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基于Niagara软件框架搭建厂务设施能耗管控示范平台(EC-IoTTB2018-1002)

1     实验平台名称

基于Niagara软件框架搭建厂务设施能耗管控示范平台


2     发起单位

北京拓普趋联科技有限公司(Tridium,霍尼韦尔旗下全资子公司)


3     实验平台目标和概述

    工厂能耗管控是对工厂重点用能单位及能源供应源头实施全面数据采集,实时监控管理,加强仪表计量,全面分析数据并制定有效的优化调整策略。将工厂厂务设施及生产相关的能源消耗纳入能源管控中心系统和集成管理平台。

    近年来工厂企业响应国家号召,在节能减排和可持续发展方面,不断加大资金投入和技术研发革新力度,充分认识到节能工作的重要性和紧迫性,不少企业建立能耗管控中心系统(Energy Management System,EMS),努力实现经济效益突出、资源利用合理、环境清洁优美、环境与经济协调发展的目标,把智能工厂建设成为一个资源节约型工厂。

    而Tridium的Niagara Framework® 是物联网开放式软件框架平台,提供了一个完整的设备到企业级应用的统一开放平台,用于集成、连接和管理任何协议、任何网络、以及分散在不同区域的智能设备和子系统。基于平台化的集成管理和应用开发,有效实现企业与远程智能设备和系统进行互联互通互操作,从而帮助企业打造全透明的智慧工厂设备设施集成管理系统,为企业带来各种增值服务。

本测试床涉及的厂务设施能耗管控平台的打造是Tridium践行和助力企业实现工厂智能化技术路径的两条主线之一。


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4     应用场景介绍

    EMS是现代信息技术在企业能源管理中的综合应用,是工业化和信息化相互融合实现节能增效降耗的重要手段,通过采用自动化、信息化技术和集约化管理模式,对企业能源的生产、输送、分配和使用环节实施集中监控,优化能源配置,提高能源管理水平。

基于Niagara软件框架实现的厂务设施能耗管控平台旨在利用Niagara Framework®的软硬件分布式部署架构,对企业电、水、气以及可再生能源等主要能源输配和消耗环节实施动态监控和数字化管理,改进和优化能源平衡,真正实现从边缘到平台甚至云端的“全互联与全融合”、优化并创造价值。


4.1    预期成果

Ø  基于Niagara软件框架技术,对企业分布全球的工厂设施进行统一的监控和管理;

Ø  为企业进一步的统一报表、中央数据分析和系统整合提供了条件;

Ø  高度标准化的设备模型和培训体系,保证全球不同地区按照统一标准进行建设和联网;

Ø  利用Niagara系统的开放性,兼容不同系统和设备,满足不同地区工厂对于能源系统不同要求;

Ø  符合IT系统对于数据管理、网络安全的要求,100%兼容企业现有IT基础架构


4.2    技术的示范效应

通过开放架构,将离散的智能设备和子系统有机连接, 实现工厂透明化; 通过分布式实时数据库平台,将设备海量实时数据准确完整记录下来;通过可视化大数据分析工具,为企业决策提供实时可靠的数据决策支撑。

基于Niagara Framework® 的嵌入式网络控制器JACE®,轻松将不同工业总线,不同协议的离散智能设备无缝整合到一个统一的实时数据库平台上来,同时利用基于Niagara Framework® 的大数据可视化分析框架Niagara Analytics Framework,为企业提供全面、及时、有效的大数据分析运算,为企业的生产过程的持续优化提供有力的数据决策支撑。


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4.3    商业价值

    基于Niagara Framework®作为EMS系统的基础架构企业可以实现在全球工厂进行安装和部署,在本地工厂中对能源相关的水、电、气等不同设备和系统进行集成和整合,并且基于企业统一标准的设备模型对数据进行标准化,利用Niagara特有的模块化技术和完善的认证培训体系,全球不同应用能力系统集成商的生态体系,可以根据本地工厂的要求进行项目实施,同时保证了全球数据的统一性,IT部门可以精确的构建这个巨大的数据仓库和系统。这个测试床平台项目的建设有以下几点优势:

·       支持国家能源消减目标,支持政府能源改造项目和系统调试的评测

·       提供了统一、灵活、开放的系统集成平台,方便集成老设备和新建设施,改进设备设施使用寿命

·       提高运行效率,对成本、能源开销、人工都做出了优化

·       为数据提供可视化工具,统一数据结构和信息标准,持续改进企业管理水平

·       为企业决策运维提供有效数据支持


4.4    社会价值

    国务院《关于加强节能工作的决定》明确了“十二五”期间我国节能减排的目标任务和总体要求,国家发改委会同有关部门制定了《节能减排综合性工作方案》,对工业企业的节能减排做出了明确规定;2015年工信部制定了《企业能管中心建设验收标准》,对各企业的节能减排和能源管理提出了更高的要求。

    而基于Niagara软件框架构建的厂务设施能耗管控平台实现了系统性节能降耗,打造了集生产装备自动化、生产过程管控、能源高效管理与调度为一体的工厂级管控体系,彰显了企业维护绿色环境和坚持可持续性发展的社会责任和使命。


5     实验平台技术可行性

    该智能厂务设施能耗管控平台,利用Niagara软件框架的软硬件产品,采用分布式网络灵活部署,快速形成一体化信息融合架构与方案,从而帮助集团型企业信息轻松跨域工厂地域分散、设施设备类型异构、运营流程及管理平台标准不统一的限制,实现分布架构之弹性部署、通讯集成之互联互通、融合运算之优化重组、数据分析之智能应用。


5.1    物理平台

    涉及厂务设施比如暖通空调、照明、压缩空气与真空、热泵、纯水、自来水、洁净室等设施联网监控,工厂外围设备比如安防、消防、周界、电梯等监视,以及生产车间环境参数比如温湿度、PM2.5等监测,这些物理设备通过PLC/DDC控制器或者智能感知传感器的本地就近安装,由装有Niagara操作系统的嵌入式硬件JACE完成网络部署,实现边缘侧的计算存储以及区域自治,同时分布式架构实现端到中心管理平台(或者云平台)的互联互通。


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上图是当前架构,初步实现互联工厂的目标。基于Niagara强大的连接功能以及Honeywell/Tridium生态能力,未来会结合更多的数据分析和人工智能等技术,帮助企业完成数字化转型,全面实现工厂智能化。


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5.2    软件平台

    Niagara软件框架是基于“面向组件开发”(Component Oriented Development)的。组件即为一个可以“自描述”的软件,可以用来“组装”成一个新的应用程序。以组件为中心的软件框架可以:

Ø  数据标准化:组件提供了一个模型,可以将遵循不同集成协议、采用不同通信网络的集成设备的数据和特征,进行标准化,使得他们可以被无缝连接。

Ø  开发图形化:组件的组装工作可以使用Workbench中的图形化工具, 这就使得我们不需要Java开发人员就可以轻松搭建一个应用。

Ø  应用可视化:组件为应用提供了卓越的可视化能力。因为组件是“自描述”的,所以通过工具很容易看到应用程序是如何组装的、配置的,也能及时获取点的当前状况。这对调试和维护应用程序带来极大价值。

Ø  软件重用化:组件可以使软件重用。Niagara支持自定义开发和对框架的扩展。开发者可以在同一的开发环境下,在无需考虑具体数据格式和协议的情况下,扩展Niagara的组件。

    Niagara软件框架包括如下图的三个层次,五个组件库,分别是Baja基础组件,平台服务组件,驱动组件、企业组件、用户界面组件。


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5.3    数据通讯接口

    Niagara中间件技术南向设备侧支持多种物理接口,包括以太网、RS232、RS485、LON、CAN等;多种现场通讯协议支持,包括BACnet、MBus、LonWorks、ZWave、Profinet、Ethernet/IP等;北向通讯全部使用SSL加密通讯,包括MQTT、OPC UA 、HTTPS、RESTFUL等相关的管理协议。

    Niagara对下连接的都是工业系统、设备,绝大部分都是非安全协议,JACE做了一个很重要的工作是隔离非安全协议,JACE在数据上行的时候可以使用标准的SSL通讯。

 

5.4    安全措施

Niagara物联网中间件技术符合Cyber Security网络安全标准,软件内核基于Internet设计, 所以系统安全是高度重视的, 包括:1, 严格的授权体系; 2, 防暴力攻击, 3, 代码签名, 4, 启动安全, 5, 数据传输加密-SSL 最高支持4096位加密证书等。

    Niagara提供证书管理、加密传输、安全邮件、用户认证、授权管理五个管理套件,从通信、认证、访问三个维度来保证站点安全性。

Ø  安全通信:

·       提供服务器识别验证功能,在证书管理器中建立有效的数字证书用以验证服务器身份,这可以有效的防止“中间人攻击”和“欺骗攻击”。

·       对platform通信、fox通信、http通信均提供数据加密功能,可以在数据传输时有效防止窃听,用户还可自定义密钥的长度。

·       提供对Email通信的安全加密,用户可以在Email Service中进行配置。

Ø  用户认证:

    用户认证系统只允许合法的用户或者其他站点通过网关配置开发API工具及Web浏览器访问本站点,从而防止恶意攻击。用户可以使用Authentication Service创建不同的认证策略,并在User Service中赋予不同的用户不同的方案和密码。

Ø  授权管理:

   授权管理可以定义各个用户对组件、文件和历史各种资源的访问、修改权限。网关提供了基于角色的访问控制功能,用户可以通过Category Service设置各种资源的分组,通过Role Service来定义权限,通过User Service来修改用户的角色。

    Niagara采用了一系列安全防护措施,已可靠的保证了信息安全,但这些安全防护措施还仅限于被动方式,而且安全防护从来不是单个产品的事情,安全的提高必然带来性能的降低,对于安全要求高的应用场景,应当安装专业防火墙和网络防护设备来进行主动监测和威胁情报的安全防护措施。


6     和ECC技术及测试台的关系

6.1    ECC总体架构

    Niagara是融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台,满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全和隐私保护等方面的关键技术环节需求。

Niagara的云/边缘计算架构,实现近场装置、设备及系统的智能控制,解决了因为网络延时而带来的不确定性问题,在减轻云端负担的同时也兼顾云计算和终端的协调。

Niagara的分布式架构,既方便了单一厂务能耗管控平台的搭建,也促进企业厂务设施与生产制造执行系统、企业资源计划等多个生产管理运维系统对接,真正实现企业全厂信息融合。


 

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6.2    ECC实验平台


7     交付件

    交付基于Niagara软件框架搭建的智能厂务设施能耗管控示范平台(厂务设施场景选定、JACE网络信息控制器、Niagara Supervisor服务器部署、平台应用软件功能开发)


8     实验平台使用者

    相关企业或工厂可利用实验平台搭建厂务设施能源管理或能耗管控平台,通过相关子系统接口开发,完成实验平台综合集成。


9     知识产权说明

实验平台的知识产权由平台的参与方所有


10  部署,操作和访问使用

可部署在互联网,根据申请或相关用户管理权限设置明确Web访问权限。                                                                               


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