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智能電網(wǎng)的概念是通過應用電力電子、信息以及通信技術(shù),智能電網(wǎng)提供高品質(zhì)的服務,使能源效率最大化。1、智能電網(wǎng)目標是使用各種傳感器實時計算,增強電能力,減少輸電線路故障。測試設(shè)備:太陽能輻射、風向、速度、環(huán)境溫度、電流、線溫、輸電線路監(jiān)測傳感器。數(shù)字變電站目標:應用數(shù)字化設(shè)施降低故障與成本。測試設(shè)備:154KV&23KVGIS智能電力設(shè)備。智能配電系統(tǒng)目標:分布式發(fā)電可以實現(xiàn)雙向故障檢測,優(yōu)化負載平衡。測試設(shè)備:避雷監(jiān)測裝置、分布式發(fā)電接口設(shè)備。2、智能用戶目標:建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施,發(fā)展需求響應新商業(yè)模式。測試設(shè)備:AMI先進計量設(shè)施,小型風電、太陽能發(fā)電、電動汽車充電器、儲能電池、智能電器、家庭能源管理。3、智能運輸目標:發(fā)展各種電動車充電設(shè)施、付費及操作系統(tǒng)。測試設(shè)施:快速充電器、充電樁、客戶信息管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)。4、智能可再生能源目標:穩(wěn)定電力質(zhì)量的輸出與補償。測試設(shè)備:分布式能源管理系統(tǒng),能源管理系統(tǒng),靜止同步補償器。5、智能電力服務目標:實時電價收費設(shè)計、聯(lián)盟之間電力交換,數(shù)據(jù)采集及驗證。測試設(shè)備:智能面板/智能服務門戶。
二、智能電網(wǎng)標準化
1、智能電網(wǎng)標準化主要計劃5個主要項目是:發(fā)展國際互操作性標準框架、建立框架操作及管理系統(tǒng)、發(fā)展主要部門關(guān)鍵標準、促進全球標準化活動、建立全球合格評定和認證體系。策略是:與韓國智能電網(wǎng)協(xié)會、智能電網(wǎng)研究院及聯(lián)盟建立標準合作系統(tǒng);通過濟州島示范項目驗證測試與開發(fā)標準;通過標準合作,進行標準活動的管理。目標是建立智能電網(wǎng)標準體系,引領(lǐng)全球標準。另外,標準合作系統(tǒng)有科技與標準研究院、韓國IBC專家委員會、智能電網(wǎng)標準化論壇、智能電網(wǎng)協(xié)會等以及不同領(lǐng)域的委員會等。2、智能電網(wǎng)主要標準研發(fā)主要成就:確定約100個國家標準包括智能電網(wǎng)的核心:IEC61850標準;確定包括智能電表、電動汽車充電系統(tǒng)等核心設(shè)備的韓國國家KS認證標準。研發(fā)標準接口圍繞國家標準協(xié)調(diào)員,促進智能電網(wǎng)接口的相關(guān)研發(fā)業(yè)務;國際標準、KS標準。3、韓國智能電網(wǎng)互操作性標準框架及路線圖內(nèi)容包括:智能電網(wǎng)概念域模型、數(shù)據(jù)模型(研究/推論)、智能電網(wǎng)功能(研究/定義)、不同領(lǐng)域智能電網(wǎng)標準差距(分析)、智能電網(wǎng)標準開發(fā)PAP(推論)、智能電網(wǎng)標準路線圖(推論)。框架路線為:(2011~2012年)韓國智能電網(wǎng)概念模型定義,為供應商提供基本立場及指南。(2013~2014年)為基準城市進行標準指導,包括安全、測試/批準、修改。(2015~2016年)建立合格評定及認證系統(tǒng)。
三、韓國智能電網(wǎng)示范基地
【關(guān)鍵詞】電力通信 一體化協(xié)議棧 通信架構(gòu)
一、引言
隨著電力通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴大,結(jié)構(gòu)愈加復雜,網(wǎng)絡(luò)層次和種類增多,逐漸發(fā)展為國網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)、省網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)及縣級網(wǎng)的分層次組網(wǎng)的格局[1]。設(shè)備種類、數(shù)量、光纜公里數(shù)、帶寬、電路等通信資源都在迅速增加[2],網(wǎng)絡(luò)運行、維護與管理難題也隨之出現(xiàn),故障定位、故障處理、資源調(diào)度等管理工作難度越來越大,影響到電力通信網(wǎng)的運行質(zhì)量與效率。
只有實現(xiàn)電網(wǎng)一體化通信才能實現(xiàn)對這些資源的績優(yōu)管理,才能及時反映設(shè)備和系統(tǒng)的動態(tài)變化,才能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的動態(tài)更新[3]。電網(wǎng)一體化通信的研究與分析,關(guān)鍵在于電力業(yè)務特點分析及其對應通信需求分析,以保障電網(wǎng)通信提供可靠、實時和安全,保障整個電力系統(tǒng)的有效、安全、穩(wěn)定運行和運營管理。論文主要對電網(wǎng)一體化通信體系涉及的通信環(huán)節(jié)中各個組成部分進行分析研究。
二、一體化通信實現(xiàn)方案研究
電網(wǎng)一體化通信主要完成各個不同通信協(xié)議的映射,完成信息模型與信息交換模型的建立,以此完成不同體系之間的一體化通信。
如圖1所示,協(xié)議棧分為4層:底層通信協(xié)議、協(xié)議映射、信息與信息交換模型、應用層。
底層通信協(xié)議:即OSI環(huán)境,用于在不同網(wǎng)絡(luò)中傳輸報文與數(shù)據(jù)流;
協(xié)議映射:將信息與信息交換模型適配入不同的電力通信網(wǎng)絡(luò)中,如WSN、PLC、以太網(wǎng)等;
信息與信息交換模型:構(gòu)建統(tǒng)一的電力信息模型與信息交換方式;
應用層:為不同電力應用,如:運行、需求響應、營銷等,提供相應的服務。
三、電網(wǎng)一體化通信架構(gòu)研究
體系架構(gòu)設(shè)計需要綜合考慮到對舊系統(tǒng)的兼容、功能、信息通信、安全等因素。
圖2為論文提出的架構(gòu),電網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)包括配網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、輸電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、高級量測系統(tǒng)主站等;用戶側(cè)主要包括各種智能設(shè)備和用戶側(cè)能源管理系統(tǒng)。
其中GS為電網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)(Grid side System),包括服務提供商系統(tǒng)、分布式能源管理系統(tǒng)、能源提供商系統(tǒng)、ESCO,高級計量體系架構(gòu)、其他操作系統(tǒng)等相關(guān)電網(wǎng)側(cè)所使用的系統(tǒng)。
US:用戶側(cè)智能系統(tǒng),主要包括能源管理系統(tǒng)、分布式發(fā)電系統(tǒng)、用戶進程等其他系統(tǒng)。
UE:用戶側(cè)智能設(shè)備,包括太陽能發(fā)電控制設(shè)備、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、分布式電源、恒溫器、簡單負荷控制設(shè)備、能源存儲設(shè)備、家庭商業(yè)自動化設(shè)備、智能電表、可調(diào)光源等。
電網(wǎng)側(cè)網(wǎng)絡(luò):電網(wǎng)側(cè)網(wǎng)絡(luò)由有線或無線網(wǎng)絡(luò)組成,所有電網(wǎng)側(cè)網(wǎng)絡(luò)智能設(shè)備都能夠通過電網(wǎng)側(cè)網(wǎng)絡(luò)連入核心網(wǎng)中。無線網(wǎng)絡(luò)可能是CDMA,GSM,GPRS,iDEN,WIMAX,LTE等點對點或點對多點的網(wǎng)絡(luò)、多播網(wǎng)絡(luò),甚至是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。
電網(wǎng)一用戶網(wǎng)絡(luò):電網(wǎng)一用戶網(wǎng)絡(luò)用于連接電網(wǎng)測與用戶測網(wǎng)絡(luò),可能是公網(wǎng)也可能是私網(wǎng)。用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)也可能是有線的或是無線的,主要提供電網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。
用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò):用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)指的是連接電網(wǎng)用戶設(shè)備任何的網(wǎng)絡(luò),可以是有線的無線的,主要是公網(wǎng)。
這種架構(gòu)的特點如下:
(1)電網(wǎng)可以通過智能電表(采用AMI網(wǎng)絡(luò),包括電表直接控制部分用電設(shè)備),或者通信網(wǎng)關(guān)(采用英特網(wǎng)等公網(wǎng)),或者通過專用網(wǎng)關(guān)(采用專網(wǎng)但不通過智能電表的情況下)三種主要形式和用戶交互。
(2)考慮到工業(yè)、商業(yè)、居民各種用戶。本標準支持三種用戶側(cè)智能設(shè)備控制模式:設(shè)備本地自主控制;通過用戶能源管理集中協(xié)調(diào)再與電網(wǎng)交互;受電網(wǎng)側(cè)直接控制。
(3)圖2中中間部分是電網(wǎng)和用戶交互的關(guān)鍵,僅需要對中間部分進行重新設(shè)計實現(xiàn)就能夠完成電網(wǎng)一體化通信。
四、結(jié)束語
智能電網(wǎng)背景下的全控制對電力通信提出了新的要求,只有實現(xiàn)電力系統(tǒng)通信的一體化,統(tǒng)一化才能夠保障電網(wǎng)通信提供可靠、實時和安全,保障整個電力系統(tǒng)的有效、安全、穩(wěn)定運行和運營管理。
關(guān)鍵詞:互聯(lián)網(wǎng);智能建筑;設(shè)備能源;管理系統(tǒng)
1節(jié)能建筑是社會發(fā)展的需要
我國在《智能建筑設(shè)計標準》GB/T50314—2006中對智能建筑的定義是“以建筑物為平臺,兼?zhèn)湫畔⒃O(shè)施系統(tǒng)、信息化應用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等,集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務、管理及其優(yōu)化組合為一體,向人們提供安全、高新、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境”。建筑能耗占整個社會的能源消耗的較大份額,而其中建筑信息系統(tǒng)、建筑設(shè)備(空調(diào)、照明、電梯等)、建筑安防系統(tǒng)是建筑能源消耗中的主要部分。隨著社會的進步,人類生活水平的提高,節(jié)能意識的增強,舒適、節(jié)能及安全的智能建筑是未來社會發(fā)展的必然選擇與趨勢。新興發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正是一種可以適應建筑智能化的發(fā)展趨勢,與建筑信息、設(shè)備、安防系統(tǒng)相融合的技術(shù)手段,能夠大幅提高建筑的能源管理水平,降低能源消耗。
2智能建筑能源管理的目標
智能建筑能源管理的目標首先就是要提高建筑通信系統(tǒng)、建筑設(shè)備(空調(diào)、照明、電梯等)、建筑安防系統(tǒng)的能源消耗水平,通過自動控制,將不必要運行的設(shè)備、通道、線路及時置于休眠狀態(tài),并提高現(xiàn)有運行設(shè)備的運行效率。而智能建筑與以往的舊有建筑相比的主要優(yōu)勢在于通過基于數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將以往各自為戰(zhàn)、互不相同的通信、設(shè)備、安防系統(tǒng)集成起來,形成一個共有的平臺,并通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)建筑內(nèi)的各系統(tǒng)的遠程操控?;ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)在此提供強大的數(shù)據(jù)傳輸、計算及處理功能,打通了傳統(tǒng)的不同自動控制系統(tǒng)間信息交流和集成的諸多障礙。依托于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能建筑能源管理系統(tǒng)集成節(jié)能特點具體體現(xiàn)在對智能建筑BAS控制方案的優(yōu)化與融合,目標是為了對建筑的能耗實現(xiàn)精確的計量,進行能耗分類歸納匯總,計算單位平均能耗,查找高耗能點和挖掘節(jié)能潛力。對于智能建筑能耗集成管理的重點主要有兩方面:(1)對能源消耗信息的集中采集與監(jiān)測;(2)通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對建筑中各系統(tǒng)的集中的遠程監(jiān)控,在保證建筑功能服務水平的前提下提高智能建筑能耗水平。在能源消耗信息的集中采集與監(jiān)測方面,通過采用與互聯(lián)網(wǎng)兼容的數(shù)據(jù)收集單元全面采集對室內(nèi)外的溫度、濕度、CO2濃度等環(huán)境信息。在遠程監(jiān)控方面,在考慮了收集上來的不斷變化的室內(nèi)和室外環(huán)境信息,在允許的范圍內(nèi)系統(tǒng)的確定變量的控制,尋找最小的能耗輸入,遠程地控制照明、風機、水泵、空調(diào)機組,從而來滿足室內(nèi)舒適度和健康環(huán)境。
3智能建筑節(jié)能技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合發(fā)展
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用在智能建筑的能源管理系統(tǒng)中通??梢詣澐譃?個層次:感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應用層,如圖1所示。感知層主要就是完成采集數(shù)據(jù)的任務。通過各種傳感器、控制器等智能裝置自動采集物體的各種信息,實現(xiàn)物體識別、信息采集、數(shù)據(jù)上傳的功能。智能建筑能源管理系統(tǒng)運用系統(tǒng)集成的方法和手段,借助樓宇自動化系統(tǒng)(BuildingAutomationSystem,BAS),完成各個子系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集和存儲。這類代表性的信息比如設(shè)備用電信息、環(huán)境信息、空間信息、時間信息等,從而建立智能建筑較完整的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)庫,為下一步的設(shè)備運行管理分析和能源管理分析作數(shù)據(jù)儲備。網(wǎng)絡(luò)層主要就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的處理、傳輸和控制。網(wǎng)絡(luò)層作為互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的中間層,是互聯(lián)網(wǎng)的中心環(huán)節(jié),包括Internet,3G/4G,WiFi等有線和無線的通信網(wǎng)絡(luò),同時還有基于以太網(wǎng)TCP/IP等的通信控制網(wǎng)絡(luò)。應用層的主要任務是對于已經(jīng)上傳的數(shù)據(jù)進行分析,并利用經(jīng)過分析處理的數(shù)據(jù)實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的功能。應用層對于基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析是根據(jù)智能建筑能源管理系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)完成設(shè)備查詢分析。應用層軟件將基于數(shù)據(jù)模型,并根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果,分析能源消耗數(shù)據(jù)與用能結(jié)構(gòu),通過對能量消耗狀況的掌握,能準確找到建筑物中能耗可能的控制點。根據(jù)事先建立的全國的同類建筑運行狀態(tài)和行業(yè)規(guī)定標準的能耗數(shù)據(jù)庫,建立標準的數(shù)據(jù)節(jié)能特征數(shù)模曲線,通過對比分析,找出能耗偏高的癥結(jié)所在,并給出科學的、合理的、可行的一套基本的優(yōu)化節(jié)能管理方案,從而達到節(jié)能的效果?;ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)除了可以收集、分析能耗情況、遠程控制高能耗設(shè)備,還可以進行建筑設(shè)備的故障診斷、維護管理及自動調(diào)試。傳統(tǒng)的設(shè)備維護管理是按照維護計劃進行執(zhí)行,不能夠及時地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,設(shè)備無故障時也浪費了人力。而通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集到的設(shè)備數(shù)據(jù)信息,可以有效地、有針對性地對可能產(chǎn)生問題數(shù)據(jù)的設(shè)備及時地進行維護,大幅提高了設(shè)備的維護水平,降低了維護成本,同時對于由于設(shè)備故障產(chǎn)生的高能耗問題預先進行解決。通過互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也可以用于對智能建筑的節(jié)能效果進行分析。通過實際能耗情況和節(jié)能計劃對比分析可以得到實際的節(jié)能效果。通過這種分析可以幫助用能單位后期更加詳細地制定能源消耗指標,并實時地加以監(jiān)督,及時地制定改進措施。最終通過節(jié)能分析,可以記錄并各項節(jié)能措施的節(jié)能量,并能夠清晰了解、展示節(jié)能改造的實際效果。
4智能建筑節(jié)能技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合發(fā)展實例
互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用于智能建筑能源管理系統(tǒng)中,能夠讓建筑內(nèi)的通風空調(diào)系統(tǒng)運行在全自動狀態(tài)。智能控制方式可以預先設(shè)定若干基本工作狀態(tài),根據(jù)天氣情況、房間內(nèi)的人員情況,自動地調(diào)整房間內(nèi)的供熱、供冷及通風量。例如,在上班時間到來前,可以根據(jù)預先設(shè)定的時間,提前開啟通風空調(diào)系統(tǒng),使建筑物內(nèi)的污染物(如甲醛、CO2,Rn等)提前稀釋,達到人能夠正常工作的安全狀態(tài)。在下班后或人變少后能夠自動地降低通風量或關(guān)閉通風系統(tǒng)。再如,互聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)能夠時時控制房間內(nèi)的溫度、濕度,使房間內(nèi)的環(huán)境根據(jù)天氣預報,及時地調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和方式,從而達到節(jié)能降耗的作用。除此之外,互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的加入,能夠使房間內(nèi)的環(huán)境信息及時地傳遞給遠程的控制室,通過對于房間環(huán)境的掌握,從而可以遠程地對房間環(huán)境做出精準調(diào)節(jié)。當采用精確調(diào)節(jié)方式后,智能建筑的空調(diào)系統(tǒng)可以在過渡季節(jié)充分利用外界自然的冷暖空氣,減少機組的運行時間及負荷,最終達到節(jié)能降耗的目的。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)+智能建筑,可以提高智能建筑的管理水平,減少建筑的維護費用。智能建筑智能通風空調(diào)控制系統(tǒng)將普通通風空調(diào)人為地控制空調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為智能化管理,不僅使大樓的管理者提高其管理意識和管理素質(zhì),而且將大大減少大樓的運行維護費用,并帶來巨大的投資回報。
5結(jié)語
能效管理不能少
李樹:您曾經(jīng)在電信行業(yè)工作了20多年,是什么原因促使您從電信行業(yè)跨入到能源領(lǐng)域?您如何看待施耐德電氣的現(xiàn)在與未來?
黃陳宏:無論是電信領(lǐng)域還是能源領(lǐng)域,在過去20多年中都發(fā)生了巨大的變化,技術(shù)不斷更新,用戶的需求也不斷變化。施耐德電氣將能源與IT的發(fā)展緊密地聯(lián)系了起來。
從一些市場分析機構(gòu)的統(tǒng)計來看,人們對能源的需求量越來越大。到2030年,人們對電力的需求量將翻一番;到2050年,全球能源的需求量也會翻一番,而與此同時,為防止氣候的劇烈變化,到2050年,我們必須把二氧化碳的排放量減半。能源的緊缺與能源需求量的增加是一對矛盾。為了緩解這一矛盾,企業(yè)用戶必須將提高能效與IT的發(fā)展相結(jié)合,也就是實現(xiàn)能源的信息化,只有這樣才能更有效地控制能源的使用。
施耐德電氣的定位是,成為全球領(lǐng)先的能效管理專家。施耐德電氣在五大領(lǐng)域有獨到的領(lǐng)先的解決方案。這五大領(lǐng)域包括能源和技術(shù)實施、工業(yè)和自動化控制、樓宇和安防系統(tǒng)、智能生活空間以及關(guān)鍵電源、制冷服務和數(shù)據(jù)中心整體解決方案。施耐德電氣將這五大領(lǐng)域的能效管理解決方案有機地結(jié)合在一起,可以幫助用戶大大減少能源消耗。
無論對于哪個行業(yè)來說,節(jié)省能源的重要性都不言而喻。施耐德電氣并不生產(chǎn)能源,而是專注于能源管理。為什么能源管理對企業(yè)用戶來說這么重要呢?因為我們的使用端每節(jié)約一度電,就意味著發(fā)電端可以少生產(chǎn)三度電。施耐德電氣的能效管理方案可以幫助用戶提高能源的使用效率,減少使用端的能源消耗。
在過去20多年中,電信行業(yè)是最活躍的。我認為,下一個活躍的行業(yè)將是能源行業(yè)。提高能效,實現(xiàn)IT與能源的結(jié)合將成為大勢所趨。
李樹:在數(shù)據(jù)中心的能效管理方面,施耐德電氣的主要優(yōu)勢是什么?
黃陳宏:施耐德電氣旗下的APC的主要產(chǎn)品和解決方案包括關(guān)鍵電源、制冷服務和數(shù)據(jù)中心整體解決方案。我們的解決方案覆蓋家庭、企業(yè)、各種規(guī)模的數(shù)據(jù)中心以及工業(yè)關(guān)鍵電源和制冷服務等。
數(shù)據(jù)中心的耗能非常大。有統(tǒng)計表明,全球數(shù)據(jù)中心的整體能耗與航空工業(yè)的能耗一樣多。不僅如此,數(shù)據(jù)中心能耗的增長率還高于航空工業(yè)。因此,數(shù)據(jù)中心的能效管理變得非常重要。APC將業(yè)務重點放在數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施層面,其產(chǎn)品主要包括UPS、空調(diào)、機柜、配電、數(shù)據(jù)中心管理平臺以及英飛集成系統(tǒng)和模塊化的數(shù)據(jù)中心解決方案等。
2011年9月,我們推出了StruxureWare數(shù)據(jù)中心管理平臺。該數(shù)據(jù)中心管理平臺通過一個統(tǒng)一的平臺,對數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有的物理基礎(chǔ)設(shè)施進行管理,這能夠讓用戶更精確地掌握數(shù)據(jù)中心的能效狀況,從而找到一些更有效的方法提高數(shù)據(jù)中心的能效。
在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域,施耐德電氣最大的優(yōu)勢就是擁有全面的解決方案。此外,我們擁有非常獨特的制冷以及能耗管理技術(shù),比如施耐德電氣現(xiàn)已擁有從機柜級到行級,到機房級甚至整個樓宇的設(shè)施級精密空調(diào)解決方案。用戶如果采用施耐德電氣的解決方案,可以將數(shù)據(jù)中心的能耗減少30%-70%,單位空間的容量提升25%,每千瓦負載的碳足跡和成本分別降低15%。
李樹:在現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)中心里,數(shù)據(jù)中心管理平臺發(fā)揮著什么樣的作用?相比其他廠商的同類產(chǎn)品,StruxureWare數(shù)據(jù)中心管理平臺的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在哪些方面?
黃陳宏:StruxureWare數(shù)據(jù)中心管理平臺是施耐德電氣能效管理平臺EcoStruxure的一部分。EcoStruxure能效管理平臺能夠跨越能源基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)自動化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、樓宇等多個系統(tǒng),實現(xiàn)統(tǒng)一的能效管理。舉個例子,施耐德電氣法國總部就采用EcoStruxure對所有辦公大樓進行管控。通過EcoStruxure,我們可以隨時監(jiān)控所有大樓的功耗情況,比如哪座大樓的能耗比較高,是不是應該進行調(diào)整等。EcoStruxure是一個實時的、動態(tài)的能源管理系統(tǒng)。
施耐德電氣的數(shù)據(jù)中心管理平臺不僅可以管理施耐德電氣自己的UPS、空調(diào)等產(chǎn)品,而且可以管理其他廠商的產(chǎn)品,此外還能與樓宇管理系統(tǒng)結(jié)合在一起,讓用戶通過一個統(tǒng)一的平臺實時了解整個數(shù)據(jù)中心的能源使用情況。每個數(shù)據(jù)中心都應該配備一套數(shù)據(jù)中心管理平臺。這樣一來,無論是企業(yè)的管理者,還是數(shù)據(jù)中心的技術(shù)管理人員,都能夠隨時隨地掌握數(shù)據(jù)中心的能源使用情況。
云數(shù)據(jù)中心的管理必須是動態(tài)的。StruxureWare數(shù)據(jù)中心管理平全可以滿足云數(shù)據(jù)中心對管理的要求。
云的本質(zhì)是動態(tài)化
李樹:如今,行業(yè)用戶已經(jīng)普遍接受了模塊化數(shù)據(jù)中心的設(shè)計和部署理念。施耐德電氣是模塊化數(shù)據(jù)中心理念的倡導者和實踐者,很早便推出了模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案――英飛集成系統(tǒng)。在云計算時代,英飛集成系統(tǒng)將如何繼續(xù)發(fā)揮其優(yōu)勢?
黃陳宏:模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案是標準化的,不僅可以提高數(shù)據(jù)中心的部署速度,而且可以提高能源的使用效率,因此受到了行業(yè)用戶的普遍歡迎。施耐德電氣的英飛集成系統(tǒng)就是一個集成的模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案。英飛集成系統(tǒng)在中國市場推出后,銷售情況非常好,受到了中國用戶的廣泛好評。
隨著技術(shù)的發(fā)展以及用戶需求的變化,特別是云計算技術(shù)和應用的興起,數(shù)據(jù)中心的設(shè)計理念將發(fā)生重大變化。數(shù)據(jù)中心的定位和功用不同,其設(shè)計理念和部署方式也會有較大差異。按照數(shù)據(jù)中心與企業(yè)業(yè)務之間的不同關(guān)系,我們可以將數(shù)據(jù)中心分成三類:第一類,企業(yè)把數(shù)據(jù)中心當成企業(yè)運作的一個工具,用來支撐企業(yè)業(yè)務的發(fā)展;第二類,企業(yè)把數(shù)據(jù)中心當成一種戰(zhàn)略投資,以便獲取更多的商業(yè)利益,比如金融行業(yè)的許多客戶以數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ),開發(fā)更多的增值服務,從而不斷提高客戶的滿意度,同時獲得更多收益;第三類,企業(yè)把數(shù)據(jù)中心當成一種新型的業(yè)務,比如一些電信、IT企業(yè)在數(shù)據(jù)中心建成后,將數(shù)據(jù)中心的資源租賃給客戶。
隨著云計算、虛擬化技術(shù)的逐漸普及,人們對數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和管理也提出了新的要求。云計算架構(gòu)是一種虛擬化的架構(gòu)。虛擬化帶來的最顯著的變化就是服務器運作效率的提高。不斷增加的服務器負載必然會帶來更多的能源消耗。云計算要求服務器、存儲等資源的部署與調(diào)配必須是動態(tài)的。動態(tài)的資源部署與應用必然要求數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施也是動態(tài)的,可以靈活部署和擴展,并且具有更高的能效。為了滿足云計算的需求,數(shù)據(jù)中心必須是高密度的。高密度的機架和IT設(shè)備必然對供電、制冷等提出更高的要求。
從上述分析可以看出,在云計算時代,數(shù)據(jù)中心的設(shè)計理念、部署方式與以前相比有了很大的變化。施耐德電氣在產(chǎn)品和解決方案上不斷推陳出新,以新的技術(shù)和設(shè)計理念來適應數(shù)據(jù)中心的這種變化。比如,英飛集成系統(tǒng)一直處于優(yōu)化之中,不斷有新功能、新部件加入。
李樹:到底什么是云計算呢?似乎每個人都有自己的定義?,F(xiàn)在,只要有企業(yè)建立了一個新的數(shù)據(jù)中心,就會稱這個數(shù)據(jù)中心是云數(shù)據(jù)中心。但是,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心與云數(shù)據(jù)中心的差別究竟在哪里呢?
黃陳宏:有的企業(yè)確實是在建設(shè)云數(shù)據(jù)中心,但是也有的企業(yè)還在建設(shè)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相比,云數(shù)據(jù)中心的不同之處在于,它不僅是標準化和模塊化的,而且能夠支撐企業(yè)業(yè)務的動態(tài)變化。云數(shù)據(jù)中心是建立在虛擬化技術(shù)架構(gòu)之上的。因此,云數(shù)據(jù)中心的負載比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的負載大得多,資源的利用率也比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心高得多。云數(shù)據(jù)中心一定是高密度的數(shù)據(jù)中心。因此,在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計上,無論是電源供應還是制冷,都要滿足高密度這一需求,并不斷優(yōu)化和提高能源的利用率。
在云數(shù)據(jù)中心里,最關(guān)鍵的是,能效的管理一定要跟上業(yè)務的動態(tài)變化。一個聰明的企業(yè)在建設(shè)云數(shù)據(jù)中心時,如果能把數(shù)據(jù)中心作為一種業(yè)務,那么它能得到的投資回報率一定比建設(shè)一個傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心獲得的投資回報率高很多。
李樹:在云計算時代,施耐德電氣將如何提高核心競爭力,繼續(xù)鞏固自己在數(shù)據(jù)中心能源管理市場上的領(lǐng)先地位呢?
黃陳宏:施耐德電氣擁有諸多優(yōu)勢,比如我們可以整合五個事業(yè)部的力量,為用戶提供先進的、全面整合的解決方案。具體到數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域,施耐德電氣始終秉承先進的數(shù)據(jù)中心設(shè)計理念,可以為用戶提供集成的一體化數(shù)據(jù)中心解決方案。此外,施耐德電氣在產(chǎn)品和服務的本地化方面也做了很多工作,效果顯著。
競爭是好事情。良性的競爭可以促使我們在數(shù)據(jù)中心能效管理方面精益求精。我們對中國的數(shù)據(jù)中心市場充滿信心。
在中國 惠全球
李樹:如果說全球數(shù)據(jù)中心市場將迎來爆炸性的增長,那么中國的數(shù)據(jù)中心市場就該用“核裂變”來形容了?,F(xiàn)在,中國許多城市都在興建大型的云計算數(shù)據(jù)中心。您如何看待中國數(shù)據(jù)中心市場的發(fā)展?施耐德電氣將采取哪些有針對性的措施滿足中國數(shù)據(jù)中心用戶的需求?
黃陳宏:有統(tǒng)計表明,中國的現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心約54萬個,僅今年就要新建六七千個數(shù)據(jù)中心。電信、金融、IT、政府以及一些高新技術(shù)園區(qū)對數(shù)據(jù)中心的需求十分迫切。因此,施耐德電氣一直十分關(guān)注中國數(shù)據(jù)中心市場的發(fā)展,并不斷進行投入。
施耐德電氣一直在努力推廣一種文化――以客戶為導向。我在加入施耐德電氣之后,調(diào)整了銷售策略,建立了按行業(yè)劃分的銷售服務團隊。我們的銷售團隊以行業(yè)和客戶為導向,以滿足客戶的需求為最終目標。舉例來說,2011年8月底,我們成立了行業(yè)銷售團隊,專門服務于行業(yè)大客戶。我們的銷售人員從了解客戶的需求入手,能夠為客戶提供包括數(shù)據(jù)中心設(shè)計、數(shù)據(jù)中心整體解決方案等在內(nèi)的一條龍服務。這種銷售策略和團隊的調(diào)整順應了施耐德電氣向整體解決方案供應商轉(zhuǎn)型的需要。
施耐德電氣對中國以及其他新興經(jīng)濟體越來越重視。2011年,施耐德電氣來自新興經(jīng)濟體的業(yè)務收入已占集團總收入的40%左右。我們希望在未來幾年內(nèi),這一比例能夠達到50%甚至更高。
在中國市場上,施耐德電氣的業(yè)務發(fā)展勢頭非常好。我們會繼續(xù)鞏固在數(shù)據(jù)中心市場上的領(lǐng)先地位,同時借助先進的設(shè)計理念和融合的物理基礎(chǔ)設(shè)施解決方案,促進中國數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與發(fā)展。特別值得一提的是,施耐德電氣將積極響應中國政府開發(fā)大西部的策略。
從新產(chǎn)品的角度看,施耐德電氣也在持續(xù)關(guān)注像風能、太陽能這樣的新型能源產(chǎn)品。施耐德電氣將整合研發(fā)、制造等方面的力量,實現(xiàn)產(chǎn)品的合理布局,并在銷售、服務等方面加強對西部地區(qū)用戶的支持。明年初,施耐德電氣將公布一個十分詳細的發(fā)展計劃。
李樹:許多跨國企業(yè)都十分重視本地化的工作。下一步,施耐德電氣會不會繼續(xù)加大在中國的研發(fā)以及其他相關(guān)方面的投入?
黃陳宏:施耐德電氣采用的是全球性的研發(fā)策略,中國的研發(fā)團隊也是全球研發(fā)團隊的重要組成部分。僅APC目前在中國有兩個研發(fā)中心、兩個工廠以及一個物流中心。施耐德電氣可以為中國用戶提供全面、快捷的技術(shù)支持和服務支持。
施耐德電氣有一個名為“China for China”的計劃,其含義是在中國研發(fā)的產(chǎn)品要為中國本地的用戶和市場服務。而且我們要把在中國研發(fā)和生產(chǎn)的優(yōu)秀產(chǎn)品推向全球。
記者手記
做一個成功的能效管理專家
被施耐德電氣收購以后,現(xiàn)在的APC已成了施耐德電氣數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的核心。相對于以前的單打獨斗,如今的APC更多地要考慮如何與施耐德電氣的整體定位相適合。在施耐德電氣轉(zhuǎn)型成為一個整體解決方案供應商后,APC的產(chǎn)品不僅要無縫融入施耐德電氣的整體解決方案,而且還要體現(xiàn)自己獨特的價值,那就是幫助用戶實現(xiàn)精確的能效管理。
國際能源協(xié)會公布的數(shù)據(jù)稱,在大多數(shù)國家,樓宇的能源使用量占到了總能源使用量的近40%。而在全球數(shù)不勝數(shù)的商業(yè)建筑物中,擁有智能能效管理功能的樓宇卻為數(shù)不多。各國政府紛紛出臺政策推動綠色建筑的發(fā)展,通過補貼方式來提升節(jié)能建筑的比重。霍尼韋爾建筑智能系統(tǒng)部全球總裁Paul Orzeske在接受《第一財經(jīng)周刊》采訪時表示,補貼帶來了積極影響,能夠在建筑節(jié)能行業(yè)發(fā)展早期起到扶植作用。但他同時也指出,補貼并不是長久之計。在Orzeske看來,只有依靠市場的力量才能可持續(xù)性地發(fā)展。樓宇系統(tǒng)和設(shè)備的性能會逐年降低,這就意味著能源與運營成本會不斷上漲,如果能為建筑節(jié)能改造提供良好的投資回報,將能激發(fā)許多業(yè)主節(jié)能降耗的需求。
C: 目前歐美國家和中國市場的節(jié)能建筑發(fā)展情況如何?
O: 我們并不掌握節(jié)能建筑的具體所占比例。但是,不管是美國還是中國,絕大多數(shù)的建筑物在節(jié)能方面做得還是不夠的。比如說你晚上開車行駛在紐約、洛杉磯、悉尼、新加坡、上海等城市里,就會發(fā)現(xiàn)許多大樓里沒有人卻仍亮著燈,人離開了空調(diào)還在運轉(zhuǎn)。其實,通過自動化的解決方案,就能夠做到人離開后燈光自動熄滅,空調(diào)可以自動調(diào)升溫度,達到節(jié)能效果。在美國,在我們的大型客戶當中,有很多是政府的建筑物,這些建筑物沒有進行過節(jié)能改造,不過美國的大學建筑物中利用我們的技術(shù)的情況是非常普遍的,我們還幫助工業(yè)企業(yè),讓工廠能夠降低能耗更加高效地生產(chǎn)。在中國,我們和國家電網(wǎng)在天津泰達經(jīng)濟開發(fā)區(qū)進行了一個試點工程,它被稱之為自動需求回應項目。它可以把眾多樓宇和電網(wǎng)管理聯(lián)系起來,樓宇不僅能優(yōu)化自身的能耗,同時它還能根據(jù)電網(wǎng)的負載情況,可以自動把用電需求進行減載,這樣能夠在峰值的時候降低用電需求和用電量。
O: 政府對于節(jié)能減排、綠色建筑或者新能源都有各種各樣的補貼,我相信大家對補貼帶來的積極影響和消極影響都是非常的清楚。在建筑節(jié)能行業(yè)發(fā)展早期,的確需要政府的補貼進行獎勵和扶植。但補貼其實并非長久之計,要實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展,真正靠的還得是市場的力量。比如說一個大型購物中心,早上的時候客源不多,他們希望節(jié)省能源,到了下午、晚上或者周末的時候,客流增加,要保證客戶的體驗比較好,能源消耗就不得不增大。所以業(yè)主就會有相應的節(jié)能需求,希望在低谷時可以通過能源管理系統(tǒng)來降低能耗。
但我們講到建筑節(jié)能,最終還是要歸結(jié)到一點,就是用戶的投資回報率。比如我們通過研究發(fā)現(xiàn)有200棟建筑都有進一步節(jié)能的可能性,但事實上可能只有30座到40座建筑進行節(jié)能改造在經(jīng)濟上可行,并且有經(jīng)濟回報。雖然很多人愿意節(jié)能減排,但如果不能產(chǎn)生投資回報,就無法持續(xù)發(fā)展。建筑節(jié)能實際上是一個持續(xù)的過程,比如說10年前節(jié)能改造或者5年前節(jié)能改造的項目,在當時是比較節(jié)能的,可是按照現(xiàn)在的能耗標準來說可能又需要繼續(xù)改造,所以說這是一個不斷在重復的過程。
C: 目前有哪些問題在阻礙我們提升節(jié)能建筑的比例
【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 智能樓宇 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
中圖分類號:TN915.9 文獻標識碼:A 文章編號:1006-1010(2013)-15-0019-04
1 引言
樓宇是現(xiàn)代城市的建筑主體,也是人們生活和工作的主要場所?,F(xiàn)代化的樓宇不僅要給人提供安全、舒適、貼心的友好環(huán)境,還應當具備高效、快捷、節(jié)能等特點。
智能樓宇(Intelligent Building)最早興起于西方發(fā)達國家,近幾十年來,智能樓宇管理系統(tǒng)(IBMS)的發(fā)展主要經(jīng)歷了五個階段:中央監(jiān)控系統(tǒng)(CCMS),分布式控制系統(tǒng)(DCS),開放分步式控制系統(tǒng)(ODCS),網(wǎng)絡(luò)集成樓宇監(jiān)控系統(tǒng)(WIBMS)和近幾年興起的無線樓宇監(jiān)控系統(tǒng)(WBMS)[1]。
當前智能樓宇管理系統(tǒng)的設(shè)計以有線組網(wǎng)為主,包括以太網(wǎng)和局域網(wǎng)。有線組網(wǎng)技術(shù)具有技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和穩(wěn)定性好等特點;但其必須保持物理連接,且布線困難,成本較高,給產(chǎn)品的升級和改造帶來了極大的困難。
將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)跟智能樓宇相結(jié)合,是現(xiàn)代化樓宇發(fā)展的必然結(jié)果,它在推動智能樓宇應用的同時,也將帶動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和實踐。
2 技術(shù)背景
2.1 物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)是通過多個具備感知能力的傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議形成自組織、智能化的傳感器網(wǎng)絡(luò),再通過智能化的計算和互聯(lián)技術(shù)的支撐,實現(xiàn)信息的匯聚、整合、共享與智能處理[2]。
物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展,其技術(shù)架構(gòu)主要分為3個層次:感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應用層。
感知層主要通過接觸和非接觸式的測感技術(shù)、微波和射頻等無線通信技術(shù),以及傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等手段,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的感知與采集,是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)層將傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動通信技術(shù)相融合,實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的可靠傳送和廣泛互聯(lián)。應用層主要由各種應用系統(tǒng)組成,通過對采集數(shù)據(jù)的聚集與分析,為用戶的具體應用提供有效支撐。
2.2 智能樓宇
傳統(tǒng)的樓宇管理往往涉及十幾甚至幾十個獨立的子系統(tǒng),這些系統(tǒng)功能各異,其“煙囪化”運維管理不僅運維成本高、效率低,而且缺乏系統(tǒng)聯(lián)動,系統(tǒng)間易形成“信息孤島”,對復雜的情況難以做出及時有效的判斷和處理,服務水平滯后。
智能樓宇是以通信技術(shù)為主干,利用系統(tǒng)集成的方法,將計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自控技術(shù)、軟件工程技術(shù)和建筑藝術(shù)設(shè)計有機地結(jié)合起來,打通各個孤立系統(tǒng)間的信息壁壘,使樓宇成為一個信息互通的智能主體,實現(xiàn)對樓宇的智能管理及其信息資源的有效利用[3]。
智能樓宇管理系統(tǒng)的核心應該是一個集信息匯聚、信息聚合、智能分析等功能于一體的通用平臺。它從信息交換和共享的角度來看待智能樓宇,將具體的樓宇管理系統(tǒng)和底層設(shè)備相分離,在第三方應用和設(shè)備子系統(tǒng)間建立信息交換與共享的通道。這樣,設(shè)備子系統(tǒng)與第三方應用一樣被看作連接在樓宇管理系統(tǒng)上的一種應用,而不是被集成對象。這種概念有利于設(shè)備生產(chǎn)者開發(fā)出更加智能化、更適合網(wǎng)絡(luò)化社會的設(shè)備子系統(tǒng),同時也有利于促進其他應用的開發(fā)者開發(fā)出更多更好的相關(guān)應用[4]。
3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇管理系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)
基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示,分為三層:基礎(chǔ)設(shè)施層、通用平臺層和智能應用層。
基礎(chǔ)設(shè)施層,將原來的有線傳感設(shè)備替換為物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感設(shè)備,更加方便部署、維護和改造。該層主要負責初始數(shù)據(jù)的采集和匯聚,包括終端設(shè)備、匯聚設(shè)備和傳輸鏈路。終端設(shè)備即感知節(jié)點,如門禁掃描器、智能電表、煙感器、溫感器等,它們對部署區(qū)域的各種監(jiān)控指標進行采集,并定時傳遞給匯聚設(shè)備;匯聚設(shè)備即匯聚節(jié)點(如基站),它們對覆蓋范圍內(nèi)的感知節(jié)點的數(shù)據(jù)進行匯總,并傳遞給上層服務器。
通用平臺層,是對底層設(shè)備和上層應用的屏蔽,它采用B/S架構(gòu),方便移動接入,主要實現(xiàn)與基礎(chǔ)設(shè)施層的融合適配,對從基礎(chǔ)設(shè)備層采集到的數(shù)據(jù)進行標準化處理,跨系統(tǒng)關(guān)聯(lián),對各子系統(tǒng)提供的功能進行標準封裝,給上層應用提供外部接口。
智能應用層,主要功能是利用通用平臺層提供的接口,開發(fā)樓宇管理所需要的具體應用,如樓宇統(tǒng)一告警應用、樓宇能源管理應用和統(tǒng)一設(shè)備信息管理等,并依托下層平臺提供的跨子系統(tǒng)數(shù)據(jù),進行跨子系統(tǒng)的管理和運維。
3.2 系統(tǒng)設(shè)計方案
(1)無線組網(wǎng)方式
在智能樓宇中采用無線傳感技術(shù)會遇到許多困難。首先,無線傳感節(jié)點依靠電池供電,能量有限,覆蓋范圍較??;其次,樓宇內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜,不但有門、墻等的阻擋,還有手機、路由等無線設(shè)備的干擾,使大樓內(nèi)無線信號的傳輸變得難以控制,進而影響到上層應用的服務質(zhì)量。
由于不能保證每個傳感器都能直接與基站進行有效的通信,因此傳統(tǒng)的點對點或基于基站的單跳無線組網(wǎng)方式不再適用。本文設(shè)計的系統(tǒng)中采用Ad hoc模式的無線組網(wǎng)方式,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署方案如圖2所示。
(2)無線通信協(xié)議
為了節(jié)省能量,無線傳感設(shè)備大都采用短距離無線連接技術(shù),目前主流的短距無線連接技術(shù)包括無線局域網(wǎng)(Wi-Fi)、IEEE 802.15.1(藍牙)、短距通信(NFC)、IEEE 802.15.4(ZigBee)和超寬帶(Ultra Wide Band)[5]。其中,Wi-Fi、NFC和超寬帶都采用基于基站的單步工作模式,不適合無線傳感器,而ZigBee和藍牙均支持Ad hoc模式。經(jīng)過比較(如表1),ZigBee更適合智能樓宇中的無線傳感器,它對系統(tǒng)資源要求較少,接入設(shè)備較快,可支持的設(shè)備數(shù)較多,并且具有極小的功耗。
(3)無線路由協(xié)議
在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中,數(shù)據(jù)路由是造成網(wǎng)絡(luò)開銷的最大不必要部分,而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議并不能滿足低能耗、高信任度和適應復雜環(huán)境的要求。
本文設(shè)計的系統(tǒng)中采用了一種基于能量廣播和通信開銷的路由方法(ECCR)[6]。該方法用節(jié)點剩余能量和通信開銷作為拓撲權(quán)重來競爭簇頭結(jié)點(即匯聚節(jié)點),選出簇內(nèi)能量較多的節(jié)點作為匯聚節(jié)點,每隔一段時間競爭一次,用以均衡簇內(nèi)平均能量消耗;同時,將連接可靠度和跳數(shù)用來建立拓撲,這樣節(jié)點每次發(fā)送消息的成功率與能量消耗的平均期望值就最小,在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不是很好的情況下,能有效地減少簇頭節(jié)點的能量消耗。與傳統(tǒng)的基于能量的路由算法(如DECEC(基于能量消耗和鏈路的轉(zhuǎn)發(fā)路由協(xié)議))相比較(如圖3),此路由算法不僅能節(jié)省能量,而且可以確保拓撲連接的可靠度,有效地延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期,非常適合智能樓宇中無線傳感網(wǎng)絡(luò)的使用。
3.3 系統(tǒng)特點
與現(xiàn)有的智能樓宇管理系統(tǒng)相比,本文提出的系統(tǒng)架構(gòu)有如下特點:
(1)基礎(chǔ)設(shè)施層采用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備并組成無線傳感網(wǎng),易部署、易維護、易改造,設(shè)備信息有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式,為不同子系統(tǒng)間的互聯(lián)提供基礎(chǔ)。同時,該無線傳感網(wǎng)采用了合適的組網(wǎng)方式、傳輸協(xié)議和路由協(xié)議,在利用無傳感網(wǎng)優(yōu)點的基礎(chǔ)上,節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)能源,延長了網(wǎng)絡(luò)生命周期。
(2)通用平臺層利用設(shè)備信息的互通性,將底層設(shè)備與上層具體應用解耦,各個子系統(tǒng)不再孤立運行,方便了不同子系統(tǒng)間的聯(lián)動和管理。而且,在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境允許的情況下,可以將通用平臺層放入云端,對不同樓宇、不同園區(qū)甚至不同城市的樓宇進行統(tǒng)一管理,通過數(shù)據(jù)挖掘和橫向?qū)Ρ?,制定更加高效和?jié)能的管理政策。
(3)利用通用平臺層提供的跨系統(tǒng)的標準化數(shù)據(jù),智能應用層可以針對具體的樓宇特征實現(xiàn)個性化的管理應用定制,方便在云端統(tǒng)一管理的情況下實現(xiàn)差異化應用。
4 總結(jié)
目前,在智能樓宇中使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨著網(wǎng)絡(luò)連通性和能量效率問題。本文設(shè)計的系統(tǒng)充分考慮了樓宇管理系統(tǒng)自身的特性,通過選擇自組織網(wǎng)絡(luò)拓撲,使用基于能量廣播和通信開銷的路由方法,在保證網(wǎng)絡(luò)連接可靠性的基礎(chǔ)上,降低了網(wǎng)絡(luò)能耗,延長了整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期。如何在平臺層面設(shè)計完善高效的第三方應用接口,將是關(guān)系基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇管理系統(tǒng)推廣應用的重要問題。
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關(guān)鍵詞:能量收集;LTC3588-1;MSP430F2274
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.008
引言
現(xiàn)代樓宇自控領(lǐng)域采用樓宇能源管理系統(tǒng)以達到降低建筑能耗的目的,然而建筑的開銷不僅僅局限于水、電、熱等傳統(tǒng)能源的消耗,還包括線纜的鋪設(shè)、電池更換等設(shè)備維護帶來的開銷,建筑物的大量開銷每年帶來的高額費用是國家、企業(yè)的大包袱。因此綠色節(jié)能建筑工程的改造實施迫在眉睫。
無源無線傳感器是無源無線樓控產(chǎn)品的基本構(gòu)成單元,它的成功運用得益于不斷發(fā)展并成熟的能量收集技術(shù),使我們能夠充分利用日常生活中室內(nèi)的光線能量,人體活動的機械能量等為我們的樓宇自控服務,實現(xiàn)無線控制的目的。產(chǎn)品的使用減少了布線設(shè)計、鋪設(shè)線纜等工作,使系統(tǒng)安裝的費用也大大降低。
總體方案設(shè)計
要成功地設(shè)計完整的獨立型無線傳感器系統(tǒng),必須滿足如下條件:
(1)能夠以最低待機電流工作,從而最大程度地提高能源存儲效率;
(2)工作時消耗最低電能;(3)能夠瞬間開啟和關(guān)閉;(4)可在工作模式和待機模式的最低占空比下高效工作;(5)具有傳感器連接和測量的模擬功能;(6)能夠在低電壓范圍內(nèi)工作;(7)最低漏電流可最大程度地提高能源收集效率。
根據(jù)目標要求,在設(shè)計時我們采用MSP430超低功耗型微控制器作為主控芯片[1],能量收集采用LTC3588-1[2],把太陽感光板的電能變化存儲作為能源,溫度傳感器采用低功耗的MCP9800[3],無線傳輸芯片采用CC1100[4],整個設(shè)計在關(guān)斷時能量消耗很小,根據(jù)實際情況室內(nèi)溫度變化比較緩慢,把采集溫度數(shù)據(jù)和傳輸分時操作,本設(shè)計能夠滿足無源溫度采集和傳輸要求。
硬件電路設(shè)計
能量采集電路
LTC3588-1通過從周圍環(huán)境收集環(huán)境光線能量而使遠程傳感器能夠不依靠電池來運作。該器件包含了所有關(guān)鍵的電源管理功能:一個低損耗橋式整流器、一個高效率降壓型穩(wěn)壓器、一個負責接通和關(guān)斷降壓型轉(zhuǎn)換器的低偏置UVL0檢測器、以及一個用于在電源可用時喚醒微控制器的PGOOD狀態(tài)信號,LTC3588-1僅利用5個外部組件即可支持高達l00mA的負載。
無線傳輸電路
CC1100的主要操作參數(shù)和64位傳輸/接收FIFO(先進先出堆棧)可通過SPI接口和MSP430F2274進行連接。工作在433MHz免費ISM頻段免許可證使用。基于FSK的調(diào)制方式,采用高效前向糾錯和信道交織編碼技術(shù),提高了數(shù)據(jù)抗隨機干擾和突發(fā)干擾的能力,在信道誤碼率為10-2時,可得到實際誤碼率10-5~10-6。傳輸距離遠在直線可視情況下,天線放置高度位置>2米,9600bps可靠傳輸距離大于200m(BER=10-3/9600bps);1200bps傳輸距離可達300m(BER=10-3/1200bps)。
溫度采集電路
M C P 9 8 0 0系列溫度傳感器由一個帶隙型溫度傳感器,一個Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),幾個用戶可編程寄存器和一個雙線I2C/SMBus協(xié)議兼容的串行接口組成。工作電流:200μA(典型值)關(guān)斷電流:1μA(最大值),本設(shè)計工作在省電的單次(One-shot)溫度測量模式。
軟件設(shè)計
在軟件設(shè)計方面采用I A R Workbench V4.0為集成開發(fā)環(huán)境[5],軟件開發(fā)流程圖如圖6所示。
結(jié)束語
基于MSP430的無源無線室內(nèi)溫度傳感節(jié)點設(shè)計,具有體積小,工作可靠,安裝方便靈活,可以安裝在玻璃墻上。采用無線傳輸方式,節(jié)省了布線成本,采用無源方式,對比其他采用電池工作的方案,節(jié)省了電池的物料成本和更換的人力成本。配合風機盤管溫控器進行屋內(nèi)溫度調(diào)節(jié),實現(xiàn)綠色建筑節(jié)能。
參考文獻:
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[3] MCP9800 Datasheet[Z].Microchip Technology Inc.,2011
威盛電子高調(diào)亮相高交會
已經(jīng)連續(xù)參展多屆高交會的全球嵌入式平臺及系統(tǒng)解決方案廠商威盛電子,緊扣高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展趨勢,并以“工業(yè)控制、智慧城市、虛擬現(xiàn)實(VR)”等為中心,以動態(tài)的方式,重點展示了在工業(yè)大數(shù)據(jù)、能源管理、智能交通、智能物流、智能制造以及智能顯示方面新近推出的系列解決方案。相關(guān)合作伙伴的解決方案和產(chǎn)品亦在展示之列。
對此,出席展會的威盛集團中國區(qū)總裁陳主望先生表示,“非常期待威盛能在全國最受矚目的科技交流展示平臺,全面地將威盛最新的科技發(fā)展和創(chuàng)新成果同業(yè)界和大眾一起探討和交流?!?/p>
工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺展區(qū),據(jù)介紹,該平臺可與各類數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)無縫整合,直接實時從SCADA、DCS系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù),并可通過預置的二十余種工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)典算法庫,幫助企業(yè)建設(shè)專業(yè)而便捷的大數(shù)據(jù)分析挖掘與可視化展現(xiàn)平臺,實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動制造。
智能能源管理解決方案則是威盛面向有能源管理和節(jié)能減排需求的工廠和樓宇用戶推出,可謂一套“綠色環(huán)?!钡南到y(tǒng)。用戶可將該系統(tǒng)配置在樓層、生產(chǎn)線、車間或設(shè)備等需要進行能源數(shù)據(jù)收集和分析的地方,幫助用戶創(chuàng)建更好的智能能源管理生態(tài)系統(tǒng)。
打出解決“物流最后100米”的智能貨柜展區(qū),展示了威盛面向“網(wǎng)絡(luò)購物一送貨一收貨”環(huán)節(jié)中對于取貨服務的便利需求而推出的智能快遞柜解決方案.該方案可實現(xiàn)快遞包裹的自動收發(fā)和遠程查詢及控制,能夠覆蓋各大社區(qū)及企業(yè)。
VR作為近兩年始終處于風口的那只“豬”,自然也是本次威盛展示的重點。威盛在展位專門部署了VR體驗區(qū),在這里既可以“打怪升級”,也可以“裝修房子”,吸引了眾多觀眾前往體驗。
以嵌入式開道,抓住物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展契機
百度公司董事長李彥宏在近日舉辦的第三屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會全體大會的發(fā)言中說:兩年前我們還在談論移動互聯(lián)網(wǎng),今天我要說,移動互聯(lián)網(wǎng)時代結(jié)束了,未來的機會在人工智能上。另外,物聯(lián)網(wǎng)真正起來的時候已經(jīng)為時不遠。我們每個人都會因為人工智能的到來而發(fā)生改變。
誠然如此,受到移動互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的持續(xù)大量進入和受眾增長停滯的雙重因素影響,移動互聯(lián)網(wǎng)紅利時代面臨終結(jié)。另一方面,物物互聯(lián)的需求與日俱增,向我們展開了一個超過萬億美元級的龐大市場。
揭開這個萬億級市場的冰山一角,嵌入式系統(tǒng)顯然是圈地的利器。而作為一家以芯片研發(fā)為基礎(chǔ),同r作為嵌入式平臺的全球領(lǐng)先企業(yè)之一,威盛在物聯(lián)網(wǎng)的布局早已展開。
據(jù)威盛嵌入式總經(jīng)理吳億盼女士介紹,威盛所面向的物聯(lián)網(wǎng)用戶更多的是企業(yè)客戶。她指出,“跟普通消費者客戶物聯(lián)網(wǎng)市場相比,企業(yè)客戶需要一個集成諸多不同硬件、軟件、無線技術(shù)以及云端技術(shù)的長久耐用并且能夠完美運行的解決方案。而威盛正是憑借其全球豐富經(jīng)驗,為如此苛刻的企業(yè)客戶物聯(lián)網(wǎng)的應用、安裝、投入運營,提供專業(yè)技術(shù)水平服務以及技術(shù)支持,最大限度上滿足客戶需求?!?/p>
對此,吳億盼女士舉例說,物聯(lián)網(wǎng)未來將在交通運輸領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色,它不僅會改善現(xiàn)有業(yè)務效率,如物流業(yè),而且還會在新增值業(yè)務發(fā)展領(lǐng)域改善乘客體驗,衍生新生收入來源。有鑒于此,威盛已經(jīng)為不同的市場領(lǐng)域研發(fā)了一系列特定解決方案,包括為公交車體系制定的威盛BLISS平臺、為火車制定的Wi-Fi服務系統(tǒng)、為物流公司制定的車隊管理系統(tǒng)、為出租車公司制定的智能物聯(lián)網(wǎng)出租車系統(tǒng)、為物流最后100米制定的智能速遞柜方案等。
顯而易見,隨著物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展的不斷膨脹,縱觀未來行業(yè)發(fā)展,人機界面系統(tǒng)的需求將不容小覷。它能夠使工廠的員工和管理層監(jiān)測生產(chǎn)狀況和其他關(guān)鍵數(shù)據(jù),未來在環(huán)境監(jiān)測以及能源消耗監(jiān)測中也會大有裨益。憑借先進的圖形技術(shù),威盛已經(jīng)將此強大系統(tǒng)投放到美國、歐洲市場,這無疑在世界先進的人機界面發(fā)展領(lǐng)域占有領(lǐng)先地位。
由物聯(lián)網(wǎng)而智慧城市,威盛在下很大一盤棋
智慧城市的發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)不可分割,可以說,智慧城市是物聯(lián)網(wǎng)應用的宏觀層面,而物聯(lián)網(wǎng)則是智慧城市的脈絡(luò)節(jié)點和基礎(chǔ)。
陳主望先生認為,物聯(lián)網(wǎng)打破了之前的傳統(tǒng)思維,把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接,進行信息交換和通信,以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。這樣的互聯(lián)互通就會對我們的生活、工作、生產(chǎn)帶來巨大的變革。比如智能交通、智能電網(wǎng)、智能家居、智能消防等的發(fā)展,將大大改善人們的生活體驗和便捷度:而環(huán)境保護、政府工作、公共安全、工業(yè)監(jiān)測等公共領(lǐng)域和生產(chǎn)領(lǐng)域的物聯(lián)應用,則將極大的降低成本,提高生產(chǎn)效率。
藉由威盛在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的卓越表現(xiàn),向智慧城市的深入布局成為水到渠成的事情。
吳億盼女士進一步介紹:威盛在國內(nèi)外許多地區(qū)早已展開并布局參與智慧城市的發(fā)展項目,也陸續(xù)取得了一系列令人欣慰的成果。例如目前在意大利的上萬家郵局安裝的威盛隊列管理系統(tǒng),在包括臺灣高鐵車站、電影院、購物中心等全島中心區(qū)域已投入安裝的威盛視頻墻和數(shù)字標牌系統(tǒng)等。而在大陸,威盛也已經(jīng)實施開展了一些大型智能城市項目,比如重慶周邊的高速公路智能收費亭項目,智能速遞柜方案以及社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)解決方案等。
創(chuàng)新+本土化服務,威盛雙管齊下開拓大陸市場
創(chuàng)新是所有科技研發(fā)行業(yè)最關(guān)鍵的DNA,威盛從PC時代就非常注重創(chuàng)新和創(chuàng)造。據(jù)陳主望先生介紹,從PC時代一直到現(xiàn)在的移動互聯(lián)網(wǎng)時代,威盛始終致力于走在科技的最前沿,從最開始研發(fā)芯片走綠色低功耗之路、到后來推出業(yè)界最小的Mini-ITX標準,到SmartPhone,再到現(xiàn)在的VR,威盛對科技發(fā)展方向的敏銳判斷和快速感知,使其能夠始終保持創(chuàng)造性,占據(jù)行業(yè)發(fā)展的有利地位。
作為一家總部位于臺灣的科技企業(yè),威盛已經(jīng)在大陸深耕15年。對于大家所關(guān)心的威盛在大陸的發(fā)展情況,陳主望先生做出了解答。
他表示,威盛從很早開始就已經(jīng)在大陸進行布局發(fā)展,大陸可以說是目前科技行業(yè)全球最大的市場,威盛在大陸的團隊人數(shù)要遠遠超過臺灣總部,已經(jīng)在北京、上海、深圳、武漢、杭州、貴州等地設(shè)有多個分支機構(gòu)。通過在大陸多年布局和發(fā)展,威盛已經(jīng)具備非常好的本土底蘊和基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】智能建筑;電氣工程;電氣自動化
智能化建筑就是以建筑的平面解析圖為基礎(chǔ)平臺,結(jié)合用戶的需求,安裝建筑物基礎(chǔ)設(shè)備及其管理系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備系統(tǒng)以及安保監(jiān)控系統(tǒng)等等。智能化建筑的出現(xiàn),使得用戶的生活更加方面,同時使其生命財產(chǎn)安全得到了更好的保護,隨著我國居民生活水平的不斷提高,智能化建筑將逐步普及,為社會大眾提供更為舒適、安全的生活環(huán)境。
1 智能建筑電氣自動化的內(nèi)涵與特點
電氣自動化作為一門科學,主要內(nèi)容是研究與電氣工程相關(guān)的系統(tǒng)運行、自動控制、電力電子技術(shù)、信息處理、實驗分析、研制開發(fā)以及電子與計算機等。我國對電氣自動化的研究始于解放后,并且逐步結(jié)合需求設(shè)立了相應的本科專業(yè)。新時期,隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的日新月異的發(fā)展趨勢。呈現(xiàn)出多元化發(fā)展的特點。特別是融合嵌入式、網(wǎng)絡(luò)、通信等技術(shù)后,我們身邊的電氣自動化已十分普遍。
從目前電氣自動化控制應用的實效分析,其技術(shù)優(yōu)勢主要表現(xiàn)在如下幾方面:第一,高效監(jiān)控設(shè)備與系統(tǒng)全工作流程。一些大型建筑結(jié)構(gòu)復雜,電氣系統(tǒng)組件繁多、功能多種多樣,由于傳統(tǒng)運行方式中常常存在管理盲區(qū),一些故障時有發(fā)生。而現(xiàn)代自動化技術(shù)則通過“采集―處理―反饋”模塊,對系統(tǒng)進行實時的數(shù)字化監(jiān)控,能及時將控制中心的指令傳達到系統(tǒng),并將反饋信息同時傳遞到控制中心,確保對整個系統(tǒng)高效、實時、持續(xù)的管理控制;第二,提高了聯(lián)動性。電氣自動化技術(shù)將復雜的建筑連接為一個整體,包括了配電、照明、消防、空調(diào)等系統(tǒng),聯(lián)動實效倍增,解決了電梯系統(tǒng)依照各層用戶流量實現(xiàn)其速度的自動調(diào)節(jié),以及緊急情況下(火災、水管爆裂等)系統(tǒng)的自動識別、判斷,及時實現(xiàn)預設(shè)的應急處理方案,開啟緊急照明系統(tǒng)、調(diào)整水壓或開放噴淋滅火系統(tǒng)等,保證了子系統(tǒng)之間的配置與有效互動;第三,提升了安全性。由于電氣系統(tǒng)容易產(chǎn)生危險、設(shè)備故障、操作失誤以及環(huán)境變化等因素都可能導致系統(tǒng)產(chǎn)生意想不到的災害。而自動化控制有利于系統(tǒng)對異常情況及時作出反應,并可通過遙控模式降低故障避免對維修管理人員的傷害;第四,數(shù)據(jù)完備、計算精確。自動化系統(tǒng)可綜合其操作流程、故障處理等數(shù)據(jù)建立準確清晰的數(shù)據(jù)庫,為后期優(yōu)化的決策提供信息服務。
2 智能建筑電氣自動化技術(shù)應用現(xiàn)狀
伴隨著著房地產(chǎn)業(yè)的突飛猛進的發(fā)展步伐和人民生活水平的提高,住宅小區(qū)建設(shè)的需求量不斷增加,智能化的建筑日益得到關(guān)注,在樓宇智能化中電氣自動化是關(guān)鍵的環(huán)節(jié),自動化系統(tǒng)控制著智能建筑中的空調(diào)系統(tǒng)制冷機組、給排水變電設(shè)備系統(tǒng)等。在辦公室現(xiàn)場可以布置控制燈光,為了更有效節(jié)能控制電燈的開關(guān),可以在人流較多的地方安置人體感應控制,還可以安裝電動窗簾,可以一舉兩得,既遮了擋烈日又節(jié)省了空調(diào)費用,這些自動化設(shè)備的利用,保證了員工工作的方便,提高了員工的工作效率,實現(xiàn)了節(jié)能的目標,一些商業(yè)建筑特別是星級酒店作為多功能服務的高檔場所,在提升室內(nèi)舒適度和提升服務質(zhì)量方面發(fā)揮了重要的作用。
3 電氣自動化技術(shù)在智能建筑中的應用方法
以下將列舉三個應用較為普遍的電氣自動化技術(shù)在智能建筑中的應用方法,拋磚引玉,以供參考:
3.1 自動化技術(shù)在建筑設(shè)備系統(tǒng)中的應用
建筑設(shè)備自動化,是智能建筑中電氣自動化工程的重要組成部分之一,主要包括建筑物管理系統(tǒng)自動化、安全保衛(wèi)系統(tǒng)自動化和能源管理系統(tǒng)自動化三大部分。其中,建筑物管理系統(tǒng)自動化即通過電氣自動化技術(shù)對建筑物的電力、排水、消防等電氣設(shè)備進行自動化調(diào)控、管理,以使其更好地迎合用戶的需求;安全保衛(wèi)系統(tǒng)自動化,即通過對防盜、防火、防災、出入口警衛(wèi)處等電氣設(shè)備進行自動化管理和調(diào)控,進而實現(xiàn)對建筑物及用戶安全的保護;源管理自動化,即通過自動調(diào)控建筑物供暖、制冷等設(shè)備,在維持較好的室內(nèi)舒適度的情況下最大限度地解決能源。
3.1 自動化技術(shù)在智能報警系統(tǒng)中的應用
以往,智能報警系統(tǒng)主要依賴視頻監(jiān)控技術(shù),通過室外攝像機對智能建筑中的電氣設(shè)備進行監(jiān)控,一旦發(fā)現(xiàn)異常便打出報警,并提醒工作人員加以處理。但由于室外攝像機受外界換幾個和電力負荷的影響,其溫度繼電器、冷卻部件、加熱器、雨刷等經(jīng)常發(fā)生故障,影響報警系統(tǒng)的正常工作。而在當今的智能建筑中,通過電氣自動化技術(shù)的應用,已經(jīng)能夠較為全面地對智能建筑電氣設(shè)備的運行情況進行檢測、預警和控制,并在出現(xiàn)異常時及時發(fā)出信號,使得整個智能建筑電氣系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性得到了更有利的保障。
3.3 自動化技術(shù)在電梯系統(tǒng)中的應用
隨著超高層建筑的逐漸普及,電梯已經(jīng)成為現(xiàn)代智能建筑的必備電氣設(shè)備之一。如今,電氣自動化技術(shù)已經(jīng)被普遍應用于電梯系統(tǒng)的檢測和控制,電梯設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)與中央計算機連接,并受其管理和控制,一旦發(fā)生異常,導致電梯不能正常工作時,監(jiān)控系統(tǒng)將及時將信息傳達到中央計算機,發(fā)出警報并提醒工作人員及時處理。
4 總結(jié)
綜上所述,隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和科技實力的不斷增強,智能化建筑已成為建筑領(lǐng)域的主流發(fā)展趨勢,電氣工程作為智能建筑工程施工的重要組成部分,其自動化水平與應用范圍,將直接決定智能化建筑服務性能的高低。因此,建筑電氣設(shè)計與施工從業(yè)者,應不斷提升自身對智能建筑電氣工程及其自動化技術(shù)的認知水平,積極借鑒國內(nèi)外先進技術(shù),不斷提升智能建筑自動化電氣系統(tǒng)的設(shè)計能力與創(chuàng)新能力,為智能化建筑的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。
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