以TwinCAT 3 软件为高效核心的嵌入式控制器的集成式数据记录解决方案

    在优化公共建筑中的能源管理过程中，需要在尽可能短的时间范围内能源监控采集有关用水、电、热量资源消耗的信息。这一点，德国亚琛市市区（StadteRegion Aachen）一直是亚琛市的范例。亚琛针对楼宇管理的自营市政企业和 IT 服务提供商 regio iT 有限公司，共同实施了 e2watch 监控系统，以便加强能源监测。这项技术使用基于 Beckhoff 设备的集成式数据记录解决方案。

    使用 e2watch 能源监控系统，楼宇用户可以通过互联网查看能源消耗数据，有兴趣的市民也可在可自由访问的区域进行了解。这一透明性使得楼宇用户对经济地利用能源更加敏感。通过内部工作区，楼宇管理人员能够接收详细的评估报告，通过它可以确认并详细分析故障原因或能耗增加的原因，从而可以迅速解决具体的问题。

存储在云中的能源数据可以使用 e2watch 监控系统方便地分析


 

    e2watch 拥有丰富的应用经验

    从2007 年开始，亚城市从前期项目 E-View 起就一直十分关注能源监控。新的 e2watch 系统定位为 E-View 的替代方案，数据的迁移目前正在进行中。来自亚琛市能源管理部门的 Markus Lehmenkuhler 阐述道：“自 2007 年以来，就节约了近600,000 欧元的能源成本，这很好地说明了我们的能源监管方案的成功。”目前，能源监控系统覆盖了包括学校、儿童福利机构、行政大楼、游泳池及其它运动设施等近200 个机构中。e2watch 能源监控系统初步计划将运行到 2015 年底，主要应用于在市区的行政范围内的一些机构，目标是通过新技术获得更过的经验。面向更多机构的应用已列入未来几年的议程。

    相互关联的机构中总共包括 1000 个测量点，每15 分钟广播一次数据。日积月累，信息量会非常巨大，系统每天收集约 10 万条数据记录，每个流量表获取 200 个字节的数据量。这为分析、故障查找、消耗量预测，以及 — 从长远来看 — 为评估优化水平提供了一个全面的数据基础。

    Markus Lehmenkuhler 详细描述了成功实施这样的能源监控系统的所需：“能源监控要在极短测量周期中实现，要求数据自动传输和自动采集。这包括通过M-bus 协议与流量计的简单连接，分布式缓存现场能源数据和可靠地传输数据到 regio iT。”

在整个德国，约有 5000 到 10000 栋单一用途的楼宇使用具有云连接功能的智能能源概念，如 e2watch

    带分布式数据记录器的嵌入式控制器，用于连接 BDM

    数据的采集、保存和传输是通过分布式数据记录器来分别实现的。基于Beckhoff 的集成式解决方案，大大减少了现场安装费用。一台装有 TwinCAT 3 自动化软件的 CX 系列嵌入式控制器是分布式数据记录器的核心部分。KL6781 M-bus 主站端子模块用于方便地将流量表集成到控制系统中。此外，数据记录器可以通过 e2watch 访问入口简单地连接和调试，无需专门的 TwinCAT 知识；并且无需编程。

    数据记录器采集现场测量数据，在本地缓存，并在可自由配置的时间将e2watch 系统中regio iT 的信息同步。对于具体的故障诊断，还有一个可以直接启动数据传输的选项。Markus Lehmenkuhler 说道：“数据从数据记录器传输到 regio iT，regio iT将数据准备好并保存在一个大数据管理系统（BDM）中，作为 e2watch 能源监控系统的基础。”

    集成全功能的标准OPC UA（统一架构）协议用于将数据传输给 BDM。作为 OPC UA 客户端，控制器通过微软的 SQL 数据库将信息推送到 regio iT 的 BDM中，进行进一步的分析。在客户端方面，即包含数据记录器的嵌入式控制器上，使用基于 PLCopen 标准化的 OPC UA 客户端（用于数据传输）的 TwinCAT 3 PLC （逻辑上）和数据库服务器（作为本地缓存）。在 regio IT服务器侧运行 TwinCAT 3 和 OPC UA 服务器。

    确保效率、安全性和灵活性

    正如 Markus Lehmenkuhler 说的，基于 PC 的数据记录在实际应用中带来了很多好处：“首先，整套系统来自同一个供应商，这给我们带来了很大的好处。相应地，这使得安装更加简单，无需额外的接线工作，并最大限度地降低出错频率。其次，基于PC 控制技术的 Beckhoff 公司提供了一个业界认可、功能强大、适应性强且可自由编程的系统。使用TwinCAT 3，可以在应用的程序开发中使用面向对象的编程。这适用于基于M-bus 协议和其他不同但仍非常相似协议的流量表型号，因为相似性可以被非常有效地通过面向对象的编程来实现。”

德国亚琛使用的数据记录器高度和宽度约为 40 厘米，需要很少的空间，作为集成式解决方案可以毫不费力地安装

    此外，数据安全也同样重要。OPC UA 提供数据传输的安全性选项，符合 IEC 62541 标准。连接需要的“仅是”一个带 NAT 和/或 SPI 防火墙的路由器；与使用的连接技术（DSL，ISDN，模拟量）都是不相关的。无需另外的 VPN 连接，所以没有额外的硬件成本或管理任务。

    Markus Lehmenkuhler 认为基于 PC 的数据记录器高度灵活性是另一个优点：“原始的 M-bus 数据记录器的远程维护功能很差，并且相当不灵活。在系统迁移势在必行的背景下，TwinCAT 不仅能实现过去的基本功能,还拥有丰富的附加值。”几乎任何测量间隔时间的数据都可以在本地嵌入式控制器中保存。超过 100,000 个测量周期，每个周期 40 个测量点，在测试中都无错的保存。在 Markus Lehmenkuhler 看来，这种高性能的缓冲器尤其重要，保证即使在测量点和 BDM 之间的连接中断情况下，也没有测量数据的丢失。