一、項(xiàng)目介紹

隨著國家對節(jié)能環(huán)保措施的力度不斷加大，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建的國家能源平臺在國家相關(guān)部門的建設(shè)下逐漸成熟。致力于利用實(shí)際能耗數(shù)據(jù)建立能效仿真模型，通過實(shí)時(shí)尋優(yōu)運(yùn)算，獲得當(dāng)前的最優(yōu)化運(yùn)行策略，并將控制指令下發(fā)控制系統(tǒng)，快速幫助能源全面實(shí)現(xiàn)自身能源管理的信息化、流程化、可視化和可操作性。

二、項(xiàng)目所面臨的問題

1. 常規(guī)網(wǎng)關(guān)設(shè)備支持的協(xié)議單一，無法對接多種電力設(shè)備，急需一種邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，能夠支持多種PLC或儀表，同時(shí)可對接多臺設(shè)備，對其發(fā)電站、輸電線路和用戶的電力使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測
2. 常規(guī)網(wǎng)關(guān)僅支持上報(bào)單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)主題，無法滿足通過主題上報(bào)的需求
3. 常規(guī)網(wǎng)關(guān)僅支持上報(bào)固定格式的數(shù)據(jù)，無法滿足上報(bào)特定的數(shù)據(jù)格式的需求，目前市面上同類產(chǎn)品中很難達(dá)到該要求。
4. 項(xiàng)目要求數(shù)據(jù)必須保證穩(wěn)定，在斷網(wǎng)情況下數(shù)據(jù)不能丟失
5. 需要網(wǎng)關(guān)將一部分采集到的做數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，比如數(shù)值轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)對比過濾，傳統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)功能滿足需求，只能依賴平臺。

以上問題，目前市面上所流行的網(wǎng)關(guān)均無法滿足項(xiàng)目的需求

三、方案總體設(shè)計(jì)

為了解決上述問題，我們提出使用 藍(lán)蜂MQTT 網(wǎng)關(guān)作為能源監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，作為邊緣側(cè)設(shè)備，并在電力節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵設(shè)施中部署，以便將各種設(shè)備和傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)通過網(wǎng)關(guān)使用MQTT協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)。

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)支持多種PLC和儀表，可對接不同類型的端設(shè)備，采集器等，同時(shí)也可通過MQTT 協(xié)議將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至國家能源平臺。

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，支持通過腳本編程的方式，將采集到的電力、能源數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，能夠匹配國家能源平臺的數(shù)據(jù)格式要求，滿足多種不同主題下不同數(shù)據(jù)上報(bào)的需求場景

四、詳細(xì)方案說明

4.1 硬件部署

1. 在設(shè)備現(xiàn)場端通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)與PLC等電力系統(tǒng)控制器連接，包括I型集中器，智能空氣源熱泵，水源熱泵機(jī)組、熱水機(jī)組等設(shè)備
2. 控制柜中安裝藍(lán)蜂 網(wǎng)關(guān)，使用專屬4G卡進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)。
3. 網(wǎng)關(guān)上電并調(diào)試好后，網(wǎng)關(guān)通過MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上報(bào)給國家能源平臺

4.2對接項(xiàng)目設(shè)備

項(xiàng)目需求：

邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)可連接多臺項(xiàng)目中設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，能夠支持多種不同協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行連接，比如：I型集中器，智能空氣源熱泵，水源熱泵機(jī)組、熱水機(jī)組等設(shè)備，最終將設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議統(tǒng)一上報(bào)給國家能源平臺

解決方案：

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，支持在邊緣側(cè)對主流的PLC協(xié)議或Modbus協(xié)議解析，支持對接多種傳感器，通過網(wǎng)口或RS485端口進(jìn)行對接，能夠自主進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)換算，極大減少無效數(shù)據(jù)上傳，降低云端對數(shù)據(jù)解析的處理壓力，

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)可通過網(wǎng)口和串口同時(shí)連接多臺設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最大支持32臺設(shè)備1000條數(shù)據(jù)采集

4.2對接國家能源平臺

4.2.1 接入MQTT服務(wù)器

項(xiàng)目需求：

需要網(wǎng)關(guān)能夠連接至國家能源平臺MQTT服務(wù)器中

解決方案：

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)中，支持對接多種不同的MQTT服務(wù)器，包括阿里云，華為云，OneNet,以及自建的MQTT服務(wù)器，通過設(shè)置MQTT鏈接參數(shù)，能夠很方便的支持連接至國家能源平臺。且支持SSL/TLS加密，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸單向和雙向加密認(rèn)證，最大限度保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/p>

通過鏈接MQTT服務(wù)器功能，可填寫對接能源平臺的相關(guān)參數(shù)，配置成功后，即可連接至國家能源MQTT服務(wù)器。

4.2.2 設(shè)置上報(bào)數(shù)據(jù)主題

項(xiàng)目需求：

根據(jù)國家能源平臺的要求，需要配置15的數(shù)據(jù)上報(bào)topic，便于對于電力能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控

平臺作為消息接收方時(shí)，已默認(rèn)訂閱了相關(guān) Topic，網(wǎng)關(guān)設(shè)備只要向?qū)?yīng) Topic 發(fā)送消息，物聯(lián)網(wǎng)平臺就可以接收。

__ 解決方案：__

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)支持設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)上報(bào)主題，同時(shí)，對于數(shù)據(jù)上報(bào)方式可使用三種：定時(shí)上報(bào)，條件上報(bào)，變化上報(bào)，能夠按照客戶的實(shí)際需求進(jìn)行選擇，支持定時(shí)場景上報(bào)數(shù)據(jù)，滿足特定條件上報(bào)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)變化上報(bào)數(shù)三種場景

4.2.3 定制數(shù)據(jù)上報(bào)

項(xiàng)目需求：

根據(jù)國家能源平臺的要求，需要按照不同的主題，上報(bào)不同的數(shù)據(jù)，對于數(shù)據(jù)格式也有一定的需求

__舉例：__主題 Topic： /v1/devices/{gatewayId}/datas

Services 結(jié)構(gòu)體說明

字段名

必選/

類型

參數(shù)描述

serviceId

必選

String(256)

服務(wù) ID

data

必選

ObjectNode

服務(wù)數(shù)據(jù)

eventTime

必選

String(256)

時(shí)間格式： yyyyMMdd’ T’
HHmmss’ Z’ 如：
20151212T121212Z

__ 解決方案：__

通過藍(lán)蜂MQTT配置工具，在配置上報(bào)主題的功能中，可選擇使用腳本功能，實(shí)現(xiàn)對上報(bào)數(shù)據(jù)的格式化處理。

腳本變成能夠根據(jù)約定好的上報(bào)數(shù)據(jù)，定義好服務(wù)ID，服務(wù)數(shù)據(jù)，時(shí)間格式，最終按照國家能源平臺的需求，按照約定好的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)



__可支持的數(shù)據(jù)上報(bào)格式舉例__

__ { "devices" :[
{
"services" :[
{
"serviceId" : "YC" ,
"eventTime" : "20191221T154516Z" ,
"data" :{
"PhV_phsA" : "236.019" ,
"PhV_phsB" : "0.000" ,
"PhV_phsC" : "235.641" ,
"PhV_neut" : "234.882" ,
"A_phsA" : "0.581" ,
"A_phsB" : "0.267" ,
"A_phsC" : "0.704" ,
"A_neut" : "0.003" ,
"PhW_phsA" : "0.135" ,
"PhW_phsB" : "0.000" ,
"PhW_phsC" : "0.165" ,
"TotW" : "0.300" ,
"PhVAr_phsA" : "-0.007" ,
"PhVAr_phsB" : "0.000" ,
"PhVAr_phsC" : "0.007" ,
"TotPF" : "1.000" ,
"Hz" : "49.970" ,
"Ind1" : "0" ,
"Ind2" : "0" ,
"Ind3" : "0" ,
"Ind4" : "0"__
}
}
],
"deviceId" :"D5414809fPJ3b"
}
]
}

4.3 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定機(jī)制

4.3.1 支持?jǐn)嗑W(wǎng)續(xù)傳功能

當(dāng)藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常時(shí)，網(wǎng)關(guān)會將報(bào)文緩存到存儲中，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后補(bǔ)發(fā)緩存的報(bào)文，并支持?jǐn)?shù)據(jù)采集時(shí)間的上報(bào)，從而保證數(shù)據(jù)的連續(xù)和完整性

4.3.2 支持異常狀態(tài)上報(bào)

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)對于異常數(shù)據(jù)或網(wǎng)關(guān)異常狀態(tài)均支持上報(bào)機(jī)制，開啟狀態(tài)上報(bào)后，網(wǎng)關(guān)會將運(yùn)行中的錯(cuò)誤信息或狀態(tài)變化信息（部分型號支持）上報(bào)給服務(wù)器。

能源平臺可通過定于對應(yīng)主題，及時(shí)了解網(wǎng)關(guān)異常情況，達(dá)到實(shí)時(shí)預(yù)警報(bào)警的效果

4.3.3 數(shù)據(jù)傳輸安全

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)支持SSL/TLS加密，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸單向和雙向加密認(rèn)證，最大限度保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可以保證數(shù)據(jù)不被竊聽，不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)安全問題。

4.4 網(wǎng)關(guān)腳本

4.4.1 網(wǎng)關(guān)腳本功能說明

項(xiàng)目需求：

國家能源平臺中，部分變量需要做數(shù)據(jù)過濾處理，舉例：針對于電力節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)電壓值，需要定時(shí)讀取兩個(gè)變壓器壓力的值，比較大小，將實(shí)時(shí)值比較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行上報(bào)

在常規(guī)網(wǎng)關(guān)中，需要人工進(jìn)行監(jiān)視和處理，但是無法做到24小時(shí)監(jiān)控，且浪費(fèi)大量的人力和無力，導(dǎo)致運(yùn)營成本極大提高。

解決方案：

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)的支持強(qiáng)大的腳本功能，當(dāng)某些任務(wù)或功能在常規(guī)情況下難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，可編寫腳本進(jìn)行解決

通過腳本編寫控制程序和處理邏輯，能夠極大增強(qiáng)整個(gè)網(wǎng)關(guān)對于業(yè)務(wù)的支撐，讓網(wǎng)關(guān)功能更強(qiáng)大

4.4.1 腳本功能實(shí)際應(yīng)用

業(yè)務(wù)描述：

國家能源平臺中，部分變量需要做數(shù)據(jù)過濾處理，舉例：針對于電力節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)電壓值，需要定時(shí)讀取兩個(gè)變壓器壓力的值，比較大小，將實(shí)時(shí)值比較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行上報(bào)

腳本執(zhí)行方案：

創(chuàng)建一個(gè)腳本，設(shè)置運(yùn)行環(huán)境為：周期執(zhí)行，每隔10分鐘執(zhí)行一次

按照如下邏輯腳本程序：當(dāng)連個(gè)變壓器變量的值讀取后，通過Math函數(shù)進(jìn)行數(shù)值對比，將數(shù)值較大的值進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)

腳本示例代碼如下：

function main(){

//讀變量press1的值

var press1Value = JSON.parse(API.readSignalValue("press1")).value;

//讀變量press2的值

var press2Value = JSON.parse(API.readSignalValue("press2")).value;

//獲取最大值

var maxValue = Math.max(press1Value, press2Value);

//通過設(shè)定主題進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)

API.publishTopic("topic11",0, maxValue);

}

腳本執(zhí)行結(jié)果：

創(chuàng)建以上腳本后，當(dāng)網(wǎng)關(guān)采集數(shù)據(jù)并機(jī)型二次預(yù)算后，可通過設(shè)定的主題將數(shù)值進(jìn)行上報(bào)，滿足無人值守設(shè)備管理的需求。

五、方案總結(jié)

5.1 解決的項(xiàng)目問題

1. 使用藍(lán)蜂MQTT 網(wǎng)關(guān)能夠滿足對接電力系統(tǒng)的的監(jiān)測設(shè)備，有效的及解決了由于設(shè)備連接方式不統(tǒng)一，造成無法統(tǒng)一數(shù)據(jù)上報(bào)的問題

2．解決了傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)無法支持上報(bào)多個(gè)數(shù)據(jù)主題，上報(bào)特定格式數(shù)據(jù)的要求

3．解決了數(shù)據(jù)上報(bào)的穩(wěn)定性和安全性的問題，相對比傳統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)，項(xiàng)目數(shù)據(jù)的整體安全性和穩(wěn)定性上升了一個(gè)臺階

4. 通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)比較優(yōu)秀的邊緣能力，解決在上報(bào)數(shù)據(jù)前對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，比數(shù)據(jù)對比過濾的需求
5. 通過與藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)的對接，國家能源項(xiàng)目中對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上報(bào)，設(shè)備管理等業(yè)務(wù)均提升了效率，降低了管理和運(yùn)營成本，做到了能源管理的信息化、流程化、可視化和便捷性。

5.2 本方案的優(yōu)勢和特點(diǎn)

1.統(tǒng)一的協(xié)議：使用MQTT網(wǎng)關(guān)可以將各個(gè)設(shè)備之間的通信統(tǒng)一到MQTT協(xié)議上，方便管理和維護(hù)。

2.高效的數(shù)據(jù)傳輸：MQTT協(xié)議具有較低的帶寬占用和低功耗特點(diǎn)，使得數(shù)據(jù)傳輸更加高效。

3.安全可靠：MQTT協(xié)議具有較高的安全性，可以通過加密等方式保證數(shù)

4.實(shí)時(shí)監(jiān)控：通過斷網(wǎng)續(xù)傳、狀態(tài)上報(bào)機(jī)制，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取應(yīng)對措施。

5.性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大：客戶端軟件操作簡單容易上手，方便基層人員操作，在常規(guī)功能（比如上報(bào)復(fù)雜的數(shù)據(jù)）無法支持的情況下，可通過編寫腳本程序進(jìn)行解決。

審核編輯：湯梓紅