ผู้จัดการฝ่ายสาธารณูปโภคและสิ่งอำนวยความสะดวกใช้เวลาตลอดทศวรรษที่ผ่านมาในการเพิ่มเซ็นเซอร์ ระบบอัตโนมัติ และการวิเคราะห์ให้กับเครือข่ายของตน แต่หลายคนยังคงพึ่งพาเลเยอร์การวัดแสงที่ออกแบบมาสำหรับยุคที่แตกต่างกัน การอ่านค่าแบบเดินผ่าน รอบการเรียกเก็บเงินรายเดือน และแผงแบบแยกส่วนทำให้เกิดจุดบอดซึ่งทำให้แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงโหลดแบบเรียลไทม์ เมื่อหม้อแปลงโอเวอร์โหลดหรือวงจรของผู้เช่าตัดการทำงานในเวลา 02.00 น. ระบบที่สร้างขึ้นจากการรวบรวมข้อมูลแบบแมนนวลก็ไม่สามารถตอบสนองได้เร็วเพียงพอ
กริดสมัยใหม่จำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานในการวัดแสงที่ทำงานน้อยกว่าอุปกรณ์บันทึกแบบพาสซีฟและเหมือนกับเครือข่ายเซ็นเซอร์แบบเรียลไทม์ การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเป็นสิ่งที่ฮาร์ดแวร์การวัดแสงแบบไร้สายที่จับคู่กับเกตเวย์อัจฉริยะและซอฟต์แวร์ที่สร้างขึ้นตามวัตถุประสงค์ได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งมอบ แทนที่จะให้ช่างเทคนิคเดินไปตามเส้นทางเดือนละครั้ง จุดตรวจวัดนับพันจุดสามารถรายงานแรงดัน กระแสไฟฟ้า ตัวประกอบกำลัง และการใช้พลังงานทุกๆ สองสามวินาที โดยป้อนแพลตฟอร์มที่เปลี่ยนตัวเลขดิบเป็นการตัดสินใจในการปฏิบัติงาน
บทความนี้แจกแจงรายละเอียดสามชั้นที่ทำให้สิ่งนี้เป็นไปได้ ได้แก่ อุปกรณ์การวัดที่ Edge เกตเวย์ที่รวบรวมและแปลโปรโตคอล และแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ที่จัดเก็บ แสดงภาพ และดำเนินการกับข้อมูล ในระหว่างนี้ เราจะดูรูปแบบการใช้งาน ตัวเลือกโปรโตคอล และข้อควรพิจารณาในการวางแผนเชิงปฏิบัติสำหรับทีมที่สร้างเครือข่ายการวัดผล
A เครื่องวัดพลังงาน iot ไร้สาย โดยพื้นฐานแล้วเป็นเครื่องมือวัดที่มีวิทยุติดอยู่ แต่วิศวกรรมที่อยู่เบื้องหลังคำอธิบายง่ายๆ นั้นมีความสำคัญ ที่แกนกลางของมัน จะสุ่มตัวอย่างรูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้าและกระแสที่ความถี่สูง คำนวณพลังงานที่ใช้งาน ปฏิกิริยา และที่ปรากฏ และจัดเก็บข้อมูลช่วงเวลาไว้ภายในเครื่องก่อนที่จะส่งข้อมูลแบบไร้สายไปยังจุดรวบรวมใกล้เคียง เนื่องจากอุปกรณ์ไม่ได้อาศัยสายเคเบิลข้อมูลแบบเดินสาย จึงสามารถติดตั้งในสถานที่ที่ท่อร้อยสายอาจมีราคาแพงหรือใช้งานไม่ได้จริง เช่น แผงกระจายสินค้าบนชั้นดาดฟ้า บ้านปั๊มระยะไกล แผงย่อยของโครงสร้างที่จอดรถ หรือโครงการปรับปรุงภายในอาคารที่สร้างเสร็จแล้ว
คุณลักษณะสามประการแยกมิเตอร์วัดพลังงานไร้สายที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะออกจากเซ็นเซอร์ทั่วไปที่มีวิทยุติดอยู่:
ในการปรับปรุงเชิงพาณิชย์ขนาดกลาง การแทนที่กิจวัตรการอ่านแบบวอล์กบายด้วยการวัดช่วงเวลาแบบไร้สาย โดยทั่วไปจะลดชั่วโมงแรงงานที่ใช้ในการรวบรวมข้อมูลด้วยตนเองลงมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ พร้อมทั้งเพิ่มความถี่ในการอ่านจากทุกเดือนเป็นทุกๆ สองสามนาที
แผนภูมิด้านล่างแสดงความแตกต่างของเวลาในทางปฏิบัติระหว่างวิธีการอ่านมิเตอร์ทั่วไปสามวิธีสำหรับรอบการอ่านค่าเดียวในโรงงานขนาดกลางที่มีจุดสูบจ่ายประมาณ 40 จุด
การรายงานเมตรเดียวไปยังแอปโทรศัพท์ถือเป็นเรื่องแปลกใหม่ หลายร้อยเมตรที่กระจายไปทั่ววิทยาเขต อาคารที่มีผู้เช่าหลายราย หรือเครื่องป้อนการกระจายสินค้า จำเป็นต้องมีจุดรวมที่สามารถสื่อสารกับอุปกรณ์ทุกเครื่องโดยใช้ภาษาท้องถิ่น จากนั้นจึงจัดแพคเกจข้อมูลนั้นใหม่เป็นสิ่งที่แพลตฟอร์มกลางสามารถใช้ได้ นั่นคืองานของก เกตเวย์อัจฉริยะ .
เกตเวย์ทำหน้าที่ที่แตกต่างกันสี่ฟังก์ชันภายในเครือข่ายการวัดแสง และควรแยกออกจากกัน เนื่องจากแต่ละฟังก์ชันจะส่งผลต่อแผนการปรับใช้ในส่วนที่แตกต่างกัน:
| ฟังก์ชั่น | มันทำอะไร | ทำไมมันถึงสำคัญ |
|---|---|---|
| การเชื่อมโยงโปรโตคอล | แปลงโปรโตคอลฟิลด์อนุกรมเป็นโปรโตคอลบนเครือข่าย | ช่วยให้อุปกรณ์ภาคสนามแบบเดิมเข้าถึงซอฟต์แวร์ระบบคลาวด์หรือภายในองค์กรได้โดยไม่ต้องเดินสายใหม่ |
| การรวมกลุ่มในท้องถิ่น | สำรวจเป็นระยะทางหลายสิบหรือหลายร้อยเมตรตามกำหนดเวลา | ลดจำนวนอุปกรณ์ที่ต้องเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตโดยตรง |
| การบัฟเฟอร์และการจัดเก็บและส่งต่อ | เก็บข้อมูลช่วงเวลาระหว่างที่เครือข่ายขัดข้อง | ป้องกันช่องว่างในการเรียกเก็บเงินหรือการวิเคราะห์ที่เกิดจากการเชื่อมต่อที่ขาดหาย |
| การกรองขอบ | คัดกรองการอ่านซ้ำหรืออยู่นอกช่วง | ลดเสียงรบกวนที่มาถึงชั้นซอฟต์แวร์และลดปริมาณการรับส่งข้อมูล |
แผนภาพด้านล่างแสดงเส้นทางข้อมูลทั่วไปจากมิเตอร์ที่ขอบไปยังแผงหน้าปัดที่ทีมปฏิบัติการใช้ แต่ละขั้นตอนจะเพิ่มมูลค่าเฉพาะ: การวัดผลดิบ การแปลโปรโตคอล การจัดเก็บ และการตีความขั้นสุดท้าย
มิเตอร์วัดพลังงานส่วนใหญ่ในภาคสนามยังคงพูด Modbus RTU ผ่านบัสอนุกรม RS485 ซึ่งเป็นโปรโตคอลที่แข็งแกร่งสำหรับการเดินสายไฟระยะสั้นภายในแผงสวิตช์บอร์ด แต่ไม่ได้ตั้งใจให้เดินทางข้ามอาคารหรือไปถึงจุดสิ้นสุดบนคลาวด์ นี่คือที่ที่ เกตเวย์อัจฉริยะ awt100 เข้ามามีบทบาทในสถาปัตยกรรม: ยกเลิกการเชื่อมต่อ RS485 ภายในเครื่อง สำรวจแต่ละเมตรบนบัส และเผยแพร่ข้อมูลนั้นอีกครั้งผ่านอีเธอร์เน็ตหรืออัปลิงค์ไร้สายโดยใช้โปรโตคอลที่เลเยอร์ซอฟต์แวร์เข้าใจอยู่แล้ว เช่น Modbus TCP หรือ MQTT
เนื่องจาก RS485 เป็นอีเธอร์เน็ตสำหรับการตรวจสอบพลังงานเป็นหนึ่งในความต้องการการแปลงที่พบบ่อยที่สุดในโครงการปรับปรุง การเลือกเกตเวย์จึงสมควรได้รับความสนใจ ปัจจัยสำคัญในการประเมิน ได้แก่ :
จำนวนช่อง RS485 ช่วงอัตรารับส่งข้อมูล ช่วงเวลาการลงคะแนนเสียง ขนาดบัฟเฟอร์จัดเก็บและส่งต่อ รองรับโปรโตคอลพร้อมกันแผนภูมิคอลัมน์ด้านล่างเปรียบเทียบจำนวนอุปกรณ์ปลายทางที่เชื่อมต่อโดยทั่วไปที่รองรับต่อประเภทการเชื่อมต่อบนเกตเวย์ช่วงกลาง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเหตุใดการเชื่อมต่อแบบไฮบริดจึงมีความสำคัญในการติดตั้งแบบผสมผสาน
ฮาร์ดแวร์รวบรวมตัวเลข ซอฟต์แวร์การวัดพลังงานคือสิ่งที่เปลี่ยนตัวเลขเหล่านั้นให้เป็นการตัดสินใจ แพลตฟอร์มที่มีความสามารถจำเป็นต้องจัดการปริมาณงานที่แยกจากกันสามรายการในคราวเดียว ได้แก่ การนำเข้าข้อมูลช่วงความถี่สูงโดยไม่ทิ้งบันทึก การจัดเก็บประวัติหลายปีในลักษณะที่สามารถสืบค้นได้ และการนำเสนอประวัติดังกล่าวในมุมมองที่ผู้ใช้แต่ละรายสามารถดำเนินการได้จริง วิศวกรสิ่งอำนวยความสะดวกต้องการมุมมองภาระงานแบบเรียลไทม์ ทีมการเงินต้องการการส่งออกการเรียกเก็บเงินระดับผู้เช่า และทีมความยั่งยืนต้องการปริมาณคาร์บอนรวมและแนวโน้มการบริโภค
โดยทั่วไประบบวัดพลังงานที่ออกแบบมาอย่างดีจะจัดการทำงานออกเป็นชั้นต่างๆ เหล่านี้:
| เลเยอร์ | งานหลัก |
|---|---|
| การกลืนกิน | ยอมรับข้อมูลจากเกตเวย์ ตรวจสอบการประทับเวลา จัดการการระงับการทำซ้ำ |
| ที่เก็บของ | ฐานข้อมูลอนุกรมเวลามีโครงสร้างสำหรับการสืบค้นแบบช่วงเวลาและแบบรวม |
| กฎและการเตือนภัย | การแจ้งเตือนตามเกณฑ์ ความต้องการ และความผิดปกติ |
| การรายงาน | การส่งออกการเรียกเก็บเงิน การจัดสรรการวัดย่อย รายงานด้านกฎระเบียบ |
| การแสดงภาพ | แดชบอร์ดs, trend charts, comparative views across sites |
แผนภูมิเส้นด้านล่างแสดงแนวโน้มการบริโภคแบบง่ายในช่วง 12 เดือน เนื่องจากอาจปรากฏอยู่ในแดชบอร์ดการวัดแสง ซึ่งมีประโยชน์ในการระบุการเปลี่ยนแปลงของภาระงานตามฤดูกาล หรือผลกระทบของการริเริ่มด้านประสิทธิภาพที่เปิดตัวในช่วงกลางปี
รูปแบบสถาปัตยกรรมสองรูปแบบมีอิทธิพลต่อการใช้งานจริง ในรุ่นแบบจุดต่อจุด มิเตอร์แต่ละอันจะเชื่อมต่อแยกกันกลับไปยังตัวควบคุมหรืออุปกรณ์ส่วนหัว โดยปกติจะเชื่อมต่อผ่านสายเคเบิลเฉพาะ ในโมเดลรวมเกตเวย์ กลุ่มเมตรจะเชื่อมต่อภายในเครื่อง ไม่ว่าจะผ่านบัส RS485 ที่ใช้ร่วมกันหรือเมชไร้สาย และเกตเวย์จะรวมการรับส่งข้อมูลนั้นก่อนที่จะถึงเลเยอร์ซอฟต์แวร์
แผนภูมิเรดาร์ด้านล่างเปรียบเทียบทั้งสองรุ่นในห้ามิติในทางปฏิบัติที่สำคัญระหว่างการวางแผนโครงการ ได้แก่ ความเร็วในการติดตั้ง ประสิทธิภาพด้านต้นทุน ความสามารถในการปรับขนาด ความง่ายในการบำรุงรักษา และความหน่วงของข้อมูล
การเปรียบเทียบทำให้การแลกเปลี่ยนมีความชัดเจน การเดินสายแบบจุดต่อจุดยังคงสมเหตุสมผลสำหรับโหลดที่สำคัญจำนวนหนึ่ง โดยที่การเดินสายเคเบิลแบบเฉพาะและไม่มีการโต้แย้งนั้นคุ้มค่ากับการทำงานที่เพิ่มขึ้น สำหรับสิ่งใดก็ตามที่นอกเหนือจากจุดจำนวนเล็กน้อย เครือข่ายรวมเกตเวย์จะปรับขนาดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยส่วนใหญ่เป็นเพราะต้นทุนส่วนเพิ่มในการเพิ่มมิเตอร์อีกหนึ่งเมตรนั้นเป็นงานเดินสายในพื้นที่ระยะสั้นหรืองานจับคู่ไร้สาย แทนที่จะเป็นการเดินสายเคเบิลระยะไกลแบบใหม่
โครงการการจัดการพลังงานในอาคารอัจฉริยะมีแนวโน้มที่จะอยู่ในรูปแบบที่สามารถจดจำได้ ขึ้นอยู่กับประเภทของสิ่งอำนวยความสะดวก ในอาคารสำนักงานที่มีผู้เช่าหลายราย การวัดแสงย่อยมักจะถูกปรับใช้ทีละชั้น โดยมีเกตเวย์หนึ่งเกตเวย์ต่อตู้ไฟฟ้าที่จะรวมแผงผู้เช่าทั้งหมดในระดับนั้น ในวิทยาเขตอุตสาหกรรม การตรวจวัดมักจัดตามสายการผลิตหรือตามอาคาร โดยมีเกตเวย์วางไว้ใกล้กับแผงจ่ายไฟหลักเพื่อให้ RS485 ทำงานสั้น ในพอร์ตโฟลิโอแบบกระจาย เช่น เครือข่ายการค้าปลีก มิเตอร์ไร้สายที่จับคู่กับเกตเวย์อัปลิงก์เซลลูลาร์ หลีกเลี่ยงความจำเป็นในการใช้โครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายเฉพาะไซต์ทั้งหมด
ในรูปแบบเหล่านี้ หลักการวางแผนบางประการช่วยลดความเสี่ยงของโครงการได้อย่างสม่ำเสมอ:
การตรวจสอบพลังงานบน IoT จะมีประโยชน์มากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด เมื่อมีการเปรียบเทียบข้อมูลจากอาคารหรือโซนหลายแห่งแบบเคียงข้างกัน ทีมงานสิ่งอำนวยความสะดวกที่จัดการไซต์งานหลายแห่งสามารถจัดอันดับอาคารตามปัจจัยการรับน้ำหนัก ระบุรูปแบบการใช้ที่ผิดปกติ และจัดลำดับความสำคัญการใช้จ่ายในการปรับปรุงใหม่โดยพิจารณาจากของเสียที่วัดได้จริง แทนที่จะเป็นสมมติฐานจากค่าสาธารณูปโภคเพียงอย่างเดียว
ก่อนที่จะสั่งซื้อฮาร์ดแวร์ ควรพิจารณารายการตรวจสอบการวางแผนสั้นๆ ที่สามารถระบุข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดตั้งแต่แรกได้:
ทีมที่ถือว่าการวัดแสงเป็นโครงสร้างพื้นฐาน แทนที่จะเป็นสิ่งที่คิดในภายหลังซึ่งติดอยู่กับแผงที่มีอยู่ จะได้รับคุณค่ามากขึ้นจากข้อมูลที่ได้อย่างต่อเนื่อง ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่อธิบายไว้ข้างต้นจะมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อมีการวางแผนโทโพโลยีเครือข่ายและแบบจำลองข้อมูลพื้นฐานโดยคำนึงถึงกรณีการใช้งานปลายทางตั้งแต่เริ่มต้น
มิเตอร์ดิจิทัลมาตรฐานจะวัดและแสดงข้อมูลพลังงานในพื้นที่ ซึ่งมักกำหนดให้ช่างเทคนิคอ่านด้วยตนเองหรือเชื่อมต่อแล็ปท็อป เครื่องวัดพลังงาน IoT ไร้สายเพิ่มการสื่อสารทางวิทยุในตัว การบัฟเฟอร์ในเครื่อง และความสามารถในการรายงานข้อมูลช่วงเวลาโดยอัตโนมัติไปยังเกตเวย์หรือแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์โดยไม่ต้องเชื่อมต่อแบบมีสาย
RS485 มีราคาไม่แพง ทนทานในระยะทางไกลภายในโรงงาน และทนทานต่อสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าใกล้กับสวิตช์เกียร์ ซึ่งทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสื่อสารระยะสั้นกับฮาร์ดแวร์วัดแสง เกตเวย์ที่เชื่อมโยง RS485 กับอีเทอร์เน็ตช่วยให้การเชื่อมต่อระดับฟิลด์ที่เชื่อถือได้เข้าถึงซอฟต์แวร์บนเครือข่ายที่ทันสมัย โดยไม่ต้องเปลี่ยนมิเตอร์เอง
ขึ้นอยู่กับจำนวนช่อง RS485 ความจุไร้สาย และช่วงเวลาการโพลที่กำหนดค่าไว้บนเกตเวย์ แต่เกตเวย์ระดับกลางจำนวนมากรองรับอุปกรณ์อนุกรมหลายสิบเครื่องต่อช่องสัญญาณและโหนดย่อยไร้สายอีกนับสิบได้อย่างสะดวกสบาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการตั้งค่าช่วงเวลาการโพลให้สอดคล้องกับความถี่การรายงานที่จำเป็นจริง
ลิงก์ไร้สายเพิ่มพื้นที่การสื่อสารเพิ่มเติม ดังนั้นการเข้ารหัส การจับคู่ที่ได้รับการรับรองความถูกต้อง และการแบ่งส่วนเครือข่ายระหว่างเครือข่ายการวัดแสงและโครงสร้างพื้นฐานด้านไอทีทั่วไปจึงเป็นการบรรเทาปัญหามาตรฐาน เกตเวย์ที่กำหนดค่าอย่างเหมาะสมจะแยกการรับส่งข้อมูลระดับฟิลด์และเปิดเผยเฉพาะช่องทางที่ได้รับการควบคุมและรับรองความถูกต้องไปยังแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์
ใช่. ระบบการวัดพลังงานส่วนใหญ่จะไม่เชื่อเรื่องโปรโตคอลที่ชั้นซอฟต์แวร์ และเกตเวย์ที่รองรับ RS485 และช่องสัญญาณไร้สายพร้อมกันสามารถรวมมิเตอร์ทั้งสองประเภทไว้ในชุดข้อมูลเดียวกันได้ ซึ่งเป็นเรื่องธรรมดาในระหว่างโครงการปรับปรุงตามระยะ
การเชื่อมต่อแบบใช้สายแบบจุดต่อจุดสามารถเสนอเวลาแฝงที่ต่ำกว่าเล็กน้อยต่ออุปกรณ์ แต่โดยทั่วไปแล้วเครือข่ายรวมเกตเวย์จะให้เวลาแฝงที่ยอมรับได้สำหรับกรณีการใช้งานในการดำเนินงานส่วนใหญ่ ในขณะที่เพิ่มความเร็วการติดตั้งและความสามารถในการปรับขนาดได้อย่างมาก ดังที่แสดงในการเปรียบเทียบก่อนหน้าในบทความนี้
