Веб-меню

Поиск товаров

Язык

Делиться

Новости
Главная / Новости / Новости отрасли / Как беспроводные счетчики энергии Интернета вещей и интеллектуальные шлюзы перестраивают современную сеть
Посмотреть продукты Свяжитесь с нами

Как беспроводные счетчики энергии Интернета вещей и интеллектуальные шлюзы перестраивают современную сеть

Пробел в данных, который замедляет модернизацию сетей

Управляющие коммунальными предприятиями и объектами потратили последнее десятилетие на добавление датчиков, средств автоматизации и аналитики в свои сети, однако многие из них по-прежнему полагаются на уровень измерения, который был разработан для другой эпохи. Постоянные показания, ежемесячные платежные циклы и изолированные панели создают «слепые зоны», из-за которых практически невозможно реагировать на изменения нагрузки в реальном времени. Когда трансформатор перегружен или в 2 часа ночи у арендатора отключилось электричество, система, построенная на ручном сборе данных, просто не может отреагировать достаточно быстро.

Современным сетям необходима инфраструктура измерения, которая ведет себя не как пассивное записывающее устройство, а скорее как работающая сенсорная сеть. Именно для этого и предназначено оборудование беспроводного измерения в сочетании с интеллектуальными шлюзами и специально разработанным программным обеспечением. Вместо того, чтобы технический специалист раз в месяц проходил маршрут, тысячи точек измерения могут сообщать о напряжении, токе, коэффициенте мощности и энергопотреблении каждые несколько секунд, обеспечивая платформу, которая превращает необработанные цифры в оперативные решения.

В этой статье рассматриваются три уровня, которые делают это возможным: измерительное устройство на периферии, шлюз, который объединяет и транслирует протоколы, и программная платформа, которая хранит, визуализирует данные и обрабатывает их. Попутно мы рассмотрим схемы развертывания, выбор протоколов и практические соображения по планированию для групп, создающих сеть измерения.

Внутри беспроводного счетчика энергии IoT

A беспроводной счетчик энергии Iot По сути, это измерительный прибор с подключенным радиоприемником, но инженерные решения, лежащие в основе этого простого описания, имеют значение. По своей сути он измеряет формы сигналов напряжения и тока на высокой частоте, рассчитывает активную, реактивную и полную мощность и локально сохраняет данные интервалов перед передачей их по беспроводной сети в ближайшую точку сбора. Поскольку устройство не зависит от проводного кабеля передачи данных, его можно установить в местах, где прокладка трубопровода будет дорогостоящей или физически нецелесообразной: распределительные панели на крыше, удаленные насосные станции, подпанели парковочных конструкций или проекты модернизации внутри готовых зданий.

Wireless IoT Energy Meter installed on a distribution panel

Три характеристики отличают специальный беспроводной счетчик энергии от обычного датчика с прикрученным радиопередатчиком:

  • Точность измерений, которая выдерживает нагрузки с высоким содержанием гармоник, а не только чистые синусоидальные условия испытаний.
  • Встроенная буферизация, чтобы временное отключение радиосвязи не приводило к постоянной потере данных.
  • Коммуникационный стек, который может присоединяться к ячеистой или звездообразной сети без ручной настройки каналов на каждом узле.

При модернизации коммерческого предприятия среднего размера замена процедуры чтения на беспроводном интервальном измерении обычно сокращает трудозатраты, затрачиваемые на сбор данных вручную, более чем на 80 процентов, одновременно увеличивая частоту считывания с ежемесячного до каждые несколько минут.

На приведенной ниже диаграмме показана практическая разница во времени между тремя распространенными подходами к снятию показаний счетчиков для одного цикла снятия показаний на предприятии среднего размера с примерно 40 точками учета.

Среднее время завершения одного цикла чтения Минут за цикл чтения 380 минут — обход вручную 170 минут — AMR на автомобиле 18 мин. Беспроводная сетка Интернета вещей

Почему интеллектуальный шлюз находится между счетчиками и программным обеспечением

Единый счетчик, отправляющий отчеты в приложение на телефоне, является новинкой. Сотни метров, разбросанные по кампусу, многоарендной башне или распределительному фидеру, требуют точки агрегации, которая может общаться с каждым устройством на его родном языке, а затем переупаковывать эту информацию во что-то, что может использовать центральная платформа. Это работа умный шлюз .

Шлюз выполняет четыре отдельные функции внутри измерительной сети, и их стоит разделить, поскольку каждая из них влияет на разные части плана развертывания:

Функция Что он делает Почему это важно
Соединение протоколов Преобразует последовательные полевые протоколы в сетевые протоколы. Позволяет устаревшим полевым устройствам подключаться к облачному или локальному программному обеспечению без переподключения
Локальная агрегация Опрашивает десятки или сотни метров по расписанию Уменьшает количество устройств, которым требуется прямой доступ в Интернет.
Буферизация и промежуточное хранение Сохраняет интервальные данные во время сбоя в сети. Предотвращает пробелы в выставлении счетов или аналитике, вызванные кратковременными обрывами соединения.
Краевая фильтрация Отсеивает повторяющиеся или выходящие за пределы диапазона показания. Уменьшает шум, достигающий уровня программного обеспечения, и снижает объем передачи данных.
Smart Gateway device used for energy metering aggregation

На диаграмме ниже показан типичный путь данных от счетчика на периферии до информационной панели, используемой оперативной группой. Каждый этап добавляет определенную ценность: необработанные измерения, трансляцию протокола, хранение и, наконец, интерпретацию.

Беспроводная связь Счетчик энергии Умный шлюз Измерение Программная платформа Панель управления и оповещения

Интеллектуальный шлюз AWT100: соединение RS485 с Ethernet для передачи данных о питании

Большинство полевых счетчиков энергии по-прежнему поддерживают Modbus RTU через последовательную шину RS485, протокол, который отлично подходит для проводки на короткие расстояния внутри распределительного щита, но никогда не предназначался для перемещения по зданию или достижения конечной точки облака. Вот где умный шлюз awt100 занимает свое место в архитектуре: он локально завершает цепочку RS485, опрашивает каждый счетчик на шине и повторно публикует эти данные через Ethernet или беспроводную восходящую линию связи, используя протокол, который уже понимает программный уровень, например Modbus TCP или MQTT.

Поскольку RS485 в Ethernet для мониторинга электропитания является одной из наиболее частых задач преобразования в проектах модернизации, выбор шлюза заслуживает внимания. Ключевые факторы, которые необходимо оценить, включают в себя:

Количество каналов RS485 Диапазон скорости передачи данных Интервал опроса Размер буфера с промежуточным хранением Поддержка параллельных протоколов
  • Сколькими независимыми шинами RS485 шлюз может управлять одновременно, поскольку одна шина имеет практические ограничения на количество устройств и длину кабеля.
  • Поддерживает ли устройство протоколы одновременного вывода, чтобы одни и те же данные могли передаваться как в локальную систему управления зданием, так и на удаленную аналитическую платформу.
  • Глубина буфера для периодов оффлайн, особенно для сайтов с ненадежной транзитной связью через Интернет.

В столбчатой ​​диаграмме ниже сравнивается типичное количество подключенных конечных устройств, поддерживаемых для каждого типа соединения на шлюзе среднего уровня, что показывает, почему гибридное подключение имеет значение в установках смешанного типа.

Типичные устройства, поддерживаемые в зависимости от типа подключения Автобус RS485 32 Беспроводная связь Mesh 64 Сквозной Ethernet-порт 16

Что на самом деле должен делать уровень программного обеспечения для измерения энергии

Аппаратное обеспечение собирает числа; программное обеспечение для измерения энергии превращает эти цифры в решения. Функциональная платформа должна обрабатывать три отдельные рабочие нагрузки одновременно: прием данных с высокочастотными интервалами без потери записей, хранение многолетней истории таким образом, чтобы ее можно было запрашивать, и представление этой истории в представлениях, с которыми фактически могут работать разные пользователи. Инженеру объекта требуется просмотр нагрузки в режиме реального времени, финансовой команде нужен экспорт счетов на уровне арендаторов, а команде по устойчивому развитию нужны совокупные тенденции выбросов углерода и потребления.

Хорошо спроектированная система учета энергии обычно распределяет функциональность по следующим уровням:

Слой Основная задача
Проглатывание Принимайте данные от шлюзов, проверяйте временные метки, управляйте подавлением дубликатов
Хранение База данных временных рядов, структурированная для интервальных и агрегированных запросов.
Правила и сигналы тревоги Уведомления о пороговых значениях, потребностях и аномалиях
Отчетность Экспорт счетов, распределение дополнительных счетчиков, нормативные отчеты
Визуализация Панель управленияs, trend charts, comparative views across sites

На приведенной ниже линейной диаграмме показана упрощенная 12-месячная тенденция потребления в том виде, в котором она может отображаться на информационной панели измерения, что полезно для выявления сезонных изменений нагрузки или влияния инициативы по повышению эффективности, представленной в середине года.

Ежемесячный тренд потребления (МВтч) 0 50 100 Ян февраль Мар апрель май июнь июль август Сентябрь октябрь ноябрь декабрь

Соединение «точка-точка» и сети, агрегированные через шлюз

В реальных развертываниях доминируют два архитектурных шаблона. В модели «точка-точка» каждый счетчик индивидуально подключается обратно к контроллеру или головному устройству, обычно по выделенному кабелю. В модели с агрегированием шлюзов кластеры счетчиков подключаются локально либо через общую шину RS485, либо через беспроводную сеть, а шлюз консолидирует этот трафик до того, как он достигнет программного уровня.

70% Меньше кабелей при модернизации с агрегированием шлюзов
3x Ускоренный ввод в эксплуатацию на каждом этаже здания
1 Восходящая линия связи требуется для каждой зоны, а не для каждого метра

На приведенной ниже диаграмме сравниваются две модели по пяти практическим параметрам, которые имеют значение при планировании проекта: скорость установки, экономическая эффективность, масштабируемость, простота обслуживания и задержка данных.

Скорость установки Экономическая эффективность Масштабируемость Простота обслуживания Низкая задержка Двухточечная проводка шлюз-Aggregated

Сравнение проясняет компромисс. Двухточечная проводка по-прежнему может иметь смысл для некоторых критически важных нагрузок, где выделенная, беспрепятственная прокладка кабеля стоит дополнительных усилий. Для всего, что выходит за рамки небольшого количества точек, сети, агрегированные шлюзами, масштабируются гораздо эффективнее, во многом потому, что предельные затраты на добавление еще одного счетчика — это задача короткой локальной проводки или беспроводного соединения, а не прокладка нового кабеля на большие расстояния.

Шаблоны развертывания для управления энергопотреблением умных зданий

Проекты управления энергопотреблением умных зданий, как правило, делятся на узнаваемые модели в зависимости от типа объекта. В офисных башнях с несколькими арендаторами подсчеты часто развертываются этаж за этажом, при этом один шлюз на каждый электрический шкаф объединяет все панели арендаторов на этом уровне. В промышленных кампусах измерения часто организуются по технологической линии или по зданию, при этом шлюзы размещаются рядом с главными распределительными щитами, чтобы избежать короткого замыкания RS485. В распределенных портфелях, таких как розничные сети, беспроводные счетчики в сочетании со шлюзами сотовой связи полностью устраняют необходимость в сетевой инфраструктуре для конкретного объекта.

В рамках этих моделей несколько принципов планирования последовательно снижают риск проекта:

  1. Перед установкой сопоставьте сегменты шины RS485, чтобы сохранить длину кабелей в рекомендуемых пределах и избежать ухудшения качества сигнала.
  2. Группируйте шлюзы по физической зоне, а не по логическому арендатору, поскольку для эффективности проводки электрические расстояния имеют большее значение, чем границы выставления счетов.
  3. Запланируйте буферную емкость на шлюзах, обслуживающих сайты с прерывистым подключением к Интернету, чтобы короткие перебои в работе не приводили к пробелам в данных для выставления счетов.
  4. Стандартизируйте единый метод синхронизации времени по всей сети, чтобы синхронизировать данные интервалов для расчета спроса и выставления счетов.

Мониторинг электропитания на основе Интернета вещей становится заметно более ценным, когда данные из нескольких зданий или зон можно сравнивать параллельно. Команда объектов, управляющая несколькими объектами, может ранжировать здания по коэффициенту нагрузки, выявлять необычные модели потребления и расставлять приоритеты в расходах на модернизацию на основе фактически измеренных отходов, а не предположений, основанных только на счетах за коммунальные услуги.

Контрольный список планирования перед развертыванием проекта измерения IoT

Прежде чем заказывать оборудование, полезно пройтись по краткому контрольному списку планирования, который выявляет наиболее распространенные ошибки на раннем этапе:

  • Подтвердите покрытие беспроводной сети в каждом предложенном месте расположения счетчика, особенно внутри металлических корпусов распределительных устройств, где затухание сигнала максимальное.
  • Принимайте решение о размещении шлюза заранее, поскольку количество шлюзов зависит от ограничений шины RS485 и радиуса действия беспроводной сети, а не просто от количества метров.
  • Убедитесь, что выбранное программное обеспечение для измерения энергии поддерживает конкретную необходимую модель данных, будь то выставление счетов арендаторам, реагирование на спрос или отчетность по выбросам углерода.
  • Установите соглашение об именах для счетчиков и шлюзов до начала ввода в эксплуатацию, поскольку переименование устройств после начала сбора данных усложняет историческую отчетность.
  • Протестируйте поведение аварийного переключения для буферизации шлюза при моделируемом сбое сети, а не предполагайте, что оно будет работать так, как описано в документации.

Команды, которые рассматривают измерения как инфраструктуру, а не как второстепенную мысль, прикрепленную к существующим панелям, последовательно получают больше пользы от полученных данных. Описанное выше аппаратное и программное обеспечение полезно только в том случае, если базовая топология сети и модель данных с самого начала планировались с учетом конечного варианта использования.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1. В чем разница между счетчиком энергии беспроводного Интернета вещей и стандартным цифровым счетчиком?

Стандартный цифровой счетчик измеряет и отображает данные об энергии локально, часто требуя, чтобы технический специалист считывал их вручную или подключал ноутбук. Беспроводной счетчик энергии IoT добавляет встроенную радиосвязь, локальную буферизацию и возможность автоматически сообщать данные об интервалах на шлюз или программную платформу без проводного соединения.

Вопрос 2. Почему до сих пор используется RS485, если в сетях более распространен Ethernet?

RS485 недорог, надежен на больших расстояниях внутри объекта и устойчив к электрическим помехам вблизи распределительных устройств, что делает его хорошо подходящим для связи на небольшом расстоянии с измерительным оборудованием. Шлюз, соединяющий RS485 с Ethernet, обеспечивает надежное соединение полевого уровня с современным сетевым программным обеспечением без замены самих счетчиков.

Вопрос 3. Сколько счетчиков обычно поддерживает один интеллектуальный шлюз?

Это зависит от количества каналов RS485, пропускной способности беспроводной сети и интервала опроса, настроенного на шлюзе, но многие шлюзы среднего уровня легко поддерживают десятки последовательных устройств на канал и десятки дополнительных беспроводных подузлов, особенно когда интервалы опроса настроены в соответствии с действительно необходимой частотой отчетов.

Вопрос 4. Увеличивает ли добавление счетчиков беспроводной связи риск кибербезопасности?

Беспроводные каналы добавляют дополнительную поверхность связи, поэтому стандартными средствами защиты являются шифрование, соединение с аутентификацией и сегментация сети между сетью измерения и общей ИТ-инфраструктурой. Правильно настроенный шлюз изолирует трафик на уровне поля и предоставляет программной платформе только контролируемый, аутентифицированный канал.

Вопрос 5. Можно ли интегрировать существующие проводные счетчики с новыми беспроводными счетчиками?

Да. Большинство систем измерения энергии на программном уровне не зависят от протокола, а шлюзы, поддерживающие одновременные каналы RS485 и беспроводные каналы, могут объединять оба типа счетчиков в один и тот же набор данных, что часто встречается в проектах поэтапной модернизации.

Вопрос 6. Как выбор сетевой архитектуры влияет на задержку данных?

Проводные соединения «точка-точка» могут обеспечить немного меньшую задержку на одно устройство, но сети с агрегированием шлюзов обычно обеспечивают приемлемую задержку для большинства случаев оперативного использования, одновременно добавляя значительный выигрыш в скорости установки и масштабируемости, как показано в сравнении, приведенном ранее в этой статье.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОV: Как интеллектуальные шлюзы на базе Modbus превращают разбросанные данные счетчиков энергии в информацию о полезной мощности
СЛЕДУЮЩИЙ: Acrel выпускает устройства быстрой зарядки постоянного тока серии AEU CCS2 для европейского и мирового рынков
Новости о продуктах
Acrel Co., Ltd.

+86-18702106858 / +86-21-69156352
Acrel Co., Ltd.

[email protected]
Acrel Co., Ltd.
Acrel Co., Ltd.
Acrel Co., Ltd.