了解各个换热站的运行数据， 使管理更加有地放矢， 有效的提高了供热管理水平; 提高了热力系统的运行管理水平;为热力系统的运行管理提供一个良好的支持环境; 提高公司效益。不断提高， 一次性投资逐渐减低， 但产生的经济效果很大， 一般仅节电的效益在一年左右的时间即可收回投资。目前， 我国在水泵控制系统中应用变频技术虽然有了很大进步， 但总体水平仍然很低， 其应用量仅占水泵总量的5- 7%， 而先进的工业化国家其应用量已达90%左右。在供热领域， 在补水定压控制系统中已得到了充分的利用， 但在循环水泵的控制方面， 受制于技术、经济、以及经济体制、产权隶属关系等外部因素的影响， 其应用普及的还很慢。但随着配套技术的发展， 人们思想意识的提高， 特别是“热改”后， 变频调速泵控制技术必将在集中供热系统中得到广泛的利用。