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基于云服務的二級網監控系統的技術實踐
2020-04-01

一、系統上云的必要性

近年來,集中供熱自動化水平總體在提高,自動控制在熱網運行管理中發揮著越來越大的作用。基于一級網及熱力站監控的SCADA系統已在熱企普遍部署和應用,針對熱損最高的二級網(約占全網熱損的70~80%),也應該加速部署二級網全自動監控系統,實現二級網水力和熱力平衡,幫助企業節能降耗和提高勞動生產率。實施二級網監控系統的難點在于:

(1) 由于建設年代、敷設方式等因素造成管網設施情況和監控裝置安裝環境較為復雜,施工改造困難;(2) 末端熱用戶分散、數量龐大,自控系統采控、計算分析壓力大;

(3) 供暖建筑條件(使用功能、節能、非節能)多樣性,室內供暖系統形式的多樣性,同一管網末端供暖設備型式不同(如散熱器、地暖),不利于實現平衡調節和差異化供熱。

隨著云服務在B2B領域的成功應用,其優異的云計算能力,可為智慧供熱提供可靠的PaaSIaaS服務。基于云服務的二級網監控系統,具有如下優勢:

(1) 硬件投入少、運維成本低;

(2) 解除因末端熱用戶分散、數量龐大,對自控系統采控、計算分析的壓力;

(3) 更廣泛的兼容各種物聯網通信技術,實現復雜工況下的數據上傳;

(4) 可創建AI模型,實現二級網高精度平衡調節和差異化供熱;

(5) 支持SCADA系統集成,具備升級為企業級智慧供熱系統的能力。

基于云服務二級網監控系統的技術實踐.png

基于云服務的智慧供熱系統

二、甄選數據通信鏈路

二級網監控系統需要在供暖建筑熱力入口和末端用戶安裝智能調節閥、熱表和室溫儀等智能裝置,其數據上云的通信技術,應遵循技術先進、高性價比、網絡完善、數據安全的原則。

目前,4G NB-IoT是三大運營商全面支持的通信技術,網絡覆蓋好,安全有保障,可根據系統工藝情況組合使用。在進行樓宇或單元熱用戶之間的平衡調節、實現用戶室溫采集時,可采用NB-IoT通信方式,解決位置分散和入戶施工問題;在進行樓宇內末端熱用戶之間的平衡調節時,其位置集中且數量眾多,可通過RS485CAN總線將設備集中接入邊緣計算裝置,進行數據解析和治理,然后通過4G網絡與云端通信。

采用NB-IoT技術的理由

(1) 廣覆蓋,提供改進的室內覆蓋,在同樣的頻段下,NB-IoT現有的網絡提升100倍覆蓋區域的能力; 

(2) 具備支撐連接的能力,NB-IoT一個扇區能夠支持10萬個連接,支持低延時敏感度和優化的網絡架構;

(3) 更低功耗,NB-IoT終端模塊的待機時間可長達5年;

(4) 更低的通信成本,單個接連不超過20元/年

基于云服務二級網監控系統的技術實踐2管網.png

數據通信網絡結構圖

三、實現無人干預的平衡調節

二級網平衡調節主要解決樓宇或單元熱用戶之間的水平失調,以及樓宇內末端熱用戶之間的水平及垂直失調問題,通過控制策略指揮智能調節閥工作,以供熱系統覆蓋區域的所有熱用戶為調節對象,實現供熱系統的水力和熱力平衡。實踐中采用的方法如下:

(1) 系統采用基于回水溫度相對一致法進行平衡調節;

(2) 對處在樓宇特殊位置、停熱、未入住等典型用戶,進行正負溫度偏差設定,實現差異化供熱;

(3) 在調節過程中采用暖虎AI,實現:

自動找到系統最不利點,在確保其閥門全開的情況下,調至系統阻力最小的平衡狀態;

自動識別二級管網阻力特性和系統誤差,控制回水溫度相對偏差達到0.5~0.8℃;

二級網自主調節,不依賴于一級網、熱力站和氣候等參數條件。

基于回水溫度一致法單元調節前后對比

四、需要解決的安全問題

企業普遍擔心一旦系統上云,會出現各種安全問題,下面給出國家在網絡安全等級保護方面的相關標準:2019年5月13日,網絡安全等級保護制度2.0標準(簡稱等保2.0標準)正式發布,于2019年 12月1日開始實施。

GB/T22239-2019《信息安全技術網絡安全等級保護基本要求》

GB/T25070-2019《信息安全技術網絡安全等級保護安全設計技術要求》

GB/T28448-2019《信息安全技術網絡安全等級保護測評要求》

可見,遵循了等保2.0標準建設實施的基于云服務的二級網監控系統,是可以實現熱網安全運行的。應重點采用以下技術措施:

(1) 采用NGFW、WAF、KSV等聯合防護保,從訪問安全、傳輸安全、入侵檢測、防病毒等方面來解決網絡安全問題

(2) 通過對光纖交換機、域控服務器、存儲機等關鍵設備雙活配置,以及按業務及數據重要等級劃分的核心域和DMZ域等手段保障系統安全;

(3) 采用軟件接口加密、訪問身份識別和時間控制等策略,在線備份和離線備份容災體系確保數據安全;

(4) 對閥門開度、溫度、壓力、通訊異常等進行預警和處置,實現供熱安全。

在實踐中為用戶提供了兩種解決方案,一是推薦使用中能暖虎云及應用服務,二是用戶提供云空間,由我們部署軟件搭建系統。

五、二級網監控系統

二級網監控系統是面向集中供熱領域,服務于供熱企業和熱用戶,以平衡調節、室溫均等為原則,對供暖建筑入口、末端用戶的溫度和熱量進行全面監控的平臺。本平臺涵蓋了企業級二級網智慧供熱所需的必要監控功能,依托暖虎賬號管理系統,可為平臺管理人員、實施人員、運維人員、企業管理者等各類權限用戶配置業務,并能確保系統設備不會發生未經授權的操控。

核心業務:

(1) 二級網監控;

(2) 供熱質量評價。

產品特點:

(1) 云端部署,可接入千萬數量級的物聯網設備,兼容多廠商產品;

(2) 支持三大網絡運營商4GNB-IoT通信;

(3) 具有設備和用戶認證安全識別機制,防止未經授權的操控;

(4) 通過多類型用戶、多權限管理機制,配置多場景業務;

(5) 先進的調控策略,指揮智能調節閥實現供熱系統的水力和熱力平衡;

(6) 面向對象的智能分析模式,可對當前檢索的任意結果進行統計和分析;

(7) 二維GIS直觀展示供熱系統調控水平與區域供熱質量;

(8) APP支持WIFI、掃碼、藍牙操控物聯網設備,具有查詢、分析功能。

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