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NB-IoT 物联网应用太阳能数据收集系统

发布时间:2020-08-06

利用 NB-IoT 低功耗无线通讯网络技术,导入控制与数据收集系统架构,自动收集逆变器之输入输出电压等资讯,并提供网页服务及 APP,让使用者能够更轻易取得及监控相关资讯,其所具备的省电机制、低成本 ( 低月租费) 以及高可靠性与覆盖率等优点将能大大提升系统的效益。

随着人类文明的发展,能源的消耗量与日俱增,但是地球上所蕴藏之化石能源,如: 石油、天然气、煤等在人类的大量开采下, 即将消耗殆尽,为解决能源危机,人们致力于开发永续能源,因此,俱备低污染、容易取得、不易消逝之特质的太阳能,成为未来最理想的替代能源。 NB-IoT 低功耗无线通讯网络技术,导入控制与数据收集系统架构,能自动收集逆变器之输入输出电压等资讯,同时提供网页服务及 APP,让使用者能够更轻易取得及监控相关资讯,另采用物联网的 NB- IoT 通讯技术,其所具备的省电机制、低成本( 低月租费 ) 以及高可靠性与覆盖率等优点将能大大提升本系统的效益。


太阳能数据收集系统:

太阳能数据收集系统架构如图 2-1 所示, 其功能主要分为感测物件、网络传递、数据收集以及应用服务等四部分:

■感测物件 : 包括逆变器内部相关资讯,如电压、电流、输出功率及电压频率数值。

■网络传递 : NB-IoT Gateway 连接电信商的 NB-IoT 网络来传递数据。

■数据收集: 使用泓格所开发之Server 平台, 并提供储存数据库功能与多种存取界面。

■应用服务 : 使用者可将数据用作巨量数据分析或系统营运管理等用途。


首 先 , NB-IoT Gateway  会  定  期  将数据收集器的数据透过 NB-IoT 技术上传给 ICPDAS NB-DA Server 平  台 ,  在  NB- DA Server 平台方面则透过物联网常见的MQTT、Modbus TCP 等技术来收送数据, 并且提供如数据库等各式界面来让使用者存取,而使用者根据自己的需求,则可以自行规划所需的应用服务,如数据探勘或用户及设备管理等。


NB-IoT 简介

NB-IoT 即 窄 带 物 联 网 (Narrow Band

-Internet of  Things),  属  于  LPWAN( 低功耗广域网络 ),网络可以直接部署于现有2G/3G/4G 的网络,只消耗大约 180 KHz 的频宽,具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。相较于同属 LPWAN 的 LoRa、SigFox 等使用非授权频段技术, 由 3GPP 提出的 NB-IoT 标准更受各大运营商支持,使得 NB-IoT 的发展更有优势。

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S 图 2-2 NB-IoT 相对短距通信 / 私有技术优势明显


应用架构:

应用架构如图 2-3 所示,网关是用于收集逆变器之相关数值,如电压、电流、输出功率及电压频率等,并透过 Server 端的 NB- DA Server 与 HMI 软件 InduSoft 将实时数据储存至数据库与显示于 Web 上,以便使用者于任何时间查看线上实时资讯。

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S 图 2-1 2. 太阳能数据收集系统架构

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S 图 2-3 应用架构

在网关 RTU-540P-NB 收集逆变器的数据后,透过NB-IoT 并经由特定的加密协议来将数据上传至云端,且由于传递是使用 NB- IoT 来传送小数据,因此与使用 LTE 相比将能更加节省网络通讯费用。

在 Web Server 方面, 当收到 Gateway 传来的数据后,Server 除了提供网页 & APP 让使用者查看实时数据与历史数据外,还会提供 MQTT、Modbus TCP Server 以及MySQL 数据库等方式让使用者存取数据。


Server 架构

Server 架构如图 2-4 所示,Server 是由NB-DA Server 与InduSoft 两套软件所组成, NB-DA Server 提供接收终端装置所回传的数据以及使用者存取,NB-DA Server 支持四种数据存取方式:

■UDP/TCP 协议 : 用于接收 Gateway 传来的含有特定加密协议的数据。

■MQTT Client 功能 : 用于订阅及发布讯息至任何 MQTT Server。

■Modbus TCP Server 功能 : 可让使用者透过 Modbus TCP 协议来存取数据。

■MySQL 数据库功能 : 记录所有历史数据让使用者进行分析管理。

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S 图 2-4 Server 架 构

其 中 ,MQTT 及 Modbus TCP Server 除了可让使用者取得数据外,亦可传送控制讯息来控制现场设备, 在 MQTT 方面, 使用者只要对同一主题发布特定格式的讯息,Server 便会根据讯息内容来对设备下命令, 而在 Modbus TCP Server 方面, 由于 Gateway 会周期性询问特定地址的数据, 因此使用者只需下 Modbus TCP 命令来改变特定地址的值,Gateway 本身便会在收到Server 的数据后对设备下命令。

而 InduSoft 主要是提供 Web Server 功能、HMI 界面、警报等功能,InduSoft 存取MySQL 数据库并处理数据后,将使用者所需要之数据显示于 Web 上,如图 2-5 所示, InduSoft 支持 HTML5 及各种浏览器 (iOS Safari, Google Chrome, Windows Edge/IE 等 )。

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相关产品介绍:


RTU-540P-NB

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NB-DA Server

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InduSoft

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