图1太阳能热泵系统

　　1.2系统网络架构

　　本文设计的太阳能热水远程监控与能耗计量系统采用三层网络架构：第一层为现场设备层，该层由数据采集器、数据中继器、GPRS通信模块及各种传感器组成，控制器用于控制现场执行机构的正常工作，协调数据采集器对各个传感器的输出参数进行采集，并将采集结果输出到通信模块完成数据的上传；第二层为数据处理层，在监测中心服务端开发远程数据通信与管理软件，利用Socket通信技术实现监测中心与工程现场之间基于TCP/IP的数据通信；第三层为门户应用层，采用ASP.NET技术开发了数据发布网站，该网站部署在监测中心IIS服务器内，通过浏览器访问该网站，用户可随时随地浏览工程数据。系统网络拓扑图如图2所示。

　　图2系统网络拓扑图

　　2系统软件设计

　　2.1软件设计

　　根据远程数据监测中心软件的总体设计，构建了.Net平台下3层架构模式，分别为用户界面表示层、业务逻辑层和数据访问层。在WINDOWS操作系统下设计了一套基于面向对象思想、以MicrosoftSQL2005为数据库，并引入NI、MSChart和Flash等绘图控件，使用TCP/IP为基本通信协议的数据中心计量监测软件。

　　2.2软件功能

　　远程数据监控系统软件包含9个功能模块：系统配置模块实现对各个监测子项目的项目与采集点信息配置，界面显示模块实现对项目监测数据信息的多功能显示，远程网络通信模块实现数据中心与现场采集装置GPRS/以太网连接，远程设备控制模块实现对各个工程项目中的采集装置参数设置以及部分现场运行设备开关控制，故障报警模块实现对工程项目现场设备非正常状态信息的多方式通报提醒，数据查询模块实现对历史数据的查询以及报表打印，日志管理模块实现对系统自身的监测管理，用户管理模块实现对操作人员权限的管理。具体功能框架图如图3所示。

　　图3远程数据监控系统功能框架图

　　2.3关键技术实现

　　2.3.1通信机制

　　数据中心与数据中继器之间使用GPRS进行通信。GPRS无需通过外接线路接入网络，只需在网络覆盖的区域安装GPRS接入装置即可[3]。GPRS网络具有实时在线、传输速率高、传输时延小等特点[4]，很好地满足了本文监控系统对数据传输的要求。

　　在网络传输层上，选择面向连接传输稳定的TCP/IP网络传输协议。TCP的可靠机制允许设备处理丢失、延时、重复及读错的包，超时机制允许设备检测丢失包并请求重发。此外，监控数据中心异步开启TCP监听后，可同时接受多个工程中继器的连接请求，建立稳定连接后进行数据收发。

　　2.3.2远程设备控制

　　远程设备控制操作使数据中心工作人员无需到现场即可对工程设备进行操作。

　　选用面向连接的TCP/IP作为通信协议，服务器可以使用Listen方法侦听连接[5]。Accept方法处理任何传入的连接请求，并返回可用于与远程主机进行数据通信的Socket。基于套接字的TCP连接，理论上能够自动侦测套接字是否断开，但是如果遇到长时间无数据交互或者网线拔出等非正常情况下，系统可能无法侦测到套接字的断开[6]，导致丢失客户端上传的数据。TCP异常情况如图4所示。

　　图4TCP异常情况图

　　针对以上问题，每次Socket收发数据时，服务端采用TCPClient.Client的Peek方法，试读客户端一个字节的数据，Peek参数指定读取的字节不会从数据缓存区中移除，如果能够读到此一个字节的数据，表示Socket连接仍然完好；一旦没有读到此字节，表示Socket已处在非正常工作状态，系统主动断开Socket，下位机进行重连。同时中继器定时向数据中心发送心跳包监测TCP连接是否正常，一旦发现服务端一段时间内未收到心跳包，则认为中继器连接断开，重新请求连接。这样的通信机制，使得中继器与数据中心始终保持正常连接，为设备远程控制提供保障[9]。

　　在网络连接保证稳定有效的基础上，对中继器发送控制指令，实时控制现场设备。控制过程中，中继器将控制指令发送给控制器，控制器动作后，返回完成指令。如果指令返回时间在上位机延时等待的时间内，则控制成功；未收到完成指令，上位机重发控制指令。中继器上传一帧最新的状态数据，以确认系统工作在最新的状态。教育论文这样的操作机制类似于TCP[10]三次握手，能够保证控制的可靠性与实时性。

　　3技术经济评价指标

　　太阳能集热工程能源管理系统的经济评价指标主要有系统耗电量、太阳能热水系统得热量、常规能源替代量（吨标准煤）、二氧化碳减排量、二氧化硫减排量、太阳能集热系统效率、太阳能保证率、热泵能效比等。文章基于以上指标进行分析计算。

　　3.1太阳能集热量

　　在集热的过程中涉及到的计量指标有太阳能辐射能以及太阳能集热量。太阳能辐照能通过总辐射表并按公式（1）计算获得，太阳能集热量可以通过热量表测量或者通过测量温度和流量的方法并采用计算公式（2）获得：

　　[Qs=GAcτ×10-3，G≥50W/m2]（1）

　　[Qc=cfmf（t1-t2）τ3600]（2）

　　式中：[Qs]表示太阳能辐射能，[Qc]表示太阳能集热量，单位均为[kJ]；[G]代表太阳总辐照度，单位为[Wm2]；[Ac]表示热水系统中的太阳集热器的轮廓采光面积，单位为[m2；][τ]表示积分采集时间间隔，单位为s；[cf]表示工质平均温度的传热比热容，单位为[J/（kg?℃）；][mf]表示传热工质质量流量，单位为[th]；[t1，t2]分别表示热量测量高温点水温与低温点水温，单位为℃。

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