摘要：根据《江西省民用建筑节能和推进绿色建筑发展办法》（省政府令第217号）等文件精神，构建“全省统一、分级管理、互联互通”的建筑用能监测系统，加强建筑节能基础工作，建成基本覆盖本省国家机关办公建筑和大型公共建筑的动态用能监测系统，实现全省公共建筑能耗信息化管理，为能源管理及节能改造提供可靠依据。随着江西省、市级能耗监测平台的成立，对建筑节能监测监控管理系统的研究有利于建筑节能监管效率的提高，有利于绿色建筑发展的进一步推动。
关键词：节能监测系统；软件设计；通讯协议；监测功能
1.项目背景
随着江西省国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测平台（以下简称省级平台）与南昌、九江、宜春、新余、景德镇等地市级国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测平台（以下简称市级平台）纷纷成立，公共建筑能耗监测已经成为我省推进绿色建筑发展的新形势。在此形势下，许多楼宇业主对能耗监测也有了新的认识与积极性。为满足楼宇业主积极响应建筑节能的要求，建筑节能监测监控管理系统就因此而展开研究与开发。
建筑节能监测监控管理系统是对面向管理部门与楼宇业主的一套综合管理系统，该系统对电、水、天然气的使用情况并结合建筑面积、常驻人数、工作日与节假日、气候条件等各种因素进行全方位分析，为建筑节能提供数据基础，并对楼宇合理、安全、高效用能提供帮助。
2.研究内容和目标
系统软件开发设计是项目研究的重要内容。该系统使用的软件是由数个软件组成的软件集成系统。在此系统上，功能设计上要与市级平台功能一致的软件应为主体软件。其他软件则需实现对主体软件的数据接收、整合、上报的功能。因此，软件集成系统分为两层架构。第一层是数据采集层，这一层是数据采集设备上的采集软件对能耗数据进行采集并上发给建筑节能监测监控管理系统。第二层是数据整合层，这一层是建筑节能监测监控管理系统对数据采集设备发来的数据进行整理、计算，并将整合的数据再上发到市级平台。按江西省相关标准要求，省级平台监管全省能耗数据质量，各楼宇数据在市级平台正式运行前应上传省平台进行数据审核；经审核合格后方可在各市级平台正式运行。因此，便于在省市平台顺利对接的配置软件也是研发内容的重点。
图1-1 系统软件层
在融合数据安全性设计的同时，针对区域需要，研发专属符合省、市平台通讯规约的数据采集配置软件，使得数据对接省、市平台更为流畅快捷，让用户在技术维护上更为便利；同时，兼顾监测系统的功能完整性，具有推广价值并能带来一定的社会效益和经济效益。
3.软件设计
软件系统分为采集端和服务端两个部份。采集端软件需要实现电表数据的采集，并将数据向接收端发送；同时，采集端软件需要保证在电表数据有缺失时，能及时查到断开的仪表地址，从而保证数据的完整性。
服务端软件需要接收采集端发送的数据，并将接收的数据进行整合；接收端借助展示系统把整合的数据进行展示，最后再将整合好的数据上发到市级平台。
因此，系统设计分别对采集端软件与服务端软件分别进行。
3.1数据采集端软件设计
3.1.1数据采集设备通讯协议软件
数据采集设备需要支持对不同协议的电表进行采集，所以该采集程序需要兼容DLT645协议、MODBUS RTU协议，同时，不同型号的电表通讯协议也各不相同，所以该采集软件还需建立一个信息库以保存不同型号的电表通讯协议，从而实现同时采集多个不同型号的电表数据。
由此，数据采集设备使用EMS客户端服务软件进行数据采集，该软件支持DLT645协议、MODBUS RTU协议，同时也可以承载许多种协议的电表，可以实现多协议电表同时采集的功能，实现方式是将不同电表的通讯协议收集在该软件的仪表信息库中，常用的仪表品牌为安科瑞系列(Acrel)、派诺(SPM)，同时也会收集大部分老式电表的协议。
收集完所需的电表协议后，再生成xml文件用来调度电表协议完成数据采集，xml文件通过EMS工具把电表型号、地址、编号输入进去后就会生成调动电表协议的xml文件，然后就可以通过EMS客户端服务进行数据采集。
如果遇到网络故障，数据采集器也可以继续采集数据，直到网络恢复，EMS服务会将存在采集器本地的数据进行补发。
3.1.2数据采集设备与市级或省级平台对接软件
数据采集设备可以和市级或省级平台直接进行对接，完成数据传输的功能，实现方式是在EMS客户端服务软件的基础上，对电表采集的xml文件添加对市级或省级平台通讯的IP地址、端口号，并且在xml里需要对每一块电表分配其所属的电分项（电分项对应的格式会在传输规约中提到），确认无误后，就可以实现数据采集设备直接向市级或省级平台传输数据的功能。
数据采集设备直接向上级平台传输数据也有前提条件，其前提条件是该采集设备所属建筑规模不大，属于中小型建筑，并且所属电表回路不会太多（一般情况下不超过50个）可以使用一个采集设备就完成数据采集和传输，在该情况下，数据采集设备支持直接向上级平台发送数据。如果所属建筑使用了两个及更多的数据采集设备并使用直接向上级平台对接的方式，就会把该栋建筑拆成几部分分开上传造成数据的不准确，因此不可直接向上级平台传输数据，需要将数据发送至服务端，由服务端整合数据后再发往上级平台。
3.1.3数据采集设备仪表接触监测软件
数据采集设备的采集连续性是保证数据的完整性，能耗监测系统稳定运行的重要环节，为保证采集数据是连续的，在采集设备上还需使用ModScan32软件，该软件可以监测采集设备上的仪表是否接触良好。在该软件中，选定采集器的接口编号，然后输入仪表的地址，观察右上角的两个数字是否是都在增长的，如果两个数字都在增长，那么该仪表就接触良好，如果左下方出现“TIME-OUT”字样，那么该仪表则接触不良或地址有误，应进行排查。
3.2服务端数据处理软件设计
服务端是对数据进行接收并进行汇总计算、关联到展示系统、再上发至市级平台的角色，所以在接收端，需要部署数据汇总、展示系统、上传市平台这三个软件。
3.2.1数据接收与汇总软件
服务端接收数据通过ActiveMQ，一种在分布式系统中应用程序借以传递消息的媒介，该程序支持点对点，一对多的消息形式，在传输协议上支持TCP、SSL、NIO、UDP等。ActiveMQ无需配置，下载安装包后选择正确的系统版本安装后启动即可。
ActiveMQ安装完毕后，数据接收与汇总工作都通过EMS服务端软件来完成。EMS服务端软件需要配置对应的数据库，之后服务端就可以接收到采集端发送的数据并进行汇总计算操作。
3.2.2服务端数据与市级和省级平台通讯规约对接软件
监测系统的数据还需要上传到市级平台，并与市级平台进行规约对接，因此将上传软件应符合市级平台的通讯规约。
市级或省级平台与楼宇的通讯规约，主要是对能耗数据的格式有要求，分别为分项格式的要求与上传的xml数据包格式要求。完成市级或省级平台要求的分项格式后，上传市级或省级平台的软件需要生成发送到市级平台的xml数据包，市级平台要求的xml数据包格式如下：能耗远传数据包(data)
数据传输网关发送的信息：
<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<root>
<common>
<building_id>XXXXXX</building_id >
<gateway_id>XXX</gateway_id >
<type>energy_data</type>
</common>
<data operation="report">
<time> YYYYMMDDHHMMSS </time>
<energy_items>
<energy_item code=”01000”>读数值1</energy_item >
<energy_item code=”01A00”>读数值2</energy_item >
</energy_items>
<meters total ="xx">
<meter id="A001" name=”1号电表” >
<function id="WPP" error="">数据1</function>
</meter>
<meter id=" A002" name=”2号电表” >
<function id="WPP" error="XX">数据2</function>
</meter>
</meters>
</data>
</root>
以上是市级平台要求的数据包格式，主要要求的格式有总用电与分项用电的总电度值，与各个回路名称的电度值，因此上传市级平台的软件将根据市级平台的要求生成对应格式的xml数据包。
上传省级平台的数据包格式与市级平台要求的数据包格式有所不同，由于省级平台接收全省各个地市与各个时间段的数据，省级平台为保证数据的准确性与质量，需要对上传的数据包进行更精确的审核，其中与市级平台不同的就是对数据包的区域编码，分项编码，时间单位（年、月、日、时）都有所要求。省级平台接收数据包的格式要求如下：
<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<root>
<common>
<platform_id>XXXXXX</ platform _id >
<type>district_energy_data</type>
</common>
<data operation="report ">
<time type=” hour/day /month/year”> yyyy-MM-dd HH：mm：ss </time>
<building_type type=”X” function=”X”>
<energy_item code=”xxxxx” total=”xxx” unit_area=”xxx” air_area=”xxx” />
<energy_item code=”xxxxx” total=”xxx” unit_area=”xxx” air_area=”xxx” />
……
</building_type>
<building_type type=”X” function=”X”>
<energy_item code=”xxxxx” total=”xxx” unit_area=”xxx” air_area=”xxx” />
<energy_item code=”xxxxx” total=”xxx” unit_area=”xxx” air_area=”xxx” />
……
</building_type>
……
</data>
</root>
本系统软件在通讯对接设计上兼顾市级平台与省级平台上传需求，对用户技术运维非常方便。
3.3能耗监测系统软件设计
能耗监测系统是建筑节能监测监控管理系统的核心部分，该系统提供与市级平台类似的功能，需要满足用户对楼宇的能耗数据、异常报警、仪表数据、能耗报表这四类功能。
1)能耗数据监测
提供用户查看建筑能耗数据，包括总用电、分项用电。
2)异常报警
对能耗监测系统中楼宇中的所有回路是否正常进行监控，如有异常则报警。
3)仪表数据
提供用户查看能耗监测系统下楼宇的仪表数据，包括电度值、电压、电流、功率等参数。
4)能耗报表
提供用户查看能耗监测系统下的能耗报表，包括用电报表、设备报表、物业报表，时间跨度可选年、月、日。
4.效益简要分析
1)对中小型建筑设计的数据采集设备直接上传市级或省级平台软件，提升了数据对接的效率。
2)对大型建筑设计的楼宇用户专用能耗监测系统是与市级或省级平台对接数据的中转站，也是用户了解自己能耗数据的工具，系统可以精确到对每一个点位的数据进行剖析，为保证数据质量与准确性新增了一道保险，有助于提升数据监测质量。
参考文献：
[1]陈烈、王鑫、李德荣、徐强，数据采集网关的开发及其应用研究报告，上海：上海市建筑科学研究院（集团）有限公司、上海建坤信息技术有限责任公司、上海建科建筑节能有限公司，2010年3月。
[2]陈勤平、张迎花、俞丽、李德荣、徐强，能源与环境监测系统设计与软件开发研究报告，上海：上海市建筑科学研究院（集团）有限公司、上海建坤信息技术有限责任公司、上海建科建筑节能有限公司，2010年3月。
论文作者:吴梵1,张彦夫2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/4/1
标签：数据论文; 市级论文; 平台论文; 软件论文; 电表论文; 数据采集论文; 省级论文; 《电力设备》2018年第29期论文;