行業(yè)：電力能源
應用需求：隨著城市化進程的加快，電能的消耗越來越大，碳排量也與日俱增，“低碳生活”已經(jīng)不再是一個新名詞。要節(jié)約電能就必須先知道電能消耗在哪里，能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)就為我們提供了用電量的分項分時數(shù)據(jù)，幫助我們根據(jù)能耗情況制定出節(jié)能減排的方案，并根據(jù)動態(tài)數(shù)據(jù)隨時對方案做出調(diào)整和改進。
面臨的挑戰(zhàn)：能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)必須能實時、準確地獲取能耗數(shù)據(jù)，并“無縫”接入現(xiàn)場的信息展示系統(tǒng)中。系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝必須在場館落成之后進行，不能對已建成的電氣線路和建筑結(jié)構(gòu)造成任何影響當然也不能接入銀行的內(nèi)部網(wǎng)絡。此外，系統(tǒng)的待測線路位于不同機房的兩個配電箱中，需要完成分布式采集。
解決方案：采用NI CompactRIO和無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）在已經(jīng)完工的展館中構(gòu)建分布式監(jiān)測系統(tǒng)，使用3G路由器將數(shù)據(jù)實時上傳到網(wǎng)絡服務器RIO-mesh上，完全不受場館網(wǎng)絡接口的限制，用戶可以隨時遠程查看這些數(shù)據(jù)。CompactRIO良好的實時性和嵌入式控制器加之聚星現(xiàn)成的CompactRIO開發(fā)者套件幫助我們快速地構(gòu)建起了一套高可靠的能耗實時監(jiān)測系統(tǒng)。
交通銀行作為2010上海世博會商業(yè)銀行全球合作伙伴，為世博會獨家提供全方位的金融服務。 在位于世博浦西園區(qū)內(nèi)的交行主網(wǎng)點中，每天將迎來大量參觀園區(qū)的客流，交通銀行邀請了IBM協(xié)助構(gòu)建網(wǎng)點內(nèi)部的信息化展示系統(tǒng)，從而向人們傳達“綠色銀行”的理念。“綠色”理念的踐行之一就是建立網(wǎng)點的環(huán)境和能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)，上海聚星儀器應邀為IBM設(shè)計并搭建了這套系統(tǒng)。
軟硬件配合快速搭建分布式系統(tǒng)
根據(jù)展館的電氣設(shè)計圖，我們把展館劃分為六大功能區(qū)：展示大廳區(qū)域、休閑區(qū)、工作人員休息區(qū)、柜臺區(qū)、ATM區(qū)和機房，每個功能區(qū)分別對空調(diào)用電、插座用電和照明用電三項能耗進行統(tǒng)計。結(jié)合現(xiàn)場勘察，我們把展館的電氣線路和功能分區(qū)映射起來，監(jiān)測18項能耗參數(shù)。使用NI CompactRIO和無線傳感器網(wǎng)絡（WSN），基于NI LabVIEW和聚星的CompactRIO開發(fā)者套件，我們在2周內(nèi)就建立了一套高可靠性高性能的能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)。
系統(tǒng)硬件包括各種傳感器、數(shù)據(jù)采集分析設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。為便于現(xiàn)場安裝，我們選取了輕巧的開啟式電流互感器對線路電流進行測量，采用導軌式變壓器將相電壓有效值從220V降至6V，滿足采集模塊±10V測量范圍。系統(tǒng)的核心部分是數(shù)據(jù)的采集和分析，這部分由NI CompactRIO和WSN來實現(xiàn)：CompactRIO包括控制器NI cRIO-9014、底板NI cRIO-9113和兩塊模擬輸入模塊NI 9205，完成64通道、采樣率1KS/s的數(shù)據(jù)采集和分析；無線傳感網(wǎng)絡由無線網(wǎng)關(guān)WSN 9071和兩個無線采集節(jié)點WSN 3202組成，無線節(jié)點安放在通道數(shù)較少的配電箱中，通過Zigbee方式把采集數(shù)據(jù)匯總至CompactRIO來處理。作為嵌入式處理器，CompactRIO不僅擁有高處理性能，還支持各種傳輸方式。該系統(tǒng)中CompactRIO借助路由器的無線橋接功能，以WiFi方式“無縫”接入現(xiàn)場局域網(wǎng)中，把監(jiān)測結(jié)果發(fā)送至交行信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務器，供展館的顯示和記錄。由于展館外網(wǎng)接口受限，我們采用3G路由器，將CompactRIO監(jiān)測結(jié)果直接發(fā)送至我們的Web服務器RIO-Mesh上，用戶通過Internet瀏覽器即可遠程實時查看測試結(jié)果。
與此同時，能耗監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用了聚星CompactRIO開發(fā)者套件中的標準框架和模塊，實現(xiàn)了72通道能耗的分項數(shù)據(jù)采集和電能質(zhì)量的分析，不但獲取了實時耗電量信息，還實現(xiàn)了電能質(zhì)量分析，計算出線路的功率因數(shù)和諧波系數(shù)，并通過能耗統(tǒng)計模型，為能耗管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
世博交行館能耗監(jiān)測的人機交互界面位于展示大廳的一臺觸摸屏電腦上，需要用Java語言完成數(shù)據(jù)顯示、數(shù)采指令傳遞等程序設(shè)計。服務器端上位機Java程序根據(jù)CompactRIO的數(shù)據(jù)格式進行解析獲取各分項能耗數(shù)據(jù)，寫入指定xml文件中，F(xiàn)lash讀取xml文件的數(shù)值進行動畫顯示。Flash中以不同顏色示意不同功能分區(qū)，以高度值反映分區(qū)的用電總量。同時，F(xiàn)lash中餅圖顯示了空調(diào)用電、插座用電和照明用電的比重。
數(shù)據(jù)上傳，隨時調(diào)用
為了給客戶一個簡單易用的網(wǎng)絡平臺，用于記錄、查詢和管理傳感數(shù)據(jù)，聚星建立了Web數(shù)據(jù)服務器RIO-Mesh（www.rio-mesh.net）。用戶在該服務器上建立帳戶后可以像博客系統(tǒng)一樣實時發(fā)布、查看和集中管理分布式傳感器數(shù)據(jù)。測試系統(tǒng)部署現(xiàn)場后，CompactRIO通過Internet將采集數(shù)據(jù)上傳至RIO Mesh相應目錄，遠端用戶不需要安裝任何軟件，通過Web瀏覽器即可查看和管理遠程系統(tǒng)的測試結(jié)果。（如圖2所示）
結(jié)束語
基于NI CompactRIO和WSN平臺，我們在已經(jīng)完工的交行館中構(gòu)建了分布式監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了展館的能耗分項監(jiān)測。WSN節(jié)點采集數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)奖镜靥幚砥鰿ompactRIO中進行確定性控制、數(shù)據(jù)記錄和分析。CompactRIO內(nèi)嵌了性能強大的工業(yè)級實時控制器，并支持多種采集模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)電流和電壓的高速同步采集，還可以進行電能質(zhì)量的分析，計算功率因數(shù)和諧波系數(shù)，并判斷電能的品質(zhì)。
