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基于云服务的二级网监控系统的技术实践
2020-04-01

一、系统上云的必要性

近年来,集中供热自动化水平总体在提高,自动控制在热网运行管理中发挥着越来越大的作用。基于一级网及热力站监控的SCADA系统已在热企普遍部署和应用,针对热损最高的二级网(约占全网热损的70~80%),也应该加速部署二级网全自动监控系统,实现二级网水力和热力平衡,帮助企业节能降耗和提高劳动生产率。实施二级网监控系统的难点在于:

(1) 由于建设年代、敷设方式等因素造成管网设施情况和监控装置安装环境较为复杂,施工改造困难;(2) 末端热用户分散、数量庞大,自控系统采控、计算分析压力大;

(3) 供暖建筑条件(使用功能、节能、非节能)多样性,室内供暖系统形式的多样性,同一管网末端供暖设备型式不同(如散热器、地暖),不利于实现平衡调节和差异化供热。

随着云服务在B2B领域的成功应用,其优异的云计算能力,可为智慧供热提供可靠的PaaSIaaS服务。基于云服务的二级网监控系统,具有如下优势:

(1) 硬件投入少、运维成本低;

(2) 解除因末端热用户分散、数量庞大,对自控系统采控、计算分析的压力;

(3) 更广泛的兼容各种物联网通信技术,实现复杂工况下的数据上传;

(4) 可创建AI模型,实现二级网高精度平衡调节和差异化供热;

(5) 支持SCADA系统集成,具备升级为企业级智慧供热系统的能力。

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基于云服务的智慧供热系统

二、甄选数据通信链路

二级网监控系统需要在供暖建筑热力入口和末端用户安装智能调节阀、热表和室温仪等智能装置,其数据上云的通信技术,应遵循技术先进、高性价比、网络完善、数据安全的原则。

目前,4G NB-IoT是三大运营商全面支持的通信技术,网络覆盖好,安全有保障,可根据系统工艺情况组合使用。在进行楼宇或单元热用户之间的平衡调节、实现用户室温采集时,可采用NB-IoT通信方式,解决位置分散和入户施工问题;在进行楼宇内末端热用户之间的平衡调节时,其位置集中且数量众多,可通过RS485CAN总线将设备集中接入边缘计算装置,进行数据解析和治理,然后通过4G网络与云端通信。

采用NB-IoT技术的理由

(1) 广覆盖,提供改进的室内覆盖,在同样的频段下,NB-IoT现有的网络提升100倍覆盖区域的能力; 

(2) 具备支撑连接的能力,NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度和优化的网络架构;

(3) 更低功耗,NB-IoT终端模块的待机时间可长达5年;

(4) 更低的通信成本,单个接连不超过20元/年

基于云服务二级网监控系统的技术实践2管网.png

数据通信网络结构图

三、实现无人干预的平衡调节

二级网平衡调节主要解决楼宇或单元热用户之间的水平失调,以及楼宇内末端热用户之间的水平及垂直失调问题,通过控制策略指挥智能调节阀工作,以供热系统覆盖区域的所有热用户为调节对象,实现供热系统的水力和热力平衡。实践中采用的方法如下:

(1) 系统采用基于回水温度相对一致法进行平衡调节;

(2) 对处在楼宇特殊位置、停热、未入住等典型用户,进行正负温度偏差设定,实现差异化供热;

(3) 在调节过程中采用暖虎AI,实现:

自动找到系统最不利点,在确保其阀门全开的情况下,调至系统阻力最小的平衡状态;

自动识别二级管网阻力特性和系统误差,控制回水温度相对偏差达到0.5~0.8℃;

二级网自主调节,不依赖于一级网、热力站和气候等参数条件。

基于回水温度一致法单元调节前后对比

四、需要解决的安全问题

企业普遍担心一旦系统上云,会出现各种安全问题,下面给出国家在网络安全等级保护方面的相关标准:2019年5月13日,网络安全等级保护制度2.0标准(简称等保2.0标准)正式发布,于2019年 12月1日开始实施。

GB/T22239-2019《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》

GB/T25070-2019《信息安全技术网络安全等级保护安全设计技术要求》

GB/T28448-2019《信息安全技术网络安全等级保护测评要求》

可见,遵循了等保2.0标准建设实施的基于云服务的二级网监控系统,是可以实现热网安全运行的。应重点采用以下技术措施:

(1) 采用NGFW、WAF、KSV等联合防护保,从访问安全、传输安全、入侵检测、防病毒等方面来解决网络安全问题

(2) 通过对光纤交换机、域控服务器、存储机等关键设备双活配置,以及按业务及数据重要等级划分的核心域和DMZ域等手段保障系统安全;

(3) 采用软件接口加密、访问身份识别和时间控制等策略,在线备份和离线备份容灾体系确保数据安全;

(4) 对阀门开度、温度、压力、通讯异常等进行预警和处置,实现供热安全。

在实践中为用户提供了两种解决方案,一是推荐使用正规买球网暖虎云及应用服务,二是用户提供云空间,由我们部署软件搭建系统。

五、二级网监控系统

二级网监控系统是面向集中供热领域,服务于供热企业和热用户,以平衡调节、室温均等为原则,对供暖建筑入口、末端用户的温度和热量进行全面监控的平台。本平台涵盖了企业级二级网智慧供热所需的必要监控功能,依托暖虎账号管理系统,可为平台管理人员、实施人员、运维人员、企业管理者等各类权限用户配置业务,并能确保系统设备不会发生未经授权的操控。

核心业务:

(1) 二级网监控;

(2) 供热质量评价。

产品特点:

(1) 云端部署,可接入千万数量级的物联网设备,兼容多厂商产品;

(2) 支持三大网络运营商4GNB-IoT通信;

(3) 具有设备和用户认证安全识别机制,防止未经授权的操控;

(4) 通过多类型用户、多权限管理机制,配置多场景业务;

(5) 先进的调控策略,指挥智能调节阀实现供热系统的水力和热力平衡;

(6) 面向对象的智能分析模式,可对当前检索的任意结果进行统计和分析;

(7) 二维GIS直观展示供热系统调控水平与区域供热质量;

(8) APP支持WIFI、扫码、蓝牙操控物联网设备,具有查询、分析功能。

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