一种集群式地源热泵机房运行远程通讯监测系统

梁迎凯,王建辉,刘自强,刘 伟,彭国辉,王伟玉

(河北省科学院能源研究所,河北 石家庄 050081)

0 引言

随着人们环保和节能减排意识的不断增强,传统的采暖和制冷方式逐渐的被绿色、节能、环保、运行费用较低、冷热双供的地源热泵系统所代替[1,2]。通过远程监测系统完成对地源热泵机房设备运行状态、能耗以及地温场的监测,使系统做到安全、可靠、节能的运行[3]。该类远程监测系统目前采用较多的的通讯方法是使用GPRS无线数据传输模块(GPRS DTU)[4],利用移动运营商GPRS网络和SIM卡为用户提供无线数据传输功能[5]。该通讯方式传输距离较远,数据传输的过程中会产生流量费用或短信费用,还需在服务器端安装费用昂贵的固定IP宽带线路,并且是每个机房都至少需要安装一个GPRS无线数据传输模块(GPRS DTU)和SIM卡,对集群式机房监测成本相对较高。

本文针对于一个项目中需要对多个距离较近(0～4 km)的集群式地源热泵机房进行监测,而数据中心距离较远(最远10～15 km,视天线架设高度,有无障碍物等情况影响传输距离)的情况,研究开发了一种基于433 MHz数据无线通讯技术[6]的集群式地源热泵机房运行远程通讯监测系统,实现了免费、稳定的数据通讯和对多个地源热泵机房运行监测。

1 系统设计

监测系统的构架是在需要监测的每一个地源热泵机房都安装数据采集模块(包括电流电压和温度、流量采集模块)和近程通讯模块,两种模块之间通过RS485数据总线[7]连接,在位置靠近中央的机房再安装远程通讯模块,在数据存储机房安装数据存储服务器、用户交互软件和远程通讯模块。

监控系统运行时,各个分散机房的数据采集模块采集的数据经RS485通讯总线[8]——本机房433 MHz近程通讯模块——中央机房433 MHz近程通讯模块——中央机房的RS485通讯总线,中央机房的数据采集模块采集的数据和接收到的其他分散机房的数据经中央机房433 MHz远程通讯模块——数据存储中心的433 MHz远程通讯模块——数据存储中心的RS485数据总线——数据存储服务器保存。数据存储中心管理数据的存储和提供实时数据及历史数据的查询功能。整个系统架构如图1所示。

图1 系统架构

2 数据采集及传输方式

数据采集模块由进、出水温度传感器(PT1000铂电阻温度传感器)、水流量传感器(涡轮式流量传感器)、电流电压变送器(DTS26电流电压变送模块)、模数转换器(MS1002芯片和外围电路组成)和主控板(NAN0110RC2BN芯片和外围电路组成)构成,通讯模块由编码及射频芯片AX5043、功率放大单元及外围电路组成,具体模块结构如图2所示。

图2 机房内模块结构

数据采集模块的主控板(NAN0110RC2BN)通过数据通讯模块接收到用户交互软件发出的要数命令后,将模数转换器(MS1002)通过内部数据总线接收到的进出水温度、流量、电压电流信号编码后转换成符合RS485通讯规约的数字信号,通过RS485通讯总线传送给数据通讯模块。

数据通讯模块的编码及射频芯片AX5043通过433 MHz外置天线接收到用户交互软件发出的要数命令后,将要数命令转换成符合RS485通讯规约的数字信号,通过RS485通讯总线传输给数据采集模块,然后再将数据采集模块通过RS485通讯总线传输过来的数据调制成433 MHz的射频信号,通过功率放大后发射出去。

3 数据存储及交互软件

数据存储中心为用户交互软件每分钟一次通过远程通讯模块向各个地源热泵机房发送要数命令,由远程通讯模块接收到各个地源热泵机房返回的数据并通过CRC16校验[9]无误后储存于数据存储服务器的SQL SERVER数据库[10]中,并同时在用户交互软件及移动通讯终端界面中实时显示出来,以供管理人员随时随地查看实时运行数据和调阅历史运行数据。若用户交互软件通过远程通讯模块接收到各个地源热泵机房返回的数据校验有误,则重复发送有问题数据采集模块的要数命令,若连续五次校验通不过,则在用户交互软件界面上显示告警信息。交互软件采用组态软件编写,具有Web监控和移动手机客户端访问功能,用户可以随时随地查看实时运行数据和历史数据,具体流程如图3所示。

图3 系统流程图

4 结束语

本系统已在石家庄市某地相距较近(相距约1～2 km)的4个地源热泵机房安装应用,运行稳定高效,数据存储中心设置在距4个地源热泵机房直线距离13 km左右的实验室,成功的接收并存储了4个地源热泵机房的运行数据。该系统运行稳定性和经济性好,运行成本低,适合用于同时监测若干个相距较近的集群式机房(距离不超过4 km)、数据存储中心在远程通讯模块有效通讯范围(10～15 km)之内的地源热泵机房。