languageأخبار
الصفحة الرئيسية / أخبار / أخبار الصناعة / كيف تعمل عدادات طاقة إنترنت الأشياء اللاسلكية والبوابات الذكية على إعادة بناء الشبكة الحديثة
كيف تعمل عدادات طاقة إنترنت الأشياء اللاسلكية والبوابات الذكية على إعادة بناء الشبكة الحديثة
فجوة البيانات التي تبطئ تحديث الشبكة
لقد أمضى مديرو المرافق والمرافق العقد الماضي في إضافة أجهزة الاستشعار والأتمتة والتحليلات إلى شبكاتهم، ومع ذلك لا يزال الكثير منهم يعتمد على طبقة القياس التي تم تصميمها لعصر مختلف. تؤدي القراءات السريعة ودورات الفوترة الشهرية واللوحات المعزولة إلى إنشاء نقاط عمياء تجعل من المستحيل تقريبًا الاستجابة لتغييرات التحميل في الوقت الفعلي. عندما يكون المحول محملاً بشكل زائد أو تتعطل دائرة المستأجر في الساعة 2 صباحًا، فإن النظام المبني على جمع البيانات يدويًا لا يمكنه الاستجابة بالسرعة الكافية.
تحتاج الشبكات الحديثة إلى بنية تحتية للقياس تتصرف بشكل أقل كجهاز تسجيل سلبي وأكثر كشبكة استشعار حية. وهذا التحول هو بالضبط ما تم تصميم أجهزة القياس اللاسلكية المقترنة بالبوابات الذكية والبرامج المصممة لهذا الغرض لتقديمه. فبدلاً من أن يسير الفني على الطريق مرة واحدة في الشهر، يمكن لآلاف نقاط القياس الإبلاغ عن الجهد والتيار وعامل الطاقة واستهلاك الطاقة كل بضع ثوانٍ، مما يؤدي إلى تغذية منصة تحول الأرقام الأولية إلى قرارات تشغيلية.
تقسم هذه المقالة الطبقات الثلاث التي تجعل ذلك ممكنًا: جهاز القياس عند الحافة، والبوابة التي تقوم بتجميع البروتوكولات وترجمتها، والمنصة البرمجية التي تقوم بتخزين البيانات وتصورها والتصرف بناءً عليها. على طول الطريق، سننظر في أنماط النشر واختيارات البروتوكول واعتبارات التخطيط العملي للفرق التي تقوم ببناء شبكة قياس.
داخل عداد طاقة إنترنت الأشياء اللاسلكي
A عداد الطاقة اللاسلكي IOT هي في الأساس أداة قياس متصلة بجهاز راديو، لكن الهندسة وراء هذا الوصف البسيط مهمة. في جوهره، يقوم بتجميع أشكال موجة الجهد والتيار عند التردد العالي، ويحسب الطاقة النشطة والمتفاعلة والظاهرية، ويخزن بيانات الفاصل الزمني محليًا قبل إرسالها لاسلكيًا إلى نقطة تجميع قريبة. نظرًا لأن الجهاز لا يعتمد على كابل بيانات متصل، يمكن تركيبه في المواقع التي يكون فيها تشغيل القناة مكلفًا أو غير عملي من الناحية المادية: لوحات التوزيع على الأسطح، أو بيوت المضخات البعيدة، أو اللوحات الفرعية لهياكل مواقف السيارات، أو المشاريع التحديثية داخل المباني الجاهزة.
هناك ثلاث خصائص تفصل بين عداد الطاقة اللاسلكي المصمم خصيصًا لهذا الغرض وبين المستشعر العام المزود براديو مثبت عليه:
- دقة القياس التي تصمد تحت الأحمال التوافقية الثقيلة، وليس فقط ظروف الاختبار الجيبية النظيفة.
- التخزين المؤقت على متن الطائرة بحيث لا يترجم انقطاع الراديو المؤقت إلى فقدان دائم للبيانات.
- مكدس اتصالات يمكنه الانضمام إلى شبكة شبكية أو شبكة نجمية دون تكوين قناة يدوي في كل عقدة.
في تحديث تجاري متوسط الحجم، يؤدي استبدال روتين القراءة المتنقل بقياس الفاصل الزمني اللاسلكي إلى تقليل ساعات العمل التي يتم إنفاقها على جمع البيانات يدويًا بأكثر من 80 بالمائة، مع زيادة وتيرة القراءة من شهر إلى كل بضع دقائق.
يوضح الرسم البياني أدناه الفارق الزمني العملي بين ثلاث طرق شائعة لقراءة العدادات لدورة قراءة واحدة عبر منشأة متوسطة الحجم تحتوي على 40 نقطة قياس تقريبًا.
لماذا تقع البوابة الذكية بين العدادات والبرمجيات
يعد إرسال عداد واحد إلى تطبيق الهاتف أمرًا جديدًا. تتطلب مئات الأمتار المنتشرة عبر الحرم الجامعي أو البرج متعدد المستأجرين أو وحدة تغذية التوزيع نقطة تجميع يمكنها التحدث إلى كل جهاز باستخدام لغته الأصلية ثم إعادة تجميع تلك المعلومات في شيء يمكن أن تستهلكه منصة مركزية. تلك هي وظيفة أ البوابة الذكية .
تؤدي البوابة أربع وظائف متميزة داخل شبكة القياس، ومن المفيد فصلها لأن كل واحدة منها تؤثر على جزء مختلف من خطة النشر:
| وظيفة | ماذا يفعل | لماذا يهم؟ |
|---|---|---|
| تجسير البروتوكول | يحول بروتوكولات المجال التسلسلي إلى بروتوكولات قائمة على الشبكة | يتيح للأجهزة الميدانية القديمة الوصول إلى البرامج السحابية أو المحلية دون الحاجة إلى إعادة توصيل الأسلاك |
| التجميع المحلي | استطلاعات الرأي عشرات أو مئات الأمتار في جدول زمني | يقلل من عدد الأجهزة التي تحتاج إلى الوصول المباشر إلى الإنترنت |
| التخزين المؤقت والتخزين والأمام | يحمل بيانات الفاصل الزمني أثناء انقطاع الشبكة | يمنع فجوات الفوترة أو التحليلات الناجمة عن انقطاع الاتصال القصير |
| تصفية الحافة | شاشات خارج القراءات المكررة أو خارج النطاق | يقلل الضوضاء التي تصل إلى طبقة البرنامج ويقلل حجم نقل البيانات |
يوضح الرسم البياني أدناه مسار البيانات النموذجي من جهاز القياس الموجود على الحافة إلى لوحة المعلومات التي يستخدمها فريق العمليات. تضيف كل مرحلة جزءًا محددًا من القيمة: القياس الأولي، وترجمة البروتوكول، والتخزين، وأخيرًا التفسير.
البوابة الذكية AWT100: توصيل RS485 بالإيثرنت لبيانات الطاقة
لا تزال معظم عدادات الطاقة في هذا المجال تتحدث عن Modbus RTU عبر ناقل تسلسلي RS485، وهو بروتوكول متين للغاية لتوصيل الأسلاك لمسافات قصيرة داخل لوحة التبديل ولكن لم يكن المقصود منه مطلقًا السفر عبر مبنى أو الوصول إلى نقطة نهاية سحابية. هذا هو المكان الذي awt100 البوابة الذكية تكتسب مكانتها في الهندسة المعمارية: فهي تنهي سلسلة RS485 محليًا، وتستقصي كل متر على الناقل، وتعيد نشر تلك البيانات عبر Ethernet أو الوصلة الصاعدة اللاسلكية باستخدام بروتوكول تفهمه طبقة البرنامج بالفعل، مثل Modbus TCP أو MQTT.
نظرًا لأن RS485 إلى Ethernet لمراقبة الطاقة يعد أحد احتياجات التحويل الأكثر شيوعًا في المشروعات التحديثية، فإن اختيار البوابة يستحق الاهتمام. تشمل العوامل الرئيسية التي يجب تقييمها ما يلي:
عدد القنوات RS485 نطاق معدل الباود الفاصل الزمني للاستقصاء حجم المخزن المؤقت للتخزين وإعادة التوجيه دعم البروتوكول المتزامن- كم عدد ناقلات RS485 المستقلة التي يمكن للبوابة إدارتها في وقت واحد، نظرًا لأن الناقل الواحد له حدود عملية على عدد الأجهزة وطول الكابل.
- ما إذا كانت الوحدة تدعم بروتوكولات الإخراج المتزامنة، بحيث يمكن لنفس البيانات تغذية كل من نظام إدارة المبنى المحلي ومنصة التحليلات عن بعد.
- عمق المخزن المؤقت لفترات عدم الاتصال بالإنترنت، خاصة للمواقع التي تحتوي على وصلات إنترنت غير موثوقة.
يقارن المخطط العمودي أدناه العدد النموذجي للأجهزة الطرفية المتصلة المدعومة لكل نوع اتصال على بوابة متوسطة المدى، مما يوضح سبب أهمية الاتصال المختلط في عمليات التثبيت القديمة المختلطة.
ما الذي تحتاج طبقة برامج قياس الطاقة إلى فعله فعليًا؟
تقوم الأجهزة بجمع الأرقام؛ برنامج قياس الطاقة هو ما يحول هذه الأرقام إلى قرارات. تحتاج المنصة القادرة إلى التعامل مع ثلاثة أعباء عمل منفصلة في وقت واحد: استيعاب بيانات الفاصل الزمني عالي التردد دون إسقاط السجلات، وتخزين سنوات من التاريخ بطريقة تظل قابلة للاستعلام عنها، وتقديم هذا التاريخ في طرق عرض يمكن لمستخدمين مختلفين التصرف بناءً عليها. يريد مهندس المنشأة عرضًا للأحمال في الوقت الفعلي، ويريد الفريق المالي تصدير الفواتير على مستوى المستأجر، ويريد فريق الاستدامة اتجاهات الكربون والاستهلاك المجمعة.
عادةً ما ينظم نظام قياس الطاقة المصمم جيدًا الوظائف في هذه الطبقات:
| طبقة | المهمة الأساسية |
|---|---|
| الابتلاع | قبول البيانات من البوابات، والتحقق من صحة الطوابع الزمنية، والتعامل مع منع التكرارات |
| التخزين | قاعدة بيانات السلاسل الزمنية منظمة للاستعلامات الفاصلة والمجمعة |
| القواعد والإنذارات | الإخطارات المتعلقة بالعتبة والطلب والشذوذ |
| إعداد التقارير | صادرات الفواتير، وتخصيص القياس الفرعي، والتقارير التنظيمية |
| التصور | لوحة القيادةs, trend charts, comparative views across sites |
يوضح الرسم البياني الخطي أدناه اتجاه استهلاك مبسط لمدة 12 شهرًا كما قد يظهر داخل لوحة معلومات القياس، وهو مفيد لاكتشاف تحولات الأحمال الموسمية أو تأثير مبادرة الكفاءة التي تم تقديمها في منتصف العام.
الأسلاك من نقطة إلى نقطة مقابل شبكات البوابة المجمعة
هناك نمطان معماريان يسيطران على عمليات النشر في العالم الحقيقي. في نموذج نقطة إلى نقطة، يتصل كل متر بشكل فردي مرة أخرى بوحدة تحكم أو جهاز رأسي، عادةً عبر كابل مخصص. في النموذج المجمع للبوابة، تتصل مجموعات من العدادات محليًا، إما من خلال ناقل RS485 مشترك أو شبكة لاسلكية، وتقوم البوابة بدمج حركة المرور هذه قبل أن تصل إلى طبقة البرنامج.
70% كابلات أقل في التعديلات التحديثية المجمعة للبوابة
3x تشغيل أسرع لكل طابق من المبنى
1 الوصلة الصاعدة مطلوبة لكل منطقة بدلاً من كل متر
يقارن الرسم البياني أدناه النموذجين عبر خمسة أبعاد عملية مهمة أثناء تخطيط المشروع: سرعة التثبيت، وكفاءة التكلفة، وقابلية التوسع، وسهولة الصيانة، وزمن وصول البيانات.
المقارنة تجعل المقايضة واضحة. لا يزال من الممكن أن تكون الأسلاك من نقطة إلى نقطة منطقية بالنسبة لعدد قليل من الأحمال الحرجة حيث يستحق تشغيل الكابل المخصص وغير الخاضع للرقابة العمل الإضافي. بالنسبة لأي شيء يتجاوز عددًا صغيرًا من النقاط، فإن الشبكات المجمعة بالبوابة تتوسع بكفاءة أكبر بكثير، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن التكلفة الهامشية لإضافة متر واحد إضافي هي مهمة أسلاك محلية قصيرة أو إقران لاسلكي بدلاً من تشغيل كابل جديد لمسافات طويلة.
أنماط النشر لإدارة الطاقة في المباني الذكية
تميل مشاريع إدارة الطاقة في المباني الذكية إلى الوقوع في أنماط يمكن التعرف عليها اعتمادًا على نوع المنشأة. في أبراج المكاتب متعددة المستأجرين، غالبًا ما يتم نشر العدادات الفرعية طابقًا تلو الآخر، مع بوابة واحدة لكل خزانة كهربائية لتجميع جميع لوحات المستأجرين على هذا المستوى. في المجمعات الصناعية، يتم تنظيم القياس في كثير من الأحيان عن طريق خط المعالجة أو عن طريق المبنى، مع وضع بوابات بالقرب من لوحات التوزيع الرئيسية للحفاظ على تشغيل RS485 قصيرًا. في المحافظ الموزعة مثل سلاسل البيع بالتجزئة، تتجنب أجهزة القياس اللاسلكية المقترنة ببوابات الوصلة الصاعدة الخلوية الحاجة إلى البنية التحتية للشبكة الخاصة بالموقع تمامًا.
عبر هذه الأنماط، هناك عدد قليل من مبادئ التخطيط تقلل باستمرار من مخاطر المشروع:
- قم بتعيين مقاطع ناقل RS485 قبل التثبيت للحفاظ على أطوال الكابلات ضمن الحدود الموصى بها وتجنب تدهور الإشارة.
- قم بتجميع البوابات حسب المنطقة الفعلية بدلاً من المستأجر المنطقي، نظرًا لأن المسافات الكهربائية مهمة أكثر من حدود الفوترة لكفاءة الأسلاك.
- خطط لتوفير سعة تخزين مؤقتة على البوابات التي تخدم المواقع ذات الاتصال المتقطع بالإنترنت، بحيث لا يؤدي انقطاع الخدمة لفترة قصيرة إلى حدوث فجوات في بيانات الفوترة.
- قم بالتوحيد القياسي لطريقة المزامنة لمرة واحدة عبر الشبكة للحفاظ على محاذاة بيانات الفاصل الزمني لحسابات الطلب والفوترة.
تصبح مراقبة الطاقة القائمة على إنترنت الأشياء أكثر قيمة بشكل ملحوظ بمجرد مقارنة البيانات الواردة من مباني أو مناطق متعددة جنبًا إلى جنب. يمكن لفريق المرافق الذي يدير العديد من المواقع تصنيف المباني حسب عامل الحمولة، وتحديد أنماط الاستهلاك الخارجية، وتحديد أولويات الإنفاق التحديثي بناءً على النفايات الفعلية المقاسة بدلاً من الافتراضات من فواتير الخدمات العامة وحدها.
قائمة مراجعة التخطيط قبل طرح مشروع قياس إنترنت الأشياء
قبل طلب الأجهزة، من المفيد الاطلاع على قائمة مرجعية قصيرة للتخطيط تكتشف الأخطاء المبكرة الأكثر شيوعًا:
- تأكد من التغطية اللاسلكية في كل موقع عداد مقترح، وخاصة داخل حاويات المفاتيح الكهربائية المعدنية حيث يكون توهين الإشارة في أعلى مستوياته.
- اتخذ قرارًا بشأن موضع البوابة مبكرًا، نظرًا لأن عدد البوابة يعتمد على حدود ناقل RS485 والنطاق اللاسلكي، وليس فقط عن طريق عدد الأمتار.
- التحقق من أن برنامج قياس الطاقة الذي تم اختياره يدعم نموذج البيانات المحدد المطلوب، سواء كان ذلك يتعلق بفواتير المستأجر أو الاستجابة للطلب أو الإبلاغ عن الكربون.
- قم بإنشاء اصطلاح تسمية للعدادات والبوابات قبل بدء التشغيل، نظرًا لأن إعادة تسمية الأجهزة بعد بدء جمع البيانات يؤدي إلى تعقيد إعداد التقارير التاريخية.
- اختبر سلوك تجاوز الفشل للتخزين المؤقت للبوابة في ظل انقطاع الشبكة الذي تمت محاكاته، بدلاً من افتراض أنه سيعمل كما هو موثق.
إن الفرق التي تتعامل مع القياس كبنية تحتية، وليس كفكرة لاحقة يتم تثبيتها على اللوحات الموجودة، تحصل باستمرار على قيمة أكبر من البيانات الناتجة. تكون الأجهزة والبرامج الموضحة أعلاه مفيدة فقط إذا تم تخطيط طوبولوجيا الشبكة الأساسية ونموذج البيانات مع وضع حالة الاستخدام النهائي في الاعتبار منذ البداية.
الأسئلة المتداولة
س 1: ما الفرق بين عداد طاقة إنترنت الأشياء اللاسلكي والمقياس الرقمي القياسي؟
يقوم المقياس الرقمي القياسي بقياس بيانات الطاقة وعرضها محليًا، وغالبًا ما يتطلب من فني قراءتها يدويًا أو توصيل جهاز كمبيوتر محمول. يضيف عداد طاقة إنترنت الأشياء اللاسلكي اتصالاً لاسلكيًا على متن الطائرة، والتخزين المؤقت المحلي، والقدرة على الإبلاغ عن بيانات الفاصل الزمني تلقائيًا إلى بوابة أو منصة برمجية دون اتصال سلكي.
س2: لماذا لا يزال يتم استخدام RS485 إذا كانت شبكة Ethernet أكثر شيوعًا في الشبكات؟
RS485 غير مكلف، وقوي على المسافات الطويلة داخل المنشأة، ويتحمل الضوضاء الكهربائية بالقرب من المفاتيح الكهربائية، مما يجعله مناسبًا تمامًا للاتصالات قصيرة المدى مع أجهزة القياس. تتيح البوابة التي تربط RS485 بشبكة Ethernet إمكانية الوصول الموثوق به على مستوى المجال إلى البرامج الحديثة المستندة إلى الشبكة دون استبدال أجهزة القياس نفسها.
س3: كم عدد الأمتار التي يمكن لبوابة ذكية واحدة أن تدعمها عادةً؟
يعتمد هذا على عدد قنوات RS485 والسعة اللاسلكية وفاصل الاستقصاء الذي تم تكوينه على البوابة، ولكن العديد من بوابات النطاق المتوسط تدعم بشكل مريح عشرات الأجهزة التسلسلية لكل قناة وعشرات العقد الفرعية اللاسلكية، خاصة عندما يتم تعيين فترات الاستقصاء لتتوافق مع تكرار التقارير المطلوبة فعليًا.
س4: هل تؤدي إضافة القياس اللاسلكي إلى زيادة مخاطر الأمن السيبراني؟
تضيف الارتباطات اللاسلكية سطح اتصال إضافي، لذا فإن التشفير والاقتران المعتمد وتجزئة الشبكة بين شبكة القياس والبنية التحتية العامة لتكنولوجيا المعلومات هي وسائل تخفيف قياسية. تعمل البوابة التي تم تكوينها بشكل صحيح على عزل حركة المرور على مستوى الحقل وتكشف فقط عن قناة خاضعة للتحكم ومصادق عليها لمنصة البرنامج.
س5: هل يمكن دمج العدادات السلكية الحالية مع العدادات اللاسلكية الجديدة؟
نعم. معظم أنظمة قياس الطاقة لا تعتمد على البروتوكول في طبقة البرمجيات، ويمكن للبوابات التي تدعم القنوات اللاسلكية والقنوات RS485 المتزامنة تجميع كلا النوعين من أجهزة القياس في نفس مجموعة البيانات، وهو أمر شائع أثناء مشاريع التحديث المرحلي.
س6: كيف يتأثر زمن وصول البيانات باختيار بنية الشبكة؟
يمكن أن توفر الاتصالات السلكية من نقطة إلى نقطة زمن وصول أقل بشكل هامشي لكل جهاز، ولكن الشبكات المجمعة بالبوابة توفر عمومًا زمن وصول مقبول لمعظم حالات الاستخدام التشغيلي مع إضافة مكاسب كبيرة في سرعة التثبيت وقابلية التوسع، كما هو موضح في المقارنة سابقًا في هذه المقالة.
أخبار المنتج
-
"سماعة الطبيب" لأنظمة الطاقة: لماذا تحتاج إلى محلل جودة الطاقة
الجزء الأول: مقدمة 1.1 ما هي جودة الطاقة ولماذا هي مهمة؟ في المجتمع الحديث هناك استقرار ...عرض المزيد -
تطورات وتطبيقات عدادات طاقة التيار المتردد في إدارة الطاقة الحديثة
مقدمة إلى عدادات الطاقة AC في قطاع الطاقة الذي يتطور بسرعة اليوم، يجب إجراء قياسات دقيقة و...عرض المزيد -
ما هي الاختلافات الرئيسية بين مرحل الحمل الزائد الحراري الأساسي ومرحل حماية المحرك الذكي؟
I. المقدمة: الحاجة الماسة لحماية المحركات المحركات الكهربائية هي العمود الفقري بلا منازع ...عرض المزيد -
الدقة وتعدد الاستخدامات: إطلاق العنان للكفاءة باستخدام أجهزة القياس متعددة الوظائف المثبتة على اللوحة
مقدمة في بيئات الطاقة الصناعية والتجارية الحديثة، يتم القياس الدقيق والإدارة...عرض المزيد
بريد إلكتروني: [email protected]
هاتف: +86-18702106858 / +86-21-69156352
عنوان
رقم 253 طريق يولف، منطقة جيادينغ، شنغهاي، جمهورية الصين الشعبية 201801
