第一章 概述

（一）前言

      2012年2月14日，工业和信息化部发布了《“十二五”物联网发展规划》(下称“规划”)，这也是我国物联网发展的首个五年规划。《规划》指出，到2015年，中国要在核心技术研发与产业化、关键标准研究与制定、产业链条建立与完善、重大应用示范与推广等方面取得显著成效，初步形成创新驱动、应用牵引、协同发展、安全可控的物联网发展格局。

      中国是能源消耗大国，因此“节能”对我国来说具有非常重要的意义。李克强总理指出，2013年节能减排工作取得了新进展，在2014年任务将更加艰巨，要在保持经济增长7.5%左右的情况下，实现单位GDP能耗下降3.9%的目标，十分不易。尽管经济存在下行压力、稳增长面临挑战，但仍要坚定不移地推进节能减排，努力走出一条能耗排放做“减法”、经济发展做“加法”的新路子。

（二）目前发展现状

      目前国内外物联网自动化控制系统需要采用统一的硬件品牌及复杂的固定联锁逻辑编程，一旦发生逻辑变化就需要专门的技术人员进行现场编程，系统建立和维护成本极高。以PLC及组态软件组成的远程节能控制系统为例，因为协议固化在PLC主机中，不能支持用户原有的变频器等设备通讯协议，只能通过硬连接对变频器进行状态采集与控制，每个变频器与控制器都需要多条连线进行连接，施工部署复杂，故障点多，无法获取更精准的状态数据，因为采用组态软件，最多只能支持256路的控制通道，而且无法做到实时通讯与控制。

（三）需求分析

      本方案采用云计算技术研发出新型的云计算自动化节能控制系统项目，所有控制终端同时连接到云计算服务器，云计算中心服务器采用多端口、多进程、多线程复合通讯技术，能够支持极大量的终端同时连接，并且能够做到实时数据传输与控制。另一方面可以通过控制中心对不同的终端设备进行协议设置，云计算服务器会将协议透传给终端设备。达到节能减排、保护环境的目的。

      1、项目建设是民生所向。现阶段，中国经济的飞速发展在较大程度上是以环境污染为代价的，供热行业、火力发电等产业造成了严重的环境污染。通过燃煤产生的可吸入颗粒物成为影响民生健康的重要因素，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大，所以节能减排势在必行！

      2、项目建设是建设节约能源型社会的需要。当前我国正处于工业化、城镇化加快发展的阶段，能源资源的消耗强度较高，特别是粗放型的增长方式还没有得到根本转变，高投入、高消耗、高污染、低产出的情况依然普遍，加大了能源资源的紧张程度和环境压力，资源环境约束和经济快速增长的矛盾，已经成为我国经济社会发展面临的严峻挑战。党的十六届五中全会提出，把节约资源作为基本国策，加快建设资源节约型、环境友好型社会。

      3、项目建设是行业发展趋势。随着社会技术的发展，城市管理部门及企业对自动化控制与节能控制系统的需求越来越多，用户控制能力、控制通道数量、采集数量、远程控制等要求越来越高，同一用户的终端品牌及品种会有很多种，并且会随时增加新的品牌设备，协议千变万化，随着采集点与终端数量越来越多，原有技术的承载能力已经远远达不到用户的需求。由于控制数量及通道的增加，用户需要处理能力及存储能力更高的服务器，需要建立自己的数据中心，需要很大的投资。

      4、项目建设为国家科技规划及相关政策重点支持发展领域。科技部发布《国家“十一五”科学技术发展规划》提出：面向国民经济重大需求，加强能源、资源、环境领域的关键技术创新，提升解决瓶颈制约的突破能力。突破节能关键技术，为实现单位国内生产总值能耗降低20%的目标提供支撑；在若干重点行业和地区建立循环经济技术示范模式，提高资源综合利用效率；基本控制环境污染，初步遏制生态恶化的趋势。

（四）方案的目的及意义

      本方案采用基于云计算核心的物联网自动化控制系统，可完美取代老式的PLC系统，广泛应用于智慧城市、工业自动化控制、智慧农业、热网远程节能控制、路灯远程节能控制以及环保、电力、化工、冶金、造纸、纺织、机械加工、制造领域等大能耗项目中，并通过该系统的实施达到节能降耗、降低大气污染的目的，促进社会经济的可持续发展。

第二章 公司简介

（一）关于我们

      智慧云谷(Wiscloud)成立于2007年，拥有一流的研发设计团队，始终坚持自主创新，公司拥有自主知识产权的嵌入式操作系统，Wiscloud nebula protocol（星云自动组网协议），WisOS云计算操作系统，为用户提供全球领先的物联网、云计算、游戏等软硬件产品及平台服务，主要产品有：

      物联网&云计算

      基于云计算核心的工业自动化控制设备及云计算控制平台；

      基于云计算核心的自动化节能控制设备及云计算控制平台；

      基于云计算核心的iWiscloud智慧家居控制中心；

      全球领先的无线环境及空气质量传感器；

      具有自动电流及故障检测功能的无线自组网触摸开关；

      全球领先的无插件多人实时网页/手机游戏平台。

      “云”是公司产品的“代言人”，所有产品都是基于云计算核心。

      公司网址：http://www.iwiscloud.com/

（二）硬件基础

      智慧云谷拥有功能完备的大型云计算数据中心，采用先进的网络框架设计，电信、联通、移动千兆光纤接入，目前存储能力已达PB级以上；CDN负载均衡，实现数据更快更稳定的传输；异地替换方案，保证了数据不会丢失，当一个数据中心发生故障时，异地的数据中心会立刻将工作进行替换，确保我们稳定的服务；多台在线式大功率智能UPS可提供48小时以上的后备供电设备发电机；同时数据中心有几十台小型机、大量高端服务器、大型磁盘阵列等设备。强大的硬件设施使我们拥有强大的运算能力，灾难应对和恢复力，能为用户提供高速、安全、稳定的数据服务。

第三章 系统总体设计

（一）系统设计原则

      本方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。其具有以下原则：

1、先进性与适应性

      系统的技术性能和质量指标达到国际领先水平；同时，系统的安装调试、软件编程和操作使用简便易行，容易掌握，适合中国国情和本项目的特点。该系统集国际众多先进技术与一身，体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要求。同时系统是面向各种管理层次使用的系统。其功能和配置以能给用户提供舒适。安全、方便、快捷为准则，其操作应简便易学。

2、经济性与实用性

      充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计选用功能和适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能价格比，以便节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求，经济适用。

3、可靠性与安全性

      系统的设计具有较高的可靠性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统具有一整套完成的系统管理策略，可以保证系统的运行安全。

4、开放性

      以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状的发展趋势，可以消防、防盗、聚光系统实现联动，可实现远程控制。

5、可扩充性

      系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。并根据今后该项目工程的实际要求扩展功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。

6、追求最优化的系统设备配置

      在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化的系统设备配置，以尽量降低系统造价。

7、保留足够的扩展容量

      该项目设置的控制容量保留一定的余地，以便在系统中改造新的控制点；系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口；也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用。

8、提高监管力度与综合管理水平

      本项目系统设备控制需要高效率、准确及可靠。本系统通过中央控制系统对各子系统运行情况进行综合控制，时时动态掌握监视及报警情况。闭路电视监控大大减少劳动强度，减少设备运行维护人员；另外，系统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行，在最佳情况下运行，既可节能，又可大大减少设备损耗，减少设备维修费用，从而提高监管力度与综合管理水平。

（二）系统结构

      智慧云谷基于云计算核心的物联网自动化控制系统(IOTACS)，能够将多达几十万台的控制终端同时连接到云计算中心，可以在同一平台下对多个地区，多个控制点进行集中控制，更能够进行大范围综合计算与综合控制（比如在热网控制中进行管网平衡控制），更可以对整个城市的水、电、暖、气、公共设施进行一站式控制。

（三）系统特点

1、基于云计算核心

      Wiscloud IOTACS 基于云计算核心，分组控制与用户不需要自建服务器，不需要固定IP，只要一台能够上网的电脑/平板/手机即可通过云计算平台对多个地区的多个终端进行控制，所有数据记录在云计算数据中心，数据永不丢失，可以方便的进行历史数据查询与分析。

2、最强的控制能力

      Wiscloud  IOTACS终端主机具有5个485及232通道以及12个专用扩展通道，核心系统支持线程模式，可同时采集多个通道的数据，通过扩展通道可以扩展大量的采集模块以及抄表模块，通过云计算中心能够对每个扩展模块的控制通道进行采集控制，单个终端主机可扩展至多达4096个A/D通道，1792个IO，1024个RS485接口以及512个12位D/A通道，具有极强的扩展及控制能力。

3、无需任何编程

      Wiscloud  IOTACS 终端机采用触摸屏一体化设计，在施工部署时不需要任何的编程，具有完美的模糊控制理念及控制算法，可以将所有输入输出接口进行任意组合控制，并且可以完全脱离云计算中心自动运行，也可以通过云计算中心进行极端复杂的流程控制。

4、开放&开放

      Wiscloud开放所有控制终端、控制模块、云计算平台接口，软件企业可以用自己的软件对IOTACS进行控制，形成自己的软/硬件自动化控制产品，物联网及自动化控制企业可以将硬件接入到Wiscloud的云计算平台中，通过云计算平台进行实时通讯，实时控制，并可集合大量终端进行综合控制，并能够将历史数据保存到云计算中心，网站开发企业通过IOTACS的云计算中心及控制终端接口可以在网站上对任何的硬件进行控制。有了IOTACS，软件企业硬了，硬件企业云了，世界将因我们而改变！

（四）系统功能

      1、基于云计算平台：拥有自己的云计算中心，无需自建机房和数据中心，可以在手机、平板等任意终端连接到云计算中心，进行高效率的数据运行及运算能力,并可以在云端对所有设备进行设定，实现了随时调用，随时监管，随时控制。

      2、系统成本低：省去了PLC系统自拉光纤、自架服务器、购买UPS和蓄电池等额外的财力消耗，同时也省下了后期昂贵的系统维护费用。国内首个可以实现换热站无人值守的供热远程控制系统，为供热公司节省劳动力资源和雇佣工资。

      3、控制能力强大：单机可承载1万以上的终端连接数量且运行毫无负担。物联网控制终端主机具有5个485及232通道以及12个专用扩展通道，嵌入式软件开发时采用了线程模式，可同时采集多个通道的数据，通过扩展通道可以扩展大量的采集模块以及抄表模块，终端主机能够将扩展模块的数据自动打包上传到云计算中心，也可以通过云计算中心对每个扩展模块的控制通道进行控制，单主机通过扩展可实现多达2048以上通道的数据采集以及控制。

      4、扩展能力强大，扩展方便快捷：可达到无缝扩展至10万以上的终端连接数量，独自研发的物联网终端设备的透传协议，使后期新增扩展模块时无需重新编程，模块的通用性强，自带输入、输出、485、Mbus、模拟量采集适应用户的新增需求。

      5、稳定性强：一体化开发的自有系统，直接集成通信模块，信息实时传输、反馈、报警、处理，并针对热网节能专门开发的主机采集模块、抄表模块和一系列模块，更适合热网节能应用。因为这是配套的立项开发，所以运行更加稳定，我们的主机高度集成化，把触摸屏的控制、DTU和主机的处理部分、以及采集部分、下位机通信部分集成一体，任何节点的损坏都不会影响整个系统的运行，运行更加稳定。

      6、人性化服务：支持地理信息系统，触摸屏终端可随时提供动态数据，提供热网运行的评价指标，提供对运行分析和参数预测所需的各种温度、压力和流量分配的图表以及生成标准的水压图，对同类参数进行分析比较，并可进行人性化参数重置。

      7、后期运维方便：系统不需要专门维护，一旦发生故障，根本不需像老式系统那样等待专业人员现场编程调试，只需请电工按照操作要求重新安装备选模块即可，傻瓜式操作，方便快捷，时效性高。

      8、节能量大：国内节能率最高的物联网云计算远程节能控制系统，节电高至40%，节煤高至10%。 

      9、兼容性强：能兼容并学习市面上几乎所有品牌的热表、压力表等设备的协议，进行远程操作，无需配备指定设备，利于厂家控制设备成本。

      10、服务持久：热网节能控制系统将与公司系统同步升级。

第四章 IOTACS应用解决方案

（一）基于云计算核心的物联网热网节能控制系统

      中国是能源消耗大国，因此“节能”对我国来说具有非常重要的意义。李克强总理指出，2013年节能减排工作取得了新进展，在2014年任务将更加艰巨，要在保持经济增长7.5%左右的情况下，实现单位GDP能耗下降3.9%的目标，十分不易。尽管经济存在下行压力、稳增长面临挑战，但仍要坚定不移地推进节能减排，努力走出一条能耗排放做“减法”、经济发展做“加法”的新路子。

      智慧云谷建立了一套基于物联网云计算技术能源管理控制与服务系统，由云计算数据中心、智能终端及各种管理分析软件组成，系统将热力公司换热站及公共建筑控制系统实时连接，进行数据采集、存储到云计算中心数据库中，调度管理人员可以通过智慧云谷云管控平台进行实时监控，并对运行数据进行查询、统计、分析，也可以下达控制指令，调整运行曲线参数等工作，通过智慧云谷供热控制系统，可以为热力公司提供专业高效的服务，同时也为热力公司的控制调节，节能分析提供基础平台，大大降低运行管理费用。

      安装节能控制系统以后，每平方米可节能20%左右，冬季供热每采暖季每平方米的耗煤量是22.5千克，按1吨煤会产生5000大卡热量计算，每采暖季每平米消耗的热量为112.5大卡，安装节能自控系统后每采暖季每平方米将会节约22.5大卡的热量，即节约4.5千克的煤。按照每节约1度（千瓦时）电就相应节约了0.4千克煤计算，将会节约11.25度（千瓦时）电。那么每采暖季每100万平方米将节约11250000度电。每100万平方米约有50个供热站，一个供热站水泵的耗电量约为500千瓦时，安装节能自控系统后将会节约30%的电量，即节约150千瓦时，一个采暖季供热站水泵将节约21600000度电。所以每采暖季每100万平方米节约煤4500吨，按照每节约一吨煤国家补贴300元，一吨煤的价格为1000元计算，获得补贴和节约燃煤的价值共为585万元。对推动供热体制改革，促进热计量及节能改造，为加快建设节能型社会的步伐具有重要意义，社会效益显著。

1、对供热公司的好处

      采用以云计算为核心的物联网节能自控系统，供热公司不需要建立自己的数据中心、不需要光纤接入和申请固定IP，只需要有一台可上网的电脑即可对各换热站乃至用户的数据实时采集及控制。

无人执守的热网自控终端很好地实现了对换热站设备的自动控制，提高了供热质量。在满足用户需求的前提下，节约了大量的人力、物力资源，减少了不必要的浪费。同时管理人员可更清楚地了解各个换热站的运行数据，使管理更加精准。

在热网的平衡控制方面，可以均衡各用户室温，避免因热网的水平失衡，用户垂直失衡，而造成用户冷热不均现象。也就避免了为使冷的用户达标，而致使热的用户超温，造成热能浪费问题。有效地提高供热管理水平和热力系统的运行效率，进而有效地提高了公司的效益。

2、对政府的好处

      可以通过统一的云计算平台监控到每一个供热站的供热状况和城市居民家中的温度状况，这样就可以很好地对供热公司的供热进行监管，如果发现供热出现异常可以及时通知供热公司，有效地提高了政府的监管力度和工作效率，塑造政府服务为民的形象。同时积极响应了国家节能降耗以及建设智慧城市的号召。

3、对用户的好处

      这个系统能够兼顾换热站及其用户的特殊需求，能够满足间歇式采暖和按流量计费要求，如果用户某段时间不在家中居住，可以关掉家中的供暖总阀，节约了能源。用户通过统一的云计算服务平台可以随时查看家中的供热状况，还可以自行调节家中的供暖温度，在下班回家的路上，可以通过手机远程遥控打开家里的暖气，营造一个舒适宜人的居家环境。

（二）智慧路灯

      城市公共照明是与城市生活息息相关的重要公共基础设施，我国城市公共照明用电量已占全国电力生产总量的 5% ！推广智慧公共照明系统、降低电网压力及节能减排势在必行！

      日益增长的城市公共照明规模与落后的公共照明管理方式产生了剧烈矛盾，具有信息化水平低、运维费用高、电能浪费严重等突出问题。

      智慧路灯通过物联网路灯远程节能自动化控制系统可以实现路灯的远程集中控制，也可以实现路灯单灯的控制。在一个路口安装一个路灯控制柜就可以对路口四个方向的路灯实现控制。通过云端可以远程全部开/关路灯；也可以通过云端对单条路段的控制，实现每一个路段、每一个路灯的电流的精确检测以及路灯的情况，实现路灯的智能化。

1、远程控制，节约电能，延长路灯寿命

      远程路灯控制系统通过云端也可以远程对路灯定时开关、远程开关、感应开关，对单灯、街道、街区灵活控制，可自行定制任意时刻任意区域的调光值，按日、周、月、年排定调光计划。

      1、如在人流量、车流量少的路段路灯设置成19：00启动，22：00点关闭，在后半夜时间段启动感应模式，在路灯的灯具内安装感应传感器，当有移动物体即将经过时，前面光线增强，经过后传感器测不到人车就自动恢复原先设定的亮度或完全熄灭，也就是人走灯灭，人来灯亮的形式，此功能大大节约能源延长路灯使用寿命；

      2、或者在人、车流量多的路段路灯设置成后半夜将路灯电压下降10%，此时照度仅下降1%，同时夜间人眼已适应黑暗环境，瞳孔进光量变大，因此毫不影响视线；

      3、节能效果显著，通过功率的调整和路灯的控制，可以达到80%的节能率。

2、定制照明规则，完全实现按需照明

      照明的首要目的是保障道路交通的安全，车流、人流、天气、环境光照、位置、亮化美观等因素都是实现按需照明需要综合考虑的因素，按照区域和街道和时间段分别设置路灯开启规则。

      1、如对重点防范区域路灯全部开启，安全地段、有防护栏路段、后半夜人流量很少路段则按比例开启和控制路灯（仅开道路内侧灯或外侧灯、循环式隔杆开灯、保持视觉照度的情况下调降功率）；

      2、当遇到恶劣天气的时候，周围环境会提早暗下来，采用智慧云谷光照度传感器，用于对外部环境的亮度检测，及时的开启或者关闭路灯；采用温度传感器，用于检测设备的实时温度，防止出现温度过高而损坏路灯；

      3、汽车平时夜间开车，头灯是白光或淡黄光，配有黄色雾灯的车辆遇到起雾，就能靠雾灯提高能见度。智慧路灯亦可通过传感器，自动侦测起雾、光线和紧急事故时，弹性调整高速公路的路灯颜色。

3、电脑巡视，实时监控工作状态，降低维护成本

      通过智慧云谷云管控平台实现任意终端（电脑、平板、手机）远程读取单灯、路段、片区的耗电量、功率、亮度、运行时间等工作状态。使用实时监控的方式，电子地图上可按不同颜色、图标显示每盏路灯的位置、编号、开关状态及属性信息，及时调整线路电压，使路灯电压在前半夜保持恒定，保证第一时间获取故障信息并辅助分析故障，对故障做出快速反映、减少投诉。

      1、当监控终端主动报警或调度端在巡测时发现有数据异常时（如电流电压超过上下限，白天亮灯晚上熄灯，供电线路停电时通过自备电源运行或某支路出现故障等），控制终端自动发出语音报警并在地图上显示相应的位置和故障类型，在电子地图以及大屏幕上显示相应位置，并可传送至相关人员的手机上；

      2、对路灯电流进行实时监控，对处于使用寿命后期电流异常的路灯进行预警处理，对由于灯具或电压原因处于持续启动状态的路灯及时切断等待检查和维修，当某一处路灯故障时，以至于云端系统就会检测不到电流信息，从而系统自动显示地理位置及故障信息；

      3、可防止监控终端设备被盗、线路盗电、线路破损、线缆切断，或变压器被偷盗时，系统应当立即自动发出语音报警、并在地图上显示相应的位置或设备类型，在电子地图以及大屏幕上显示相应位置，并可传送至相关人员的手机上；

      4、各控制终端的电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数等电量数据、开关信息以及各终端的其它开关量输入数据，实时控制路灯情况。

4、国际系统，支持智慧城市拓展应用

      拓展改造太阳能路灯并入国家电网、电动车充电收费等智慧城市应用升级。

5、更多深度应用

      可根据特殊活动例如庆典或政务活动临时改变供电方案，为特殊活动增光添彩。

      可与道路交通系统实现联动，在道路交通流量减小时，路灯的光照度会自动调低，如有交通事故发生时，事故点的光照度自动调为最高亮度。

      可与城市防爆报警系统相连，遇有抢劫等事件发生时，当事人只要在路灯上按下相应按钮，报警系统即可获知事件发生地点。

（三）远程智能抄表系统

      智慧云谷精心设计的远程抄表即是用于小区的无线水，电，暖、气表智能采集系统，实现分时电价统计，时段电量控制。随着自来水供水部门对“一户一表”工程改造的推进，以及自动化应用越来越广泛，远程抄表系统已成为自来水自动化管理和智能化控制不可缺少的组成部分。

      该系统可自动完成用户水表，电表，燃气表网络的远程数据采集、纪录、实时监测、统计分析、停水控制等管理工作。

      随着人民生活水平的提高、住宅商品化的发展，居民住宅的质量和档次越来越高，住户对住宅环境、物业管理水平的要求也日益提高。对供水、电、暖、气部门和用户来说，普通的抄表方式存在的弊病越来越突出：

      入户难：由于居民生活水平的提高、家庭财产价值越来越高、越来越重视隐私权等原因，用户不希望被人打扰；同时入户抄表只能在早、晚居民休息时间，抄表人员实际可利用抄表时间较短，因而使抄表率、收费率无法达到公司要求； 现行抄表收费结算方式不合理：由于入户抄表困难，一些公司干脆只抄收总表，而分表则让用户自己抄，不足部分由用户分摊，产生用户在交费上的不配合行为，致使水费拖欠现象严重；

      管理费用过高：一个城市有十几万到几十万用户，抄表和管理人员起码要100 多人，耗费人工多，成本高，效率低，不利于科学管理；

      数据采集不及时:无法实时反映系统状况，不能为相关的应用系统提供准确及时可靠的数据。

      智慧云谷的智能抄表系统解决了以上问题。

1、水、电、暖、气表远程抄收

      1、系统实现了对M-Bus集中器参数管理的可配置化，操作更加灵活方便。

      2、自动抄表系统在工作时段内自动抄读表数据，传输到智慧云数据中心，并保存和处理抄读数据，当物联网抄表模块抄表完成后，智慧云管控平台与数据中心建立通讯，直接读取数据。

      3、系统保存各种抄表数据，存储、统计用户电量，可生成报表并进行打印。

      4、通过各种方式对用户电表数据进行分析，以便全面掌握台区电表的运行状况，发现异常问题及时处理。

      5、系统提供了多种线损报表，其中包括台区日、月、季、年线损，日、月、季、年相线损，以不同台区的区段线损。

      6、统计台（小区）区用电量和用户用电量：按台（小）区、用户统计相应的日、月、年用电量。

2、电子收费管理提供费用查询

      收费登记、转账、统计功能，收费项目、计费方式的变更登记功能。

      管理中心可计费、打印，也可利用银行的数据网络传到各职能管理部门，实现电子缴费。