能源监管中心设计

第四章 能源监管中心设计4.1 建设目标 能耗监管中心的建设目标主要有以下的几个方面：l 采集并存储全校范围内建筑能耗数据，并对能耗数据进行处理、分析、展示和发布；l 将各类建筑的分类分项能耗汇总数据上传至省能耗监测中心。4.2能耗监管中心架构（1）软件架构软件总体体系架构使用（数据层-逻辑层-应用层）三层架构，同时在应用层采用B/s结构和c/s结构结合方式。数据层系统的业务数据核心，包括数据库和数据引擎。针对各个业务系统提供数据支撑，同时为对外提供的数据服务提供数据支撑。逻辑支撑层系统底层逻辑模块层。通过逻辑支撑模块，将应用层和数据层连接起来，即为应用层提供数据服务，又为应用层提供数据处理的接口。应用层应用层的设计以业务管理和图形生成分开，将数据查询，图表等应用于b/s架构，数据分析应用c/s架构，充分发挥了b/s与c/s结构各自的优势。软件总体业务逻辑如下图：（2）硬件架构监管中心拓扑结构如下：建筑能耗数据采集能耗数据采集远程传输系统包括硬件防火墙、路由器、交换机、通信前置机、INTERNET/无线网络及数据采集器等组成。建筑能耗数据采集远程传输系统从该系统区域内的数据采集器中取得数据，同时可以接收来自区域内数据中转站转发的能耗数据。建筑能耗数据采集传输系统使用国家标准数据协议，接收通过INTERNET或GPRS网络传输来的建筑能耗数据，并存储其数据库内。因系统是连接在广域网中，所以在接入网络之前，安装一个硬件防火墙，有效防止网络病毒的侵袭和网络攻击。能与各种厂家的数据采集器连接，接入监测中心的数据采集器必须具有分类分项能耗数据传输的功能要求。数据采集器上传的参数格式必须符合监测中心规定的参数格式要求，即上传的建筑代码ID、仪表参数ID、数据类型等必须符合监测中心给定的编码一致。监测中心为数据远传采用的协议规范主要有以下几个方面：l 数据远传使用基于 IP 协议的数据网络，在传输层使用 TCP协议。 l 数据远传时监测中心建立 TCP 监听，数据采集器不启动 TCP监听，数据采集器发起对数据中心的连接，TCP 建立后保持常连接状态不主动断开， 数据采集器定时向监测中心发送心跳数据包并监测连接的状态，一旦连接断开则重新建立连接。 l TCP 连接建立后，数据中心就立刻对数据采集器进行身份认证。l 数据采集器和监测中心中间传输的数据和命令进行加密处理。l 身份验证完成后，监测中心立刻对数据采集器进行授时，并校验数据采集模式，在主动定时采集模式时校验采集周期。当监测中心和数据采集器中的模式或周期配置不匹配时， 监测中心对数据采集器的配置进行更改。 l 在主动定时发送模式下，当网络发生故障时，数据采集器必须存储未能正常实时上报的数据，待网络连接恢复正常后进行断点续传。 l 当因计量装置或数据采集器故障未能正确采集能耗数据时，数据采集器必须向监测中心发送故障信息。数据处理与存储系统数据存储系统主要由两台热备服务器以及一个磁盘阵列柜组成。数据库服务器采用性能稳定的企业级服务器，两台服务器采用完全相同的软、硬配置，并采用主从模式，在服务器（主机）正常运行数据库工作时，备份服务器（从机）处于准备状态。当主机出现任何软、硬件故障导致应用进程停止服务时，从机自动接管主机的工作。磁盘阵列柜负责后端的存储系统，阵列柜分别与两台主机连接，这种相对独立的数据存储方式，有利于另一台主机接管服务及应用后，可以正常访问数据内容。该系统的数据处理软件和所有的数据库操作都在服务器上运行，而数据存储在磁盘阵列柜中。 A、系统热备为满足系统热备的要求需选用一款高性能的热备软件。该软件属于高可用容错集群软件，运行于NT、Windows 2000、Linux和NCR Unix平台。它在共享磁盘阵列方式下，实现两台服务器各自运行不同应用且相互热备份，即实现双Active运转模式。并支持远程灾难实时复制备份恢复系统。用户的硬件资源(如网卡)，软件资源(如操作系统、数据库管理系统、数据库应用系统、电子邮件系统等)均能处于热备软件的保护之下，当这些被保护资源出现技术故障时，热备软件可随时实施系统资源切换。该热备软件真正实现了用户硬件或是软件资源发生故障时系统及应用层上的在线热切换。且占用系统资源极少，不增加网络负荷，不打扰任何具体应用系统的任何操作。这样就使用户的服务器、操作系统、数据库系统以及关键的数据及应用程序保持连续不间断，确保系统99.99%的高可用性。B、数据处理与存储系统接收从数据采集器发送来的数据，能够处理大量的并发请求，针对接收的数据能够进行异步处理，一方面针对原始数据包进行存储，另一方面将接收到的数据路由到数据处理子系统进行处理。系统能支持数据采集器的断点续传功能。数据处理与存储系统是建筑能耗监测中心版软件中十分重要的子系统，它对数据采集器上传的数据包进行校验和解析，并根据支路安装仪表情况构造用能模型，然后根据用能模型对原始采集数据进行拆分计算得到分类分项与分户能耗数据，并将原始能耗数据和分类分项与分户能耗数据保存到数据库中。由于监测建筑用能情况的复杂性和能耗监测项目预算成本的控制，很多用能支路需要间接计量。理清用能支路和分项能耗的关系，采用加法、减法、拆分、百分比预估等方式，结合建筑物能耗分类分项与分户计量设计方案，得到合理的分类分项能耗数据。C、数据存储容量数据采集周期可根据具体需要灵活设置，数据采集周期在15分钟/次到1小时/次之间（一般情况下采取每15分钟采集一次）。 能耗监管中心初步监测目标预计约72幢，每栋建筑平均设40个数据采集点，每15分钟采集1次（1小时采集4次），每栋建筑存在的能耗分类分项数目为6个。仪表原始数据存储量：每个点采集1次存储的数据量约为94个字节（Byte），那么能耗监管中心1天的最大能耗数据量约为（72*40*4*24*94）字节。1年的数据量约为（72*40*4*24*94*365）字节。 中间处理结果存储量：每个分类分项每小时的统计存储的数据量约为71个字节，那么监管中心1年存储分类分项能耗拆分结果逐时汇总的最大能耗数据量为（72*6*71*24*365）字节；每个分类分项每日的统计存储的数据量约为107个字节，那么监管中心1年存储分类分项能耗拆分结果逐时汇总的最大能耗数据量为（72*6*107*365）字节；综上所算，监管中心一年数据总的存储量约为：72*(40*4*24*94*365+6*71*24*365+6*107*365)/(1024*1024*1024)=9.24 Gbyte，按照目前磁盘阵列柜配置4块硬盘，每块的硬盘容量为300Gbyte计算，其硬盘总量为1200Gbyte，使用RAID5技术，实际可用硬盘空间为1200*0.75=900Gbyte，可以储存数据中心数据的时间约为：900/9.24=97(年)。即使后续监管数量逐渐增大，也能足够满足数据存储的容量要求。另外考虑视频监控录像，如果采用D-ONE格式传输存储，一路视频信号1小时占用磁盘200M左右，按目前12路计算1小时占用2G，1天占用48G，按存储15天计算，需要磁盘720G。D、数据展示子系统数据展示子系统主要由WEB服务器和工作站组成。其中，WEB服务器主要是为客户端的浏览服务；工作站供监管中心工作人员管理适用。 E、数据上传系统数据上传系统由主服务器上的上传软件构成。数据上传系统完全按照国家规定的数据上传格式来设计完成。监测中心需要向上一级数据中心上传数据，监测中心系统的数据上传工作流程如图所示： 数据上传系统上传流程说明：l 数据打包：定时启动数据打包程序，从数据库中取出需要上报的数据，按照建设部规定的数据上传XML格式封装数据包，并记录操作日志。l 发起连接：向上一级数据中心服务器发送握手消息，建立连接状态。如果连接不成功则再次发起连接。记录操作日志。l 数据发送：调用上一级数据中心的数据接收网络服务（Web Services），基于SOAP传输协议将XML格式的数据包发送出去。如发送失败则再次发送。记录操作日志。4.3 软、硬件配置（1）软件配置l 服务器操作系统：Windows 2003 Server 中文标准版；l 数据库：SQL SERVER2005 中文标准版 l 客户端操作系统：选用Windows XP及其以上操作系统，需IE浏览器版本为6.0以上。l 服务器端应用软件：建筑能耗监管系统中心版软件、热备软件、防火墙软件等应用软件。（2）关键硬件配置服务器3台 不低于以下要求：l 机架式企业级服务器l 处理器：Xeon E5620 2.4GHzl 内存：16GB DDR3 l 存储容量：584GB SAS（4块146GB）硬盘l 网络接口：集成的双千兆以太网l RAID支持：RAID-5路由器1台 不低于以下要求：l 具有信息安全、网络访问控制等功能的企业级中端路由器l 传输速率：10/100/1000Mbpsl 包转发率：14800/148800/1488000ppsl DRAM：128Ml 内置防火墙l 端口结构：模块化交换机1台 不低于以下要求：l 企业级智能交换机l 端口：24个10/100/1000Mbps以太网端口l 包转发率：36Mppsl 背板带宽：24Gbps防火墙1台 不低于以下要求：l 企业级防火墙l 网络端口：8个l 无用户数限制 磁盘阵列1台 不低于以下要求：l 最大存储容量：3.6TBl 平均传输速率：6Gbpsl 高速缓存：1GBl 内置硬盘接口：SASl 外接主机通道：4个6Gbps SAS端口l RAID支持：RAID0、1、3、5UPS 1台 不低于以下要求：l 10kVA/2小时在线式UPS工作站4台 不低于以下要求：l 高端品牌电脑l 处理器：Intel 酷睿 i5，主频不低于3.0Gl 内存：2GBl 硬盘：500GBl 显示器：19宽屏LCD显示器显示大屏1套l 46寸LED液晶屏；l 屏幕比例16：9；亮度700cd/；响应时间8ms；分辨率1024×768l 输入信号BNC/VGA l 寿命60000小时l 4X4超窄边拼接 3.网络要求为了实现高速、可靠、安全的传输，能耗监管中心应使用光纤专线方式接入校园网核心交换机。4.监管中心环境要求监测中心的设备安装后，应保证系统设备的正常运行，保证显示的直观与清晰，且在操作员正常工作时，具有足够的亮度。监测中心按GB50174-93电子计算机机房设计规范执行。监测中心应具有良好的电磁兼容工作环境，门窗结构应严实，能有效隔音、隔热，并具有防尘、防磁、防静电保护；内侧加装窗帘，防止阳光直射设备和有利于投影机的使用。监测中心环境要求：l 温度：1526；l 湿度：3070；l 照明：房间照明光线均匀柔和，平均照度为300lx；l 接地要求：数据中心综合接地电阻1；l UPS：停电时提供2小时系统照常工作所需的交流电源。第五章 软件功能设计本系统设计包括以下子系统：校园GIS系统、校园电能计量管理系统、校园给水管网监控系统、配电室监控管理系统、校园供热计量管理系统、校园节能分析与控制系统、学生宿舍用电管理系统、信息维护与管理系统等，具备身份验证、GIS地理信息、数据采集、能耗数据实时监控、节能节水控制、图表显示、自