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基于云计算核心的分布式能源监测与控制解决方案

第一章概述

（一）前言

随着国家节能减排长期战略的实施，提高能源利用率，建设绿色能源，不断转变经济增长方式、调整经济结构、加快技术进步，分布式能源监测与控制方面的研究和应用也逐步加强。

  智慧云谷基于云计算核心的物联网技术的“分布式能源监测与控制系统” 能够将多达几十万台的控制终端同时连接到云计算中心，可以在同一平台下对多个地区，多个控制点进行集中控制，更能够进行大范围综合计算与综合控制，能够充分利用各类先进技术，实现现代分布式能源实时监控、精准管理、溯源管理、远程控制，合理计划和利用能源，降低单位产品能源消耗，提高经济效益为目的分布式能源综合管理。

（二）目前能源监测与控制方面发展现状

  能源监测与控制是指依据国家有关节约能源的法规（或行业、地方规定）和能源标准，对用能单位的能源利用状况所进行的监督检查、测试和评价工作。近年来能耗监测越控制日益受到重视，但由于在管理理念、制度安排、技术创新，资金支持等方面还存在着较多问题，制约了能源监控水平的提高，能耗监控对提高能效所产生的作用还不明显。

（三）需求分析

  本方案自主研发的基于云计算核心的物联网基于云计算核心的分布式能源监测与控制系统将所有控制终端连接到云计算服务器，云计算中心服务器采用多端口、多进程、多线程复合通讯技术，能够支持极大量的终端同时连接，并且能够做到实时数据传输与控制。另一方面，可以通过控制中心对不同的终端设备进行协议设置，云计算服务器会将协议透传给终端设备。达到节能减排、保护环境的目的。

  1、项目建设是建设节约能源型社会的需要。当前我国正处于工业化、城镇化加快发展的阶段，能源资源的消耗强度较高，加大了能源资源的紧张程度。党的十六届五中全会提出，把节约资源作为基本国策，加快建设资源节约型、环境友好型社会。

  2、项目建设是行业发展趋势。对于城市的规划者与管理者来说，高效可靠能源监测与控制系统可保障城市动脉的安全稳定运行,减少对社会资源的占用；还能通过出色的节能表现,提高城市可持续发展的整体水平和后劲储备。

  3、项目建设为国家科技规划及相关政策重点支持发展领域。发改委会同环保部等部门发布的《节能环保产业发展规划》将节能环保列为七大战略性新兴产业之首。规划把高效节能技术和装备、高效节能产品、节能服务产业、先进环保技术和装备、环保产品与环保服务六大领域列为重点支持对象，在财政、税收、金融等方面提供政策支持。

（四）方案的目的及意义

  本方案采用智慧云谷云计算有限公司自主研发的基于云计算核心的分布式能源监测与控制系统来完美取代老式的PLC系统，一是通过建立网络和数据库，对主要能耗点进行监测与控制，使能耗数据统计变的及时、准确、能有效防止数据的迟报、漏报和作假现象。二是有利于管理者对能耗数据进行全面分析，及时发现问题并进行整治，提高能效。

第二章公司简介

（一）关于我们

  智慧云谷(Wiscloud)成立于2007年，拥有一流的研发设计团队，始终坚持自主创新，公司拥有自主知识产权的嵌入式操作系统，Wiscloud nebula protocol（星云自动组网协议），WisOS云计算操作系统，为用户提供全球领先的物联网、云计算、游戏等软硬件产品及平台服务，主要产品有：

  物联网&云计算

  基于云计算核心的工业自动化控制设备及云计算控制平台；

  基于云计算核心的自动化节能控制设备及云计算控制平台；

  基于云计算核心的iWiscloud智慧家居控制中心；

  全球领先的无线环境及空气质量传感器；

  具有自动电流及故障检测功能的无线自组网触摸开关；

  全球领先的无插件多人实时网页/手机游戏平台。

  “云”是公司产品的“代言人”，所有产品都是基于云计算核心。

  公司网址：http://www.iwiscloud.com/

（二）硬件基础

  智慧云谷拥有功能完备的大型云计算数据中心，采用先进的网络框架设计，电信、联通、移动千兆光纤接入，目前存储能力已达PB级以上；CDN负载均衡，实现数据更快更稳定的传输；异地替换方案，保证了数据不会丢失，当一个数据中心发生故障时，异地的数据中心会立刻将工作进行替换，确保我们稳定的服务；多台在线式大功率智能UPS可提供48小时以上的后备供电设备发电机；同时数据中心有几十台小型机、大量高端服务器、大型磁盘阵列等设备。强大的硬件设施使我们拥有强大的运算能力，灾难应对和恢复力，能为用户提供高速、安全、稳定的数据服务。

第三章系统总体设计

（一）系统设计原则

  本方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。其具有以下原则：

1、先进性与适应性

  系统的技术性能和质量指标达到国际领先水平；同时，系统的安装调试、软件编程和操作使用简便易行，容易掌握，适合中国国情和本项目的特点。该系统集国际众多先进技术与一身，体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要求。同时系统是面向各种管理层次使用的系统。其功能和配置以能给用户提供舒适。安全、方便、快捷为准则，其操作应简便易学。

2、经济性与实用性

  充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计选用功能和适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能价格比，以便节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求，经济适用。

3、可靠性与安全性

  系统的设计具有较高的可靠性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统具有一整套完成的系统管理策略，可以保证系统的运行安全。

4、开放性

  以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状的发展趋势，可以消防、防盗、聚光系统实现联动，可实现远程控制。

5、可扩充性

  系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。并根据今后该项目工程的实际要求扩展功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。

6、追求最优化的系统设备配置

  在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化的系统设备配置，以尽量降低系统造价。

7、保留足够的扩展容量

  该项目设置的控制容量保留一定的余地，以便在系统中改造新的控制点；系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口；也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用。

8、提高监管力度与综合管理水平

  本项目系统设备控制需要高效率、准确及可靠。本系统通过中央控制系统对各子系统运行情况进行综合控制，时时动态掌握监视及报警情况。闭路电视监控大大减少劳动强度，减少设备运行维护人员；另外，系统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行，在最佳情况下运行，既可节能，又可大大减少设备损耗，减少设备维修费用，从而提高监管力度与综合管理水平。

（二）系统结构

  1、智慧云谷基于云计算核心的分布式能源监测与控制系统，能够将多达几十万台的控制终端同时连接到云计算中心，可以在同一平台下对多个地区，多个控制点进行集中控制，更能够进行大范围综合计算与综合控制（比如在热网控制中进行管网平衡控制），更可以对整个城市的水、电、暖、气、公共设施进行一站式控制。

2、iWiscloud是目前全球最聪明、最健康、最安全的智慧家居控制中心，我们赋予了他思考及学习能力：他能够学习并兼容所有品牌家电的遥控指令；能够了解每一个电器的耗电情况，能够对家中的健康及安全状况进行自动分析，自动调整。

3、iWiscloud智能遥控触摸开关具有强大的处理器，采用钢化玻璃面板，电容触摸感应，能够自动检测电流，自动检测故障，自动组网，具有联动功能。会将运行电流及开关状态、故障点等数据自动通过iWiscloud控制中心发送到云计算中心并保留历史记录，可以通过云计算中心对所有开关的数据进行分析，实现节能及集中式服务。

（三）系统特点

1、基于云计算核心

  Wiscloud 基于云计算核心的分布式能源监测与控制系统基于云计算核心，分组控制与用户不需要自建服务器，不需要固定IP，只要一台能够上网的电脑/平板/手机即可通过云计算平台对多个地区的多个终端进行控制，所有数据记录在云计算数据中心，数据永不丢失，可以方便的进行历史数据查询与分析；

2、最强的控制力

  Wiscloud 基于云计算核心的分布式能源监测与控制系统终端主机具有5个485及232通道以及12个专用扩展通道，核心系统支持线程模式，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，通过云计算中心能够对每个扩展模块的控制通道进行采集控制，单个终端主机可扩展至多达4096个A/D通道，1792个IO，1024个RS485接口以及512个12位D/A通道，具有极强的扩展及控制能力；

3、无需任何编程

  Wiscloud 基于云计算核心的分布式能源监测与控制系统终端机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；

4、开放

  Wiscloud开放所有控制终端、控制模块、云计算平台接口，软件企业可以用自己的软件对系统进行控制，形成自己的软/硬件自动化控制产品，物联网及自动化控制企业可以将硬件接入到Wiscloud的云计算平台中，通过云计算平台进行实时通讯，实时控制，并可集合大量终端进行综合控制，并能够将历史数据保存到云计算中心，网站开发企业通过云计算中心及控制终端接口可以在网站上对任何的硬件进行控制。

（四）系统功能

  通过对整体设施所有负载能耗进行连续实时监测，发现无效能耗，并分析出所有可控无效能耗，以实时方式进行反馈控制以消除可控部分无效能耗，即可实现对无效能耗的节省。以能源为主轴，集成涵盖设施所有能源与用能系统，形成以能源为目标的大闭环集成系统。

  1、帮助设备充分发挥效益：提供全面的能源数量与质量、负载设备和用能过程的实时监测手段；提供基于全面实时数据的能耗与能效分析工具；借此建立对所有节能设备和节能设施的前后对比数据及运行条件管理。

  2、保障节能设备持续有效实时跟进节能设备的能耗数据，随着环境因素改变能更改运行参数，建立单个设备的管理档案，维护和维修方便；提供各项数据，对节能效果进行科学合理评价，并提出针对性改善建议。

  3、持续改善用能设备能耗与能效参数实时监测，随时发现用能环节的无效用能盲点，持续改善。

第四章分布式能源监测与控制解决方案

（一）学校方面的应用

  高校是人口量最大的单位，作为这样一个庞大的单位来讲，各方面的资源利用量都是相当高的，因为大学生学习与生活的特点，高校建筑物在不同的时段对电量和热能的需求有很大差异。比如，上课期间，学生集中在教学楼进行学习，宿舍楼、餐厅处于无人状态；晚自习后，学生全部回到宿舍休息，教学楼、办公楼、图书馆等处于无人状态；寒假期间，大多数宿舍楼、教学楼等均处于无人状态。据不完全统计，学校一年电的浪费量是10万度左右，这些电足够一个普通家庭用50多年，冬天供暖消耗的资源也是相当惊人的。为此，高校更应该把节约用电列入学校长期发展规划中。

  针对于学校里冬天的供暖问题，智慧云谷建立了一套基于云计算核心的物联网节能控制系统，由云计算数据中心、智能终端及各种管理分析软件组成，系统将学校的换热站及学校的暖气控制系统实时连接，进行数据采集、存储到云计算中心数据库中，调度管理人员可以通过智慧云谷云管控平台进行实时监控，并对运行数据进行查询、统计、分析，也可以下达控制指令，调整运行曲线参数等工作，通过智慧云谷供热控制系统，可以为学校供热中心提供专业高效的服务，同时也为学校供暖的控制调节、节能分析提供基础平台，大大降低运行管理费用。

  而目前高校供暖系统对于有些时段不需要供暖的建筑物照常进行供暖，导致了大量的热能浪费。因此我们可以在不同的时间段对教学楼的暖气采取不同的供热程度，对于集中上课的教室，工作人员可以在早晨和晚上设置一个时间点，系统可以自动的把暖气温度调高，到了中午系统又会自动把暖气温度调低，这样可以大大节约用煤量。对于学校里的储物室或者实验楼等课时少的教室，我们可以通过远程控制端采取定时供暖，如果这个教室有学生上课我们可以提前十分钟左右供暖，一节课结束后系统自动关掉暖气，这将大大减少了学校的供热资源。

  另一方面，我们对于节电方面也做出了相应的对策，教室里的灯在晚上统一时间集中关闭，避免有人走后忘记关灯而浪费。学校楼道区域人们一般不多做停留，这样的场所就可以通过移动传感器控制灯光。在入口、走廊、楼梯间、洗手间，移动传感器可以检测到当前的亮度级别，并依此数据在有人出现时开关或闭合照明回路。这样的照明系统不仅增加了舒适、而且降低能耗，而人们也不再需要留意灯光的开闭，因为照明已经进入自动控制状态。而照明回路也只在有人出现的时候才被激活，这也将节省大量的能源。

校园里的路灯也是能源浪费的重要部分，智慧云谷研发的智慧路灯可以自行定制任意时刻任意区域的调光值、按日、周、月、年排定调光计划。如：19：00启动，22：00点关闭，启动感应模式，当有学生即将经过时，前面光线增强，经过后灯光慢慢变暗至灯灭。大大节约能源延长路灯使用寿命。

  对路灯电流进行实时监控，对处于使用寿命后期电流异常的路灯进行预警处理，对由于灯具或电压原因处于持续启动状态的路灯及时切断等待检查和维修，当某一处路灯故障时，系统自动显示地理位置及故障信息，保证第一时间获取故障信息并辅助分析故障，对故障做出快速反映。

（二）政府方面的应用

  对于政府部门的办公楼，我们公司根据产品的功能跟办公时的需要做出了以下对策，因为现在的办公区域有些是中央空调，部分人会把空调温度调的过高或者过低，还会有人长时间的使用空调，造成大量的电能消耗，办公楼的照明设施也是造成电能浪费的重要部分。针对这个情况，我们智慧云谷可以从以下几个方面进行管理。

  通过iWiscloud控制中心对整个办公楼设置一键开关模式，可以对整个办公楼的电进行总开总关控制。由于职员办公区面积大，出入口多，故实现办公室内多点控制，将整个办公区分成若干独立照明区域，在每个区域安装智能遥控触摸开关，通过办公桌上的控制中心进行设置，根据需要开启相应区域的照明。也可以在每个楼层的出入口安装一个总开关，可以开启和关闭每个楼层办公区的所有的灯，这样可根据需要方便就近控制办公区域的灯。同时可以根据时间进行控制，比如平时在晚8 点自动关灯，如有人加班，可切换为手动开关灯。

  如果某一处照明灯出现故障，由于办公楼区域过大，检修人员不能及时的发现，平时的检修维护也要一个一个的巡查，造成了时间和电能的浪费。iWiscloud 智能遥控开关能够自动检测每一只灯的耗电电流，能够自动检测开关的故障，具有过电流保护功能，并能够将开关的状态发送到iWiscloud控制中心及云计算中心。通过在云端的电流数据显示能够快速、准确的找到故障点。这样，不仅方便使用人员操作，而且减少了电能的浪费，保护了灯具，延长了灯具的使用寿命。

  统一空调温度，因为现在的办公区域大多数采用的是中央空调，部分人会把空调温度调的过高或者过低，还会有人长时间的使用空调，造成大量的电能消耗。空调由管理人员通过智慧办公云管控平台统一管理，安装一个自动调整控制开关，设定自动开关机时间，非上班时间保持空调处于关闭状态。设定空调开启的温度，如夏天使环境温度不低于26℃，冬天不高于20℃，以达到节能的要求。在每个办公区域安装温度传感器，设定温度传感器的上下限，当室内温度低于设定的值，传感器发出信号给主机，中央空调自动开启，当室内温度高于设定的值，中央空调自动关闭，该系统基于星云协议，可以从一楼遥控到100楼。

  同时根据需要可加入窗帘控制系统，并与灯光系统进行联动，光线感应控制电动窗帘，可以在夏天光照强烈时挡烈阳，防止室内温度过高，节省空调能耗。

  下班模式一键断开区域内所有指定电源如：饮水机、打印机、电脑等节省电费开支，以及延长电器的使用寿命。

  采用智能控制与手动控制两种喷淋装置来喷水，可以依照温度湿度和其他参数，或者根据植物生长模型对灌溉设备进行开关控制或者进行精准的变频控制、高速计数控制（可以是灌溉精度达到1毫升/每小时精度级别）等高效且精准的灌溉控制方案。也可以通过本地或者远程对整体或者局部进行灌溉。监测设备可以将根据水流量等技术参数计算出实际的灌溉用水量，支持实时检测自动闭环灌溉、定时定量灌溉、系统预警等，可实现多种模式下的精确灌溉，达到节能控制与精确控制的完美结合，具有成本低廉、适用性强、操作简单、部署灵活、安全性高、扩展性强等优点。

（三）医院方面的应用

  我们公司的产品在学校跟政府方面做出了完美的解决方案，当然对于医院方面也做出了如下的改变：

  智慧医院是以普通医院为基础提升了建筑“智慧”功能，虽然服务的对象相同，但在就医环境上是普通医院无法相比的，普通医院基本上无集中空调系统，热水供应系统，弱电系统也只是基本的呼叫系统、电话系统和广播、电视系统，而智能化医院是经过建筑师对建筑外型、色彩、内部功能布局及空间环境的精心设计，以满足人们对心理的、生理的需求，同时楼内采用了空调、通风系统、集中供热系统和病房以小开间宾馆化设计，病房内具有带淋浴设施的独立卫生和电话、广播、电视设备。弱电系统设计上采用了智能大厦内的大多数"智慧"系统，实现了楼宇设备计算机管理、医疗服务网络化和管理自动化。

  对急诊楼的大厅选用可调光灯具，其照明回路接入智慧云谷的智能遥控触摸开关，进行调光控制，并在大厅入口位置安装光照度传感器，根据室外照度情况，调节大厅灯具的照度水平，充分利用自然光，创造舒适节能的照明环境。

  在医生方便控制的办公桌或诊断床旁安装调光开关，并对调光进行延时渐变设置，并充分考虑到人眼从暗到明需要适应过程，根据医生的专业要求，设置不同的调光渐变时间，以保证使用过程中的舒适度。

  将住院部的病房的正常照明，房间脚灯等照明回路接入智能遥控触摸开关控制，按照医院规定作息编制管理时间表，输入到智慧云管控平台，并在每层的护士站设置手动控制开关。当病房熄灯时间到时，房间内的正常照明自动熄灭，脚灯自动打开。护士可在护士站监视每个病房是否熄灯。若发生紧急情况，需要救护时，护士可一键开启模式开启该区域的照明。由于夜间病房的照明关闭，因此走廊也需要进行调光或间隔点灯，以保证病人夜间从病房走出到走廊时不会因为光线突变而造成眩目。

  医院是一个很重要的机构，安装智能遥控触摸开关可以实时监测灯的状况，通过智慧云谷云平台实现任意终端（电脑、平板、手机）远程读取单灯、路段、片区的耗电量、功率、亮度、运行时间等工作状态，当某一处路灯故障时，系统自动显示地理位置及故障信息，为医院解决不必要的麻烦。

  医院空调要为病人的诊断、治疗和康复提供良好环境，并有利于医护人员的医疗效果，保障医护人员的健康，维持诊疗设备的性能，所以最适宜的空气温、湿度能使病人的代谢降到最低，有利于集中能量于患部，促使早日恢复健康，这对生理调节机能降低的重病人尤为重要。对于普通病房，空调由管理人员通过智慧云管控系统统一设置自动开关机时间和适宜的温度；对于重症监护室，我们更应该做出人性化的改变，在重症监护室里安装无线传感器，将病房里的数据传输到云数据中心，由医护人员根据传输的数据控制室内的的空调温度，及时做出反应。

第五章结语

  基于云计算核心的分布式能源监测与控制系统能够对各个建筑物的各种楼宇自动化设备进行集中地实时监测和监控，为用户提供舒适、便捷的环境，并在此基础上通过资源的优化配置和系统的优化运行达到节约能源目的。

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