خدمات بيانات إنترنت الأشياء التي تقدمها منصة IOT EMS
ملخص: منصة Acrel IoT EMS هي منصة مبنية على مركز بيانات Acrel IoT، الذي وضع معايير بيانات الربط الصاعد والهابط لتزويد مستخدمي الإنترنت بخدمات بيانات إنترنت الأشياء للطاقة. Acrel IoT EMS هي منصة مركزية على الإنترنت لربط جميع منتجات شبكات Acrel. توفر إمكانيات وصول ومراقبة وتحكم موحدة، مما يوفر الوقت ويتيح لك الإشراف على أسطول شبكتك بالكامل. إذا كان جهاز Acrel الخاص بك متصلاً بخدمة IoT EMS، فيمكنك استخدامه لإنشاء روابط وصول عن بُعد للمعدات المتصلة بشبكة 4G أو شبكة Wi-Fi. بمجرد حدوث أي إنذار، سيتم إرسال معلومات الإنذار والحدث ذات الصلة بسرعة عبر التطبيق في غضون ثوانٍ لإخطار الشخص المعني.
الكلمات المفتاحية: إنترنت الأشياء؛ نظام إدارة الطاقة؛ عداد إنترنت الأشياء؛ منصة سحابية
1. المقدمة
في السنوات الأخيرة، تسارعت وتيرة دمج مفهوم إنترنت الأشياء (IoT) مع التطبيقات الصناعية، وأصبح محورًا تقنيًا رئيسيًا في المدن الذكية وحلول المعلوماتية الشاملة. في الوقت الحاضر، دخل إنترنت الأشياء مرحلة جديدة من التكامل العابر للحدود، والابتكار المتكامل، والتطوير واسع النطاق، بدءًا من التكهنات النظرية، والتطبيقات المجزأة، والتطوير الدائري المغلق، وغيرها. وقد لعب دورًا هامًا في تحويل وتطوير الصناعات التقليدية، والتحضر، وبناء المدن الذكية، والتحسين المستمر لجودة حياة الناس. وقد حقق نتائج باهرة في هذه المجالات.
منصة Acrel IoT EMS هي مجموعة من نماذج أعمال الإنترنت التي تجمع بين المبيعات عبر الإنترنت لتقديم خدمات PAAS لمستخدمي الإنترنت على نطاق واسع. بعد تثبيت منتجات Acrel IoT، يمكن للمستخدمين الوصول إلى المنصة بسهولة عن طريق مسح رمز الاستجابة السريعة (QR) باستخدام هواتفهم المحمولة، دون الحاجة إلى عناء تصحيح الأخطاء وتشغيل المنصة، واختيار وظائف المنصة بشكل مستقل والحصول على خدمات البيانات المناسبة.
2. تحليل الطلب
تنقسم مجموعات عملاء منصة خدمات إدارة خدمات إنترنت الأشياء (IoT EMS) إلى مجموعتين: الأولى تضم مستخدمي الإنترنت، والثانية تضم المدن الذكية. ويشمل مستخدمو الإنترنت عمومًا الأنواع التالية:
1. المستأجر لديه ثلاث أو خمس شقق للإيجار ويحتاج إلى قياس وتحصيل رسوم المياه والكهرباء؛
2. هناك العديد من محلات السوبر ماركت الصغيرة وتريد القيام بإدارة الطاقة والتحكم عن بعد وإدارة السلامة الكهربائية؛
3. بالنسبة لممتلكات في مجتمع معين، إذا كنت ترغب في شراء عدة أكوام شحن لإدارة الشحن المركزي، فستحتاج إلى فرض رسوم على التشغيل؛
4. تحتاج إدارة المبنى لبعض الأمتار فقط لإجراء إدارة قياس الطاقة على الطابق؛
5. يريد مصنع صغير إدارة قياس الطاقة لمصنعه الصغير؛
6. يرغب مُدمج نظام إنترنت الأشياء في الحصول على بيانات منتجات إنترنت الأشياء بشكل مباشر ويحتاج إلى منصة إدارة موحدة؛
إن عيوب نموذج الأعمال التقليدي بالنسبة لمستخدمي الإنترنت المذكورين أعلاه هي كما يلي:
1. أنظمة البيانات باهظة الثمن
2. هناك حاجة إلى خدمات بيانات متنوعة
3. التصحيح احترافي للغاية
4. اختيار أجهزة النظام احترافي للغاية
5. دفع الخدمة غير مريح
احتياجات المدن الذكية هي كما يلي:
1. الحاجة إلى الوصول إلى أنواع مختلفة من الأجهزة الضخمة
2. من الضروري استخراج المعلومات التنظيمية التي تهم القيادة، والجمع بين التقنيات مثل نظم المعلومات الجغرافية ونمذجة معلومات البناء لتحقيق الإشراف الكلي.
3. توفير منصة خدمة تشغيل موحدة لتقديم خدمات بيانات إنترنت الأشياء للمستخدمين النهائيين
3. هيكل النظام
يعتمد نظام إدارة الطاقة لإنترنت الأشياء (IOT EMS) على تدفق الطاقة من مصادر الطاقة، وإدارتها، وإدارة المعدات، وتحليل استهلاكها كخط رئيسي. ويربط بين إنتاج الطاقة ومعالجتها وتوزيعها ونقلها، واستهلاكها، وتوفيرها. وبدمجه مع الترابط بين الأشخاص والأشياء، يُشكل النظام بيئة متكاملة لإنترنت الأشياء للطاقة، وتُمثل منتجات Acrel وسيطًا لها. تتفاعل منتجات إنترنت الأشياء والجهات الفاعلة في مجال الطاقة مع المنصة من خلال تدفقات البيانات وتدفقات الأعمال.
3.1 بنية الشبكة
تعتمد منصة Acrel IoT EMS على بنية طبقية وموزعة، تتكون بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء: طبقة الإدراك (معدات الاستحواذ الطرفية)، وطبقة الشبكة (محطة إدارة الاتصالات)، وطبقة المنصة (منصة سحابة إنترنت الأشياء للطاقة).
● طبقة الإدراك: أجهزة استشعار مختلفة متصلة بالشبكة، بما في ذلك عدادات متعددة الوظائف، وعدادات الكهرباء المدفوعة مسبقًا، وعدادات متعددة الحلقات، وعدادات كهرباء إنترنت الأشياء، وعدادات مياه إنترنت الأشياء، وأكوام شحن السيارات التي تعمل بالبطاريات، وأكوام شحن السيارات، ووحدات تحكم إضاءة الشوارع، وما إلى ذلك.
● طبقة الشبكة: تقوم البوابة الذكية بجمع بيانات طبقة الإدراك، وإجراء تحويل البروتوكول وتخزينه، ثم تحميل البيانات إلى منصة IoT EMS.
● طبقة المنصة: تتضمن طبقة المنصة خادم التطبيقات وخادم البيانات، والذي يمكنه تنفيذ التطبيقات على الويب أو التطبيق.
3.2 بنية المنصة
يعتمد هيكل شبكة نظام منصة خدمات إدارة الطوارئ الإلكترونية (EMS) لإنترنت الأشياء على بنية طبقية موزعة، تشمل: طبقة الإدراك، وطبقة البيانات، وطبقة التطبيق، وطبقة العرض، وطبقة التشغيل. يوضح الشكل مخطط هيكل النظام.
تتضمن طبقة المستشعر منتجات مختلفة لشركتنا، وهي الطبقة السفلية للنظام بأكمله والعنصر الأساسي اللازم لبناء منصة سحابة إنترنت الأشياء، بما في ذلك عدادات متعددة الوظائف، وعدادات الدفع المسبق، وعدادات متعددة الحلقات، وعدادات إنترنت الأشياء، وأكوام الشحن، ووحدات تحكم مصابيح الشوارع وما إلى ذلك.
منصة معالجة البيانات الوسيطة مسؤولة بشكل رئيسي عن معالجة البيانات وتخزينها وتفاعلها. ولضمان كفاءة معالجة البيانات في المنصة الشاملة، نخزن البيانات الآنية والتاريخية وبيانات الأعمال في مكتبات مختلفة، ونوفر واجهات متنوعة لتمكين تفاعل البيانات مع أنظمة خارجية.
طبقة التطبيق العليا هي منصة خدمات إدارة الطاقة لإنترنت الأشياء (IoT EMS)، والتي تُنفّذ بشكل رئيسي تطبيقات وظيفية متنوعة. تنقسم المنصة إلى أربعة أقسام رئيسية وفقًا لتدفق الطاقة: إمداد الطاقة، وإدارة الطاقة، وإدارة المعدات، وتحليل استهلاك الطاقة. يشمل إمداد الطاقة جمع الطاقة، والتشغيل والصيانة الذكية. تشمل إدارة الطاقة الاستهلاك الآمن للكهرباء، ووحدات جودة الطاقة الفرعية. تشمل إدارة المعدات الإضاءة الذكية، والدفع المسبق، ووحدة الشحن. يشمل تحليل استهلاك الطاقة إدارة الطاقة، ووحدات خدمة القيمة المضافة. توفر المنصة للمستخدمين واجهة تفاعل بين الإنسان والحاسوب عبر الويب والتطبيق، ويمكن لمختلف مستخدمي طبقة التشغيل الوصول إلى المنصة وتشغيلها من خلال هاتين الطريقتين.
Ⅲ. وظيفة المنصة
3.1 إمدادات الطاقة
3.1.1 جمع الطاقة
تُمكّن وحدة جمع الطاقة من الاستعلام عن بيانات المراقبة المختلفة وتحليلها والإنذار المبكر بها وعرضها بشكل شامل، مما يضمن الحفاظ على البيئة في غرفة توزيع الطاقة. ومن حيث الذكاء، تُنفذ الوحدة القياس عن بُعد والإشارات عن بُعد والتحكم عن بُعد في نظام مراقبة إمدادات الطاقة والتوزيع، كما تُمكّن من الكشف عن النظام وإدارته بشكل شامل. أما فيما يتعلق بإدارة موارد البيانات، فيمكنها عرض أو الاستعلام عن تشغيل كل جهاز في غرفة توزيع الطاقة، بما في ذلك البيانات التاريخية واللحظية. ويمكن الاستعلام عن التقارير اليومية والشهرية والسنوية وطباعتها وفقًا للاحتياجات المختلفة، مما يُحسّن كفاءة العمل ويوفر الموارد البشرية.
3.1.2 التشغيل والصيانة الذكية
تعتمد وحدة التشغيل والصيانة الذكية على عداد طاقة متعدد الوظائف، واتصالات لاسلكية، وبوابة حوسبة طرفية، وتقنية تحليل البيانات الضخمة، وتجمع البيانات الميدانية من خلال البوابة الذكية، وتخزنها محليًا، ثم ترسلها إلى منصة السحابة بانتظام. يمكن للمنصة الوصول في وقت واحد إلى آلاف بيانات محطات المستخدمين الفرعية. تتضمن البيانات التي تجمعها المنصة المعلمات الكهربائية والبيانات البيئية للمحطة الفرعية، بما في ذلك التيار، والجهد، والطاقة، وحالة التبديل، ودرجة حرارة المحول، ودرجة الحرارة والرطوبة المحيطة، وغمر الماء، والدخان، والفيديو، والتحكم في الوصول، وغيرها من المعلومات. في حال حدوث أي خلل، يتم إرسال إنذار عبر الرسائل القصيرة والتطبيق خلال 10 ثوانٍ. ترسل المنصة مهام التشغيل والصيانة إلى هاتف الموظف المعني عبر التطبيق، وتتابع عملية التشغيل والصيانة من خلال تقنية الاتصال قريب المدى (NFC) لإغلاق الحلقة، وتحسين كفاءة التشغيل والصيانة، واكتشاف عيوب التشغيل فورًا وإزالتها.
3.2 إدارة الطاقة
3.2.1 سلامة الكهرباء
تُجري وحدة سلامة الكهرباء تتبعًا مستمرًا للبيانات وتحليلًا إحصائيًا للعوامل الرئيسية لحرائق الكهرباء (درجة حرارة الكابل، تيار التسرب، تيار الحمل، الجهد)، وتجمع البيانات من الموقع عبر تقنية الجيل الرابع. وتُقيّم مخاطر السلامة المحتملة للخطوط الكهربائية والمعدات الكهربائية (مثل ارتفاع درجة حرارة الكابلات، والحمل الزائد، والجهد الزائد، وانخفاض الجهد، والتسرب، وغيرها)، وتُصدر تحذيرات فورية عبر الرسائل النصية القصيرة، وتطبيقات الدفع، والمكالمات الصوتية التلقائية، وغيرها، لمنع وقوع حرائق الكهرباء بفعالية. ويستطيع النظام عرض المعلمات الكهربائية، مثل تيار التسرب ودرجة حرارة الكابل، في جميع نقاط المراقبة، ودعم سجلات التفتيش وعمليات الإرسال، وتوفير تقارير تحليل مخاطر السلامة المحتملة، وتقييم حالة سلامة الكهرباء في المؤسسة آنيًا.
3.2.2 جودة الطاقة
لقد اكتسبت مسألة جودة الطاقة اهتمامًا متزايدًا، وأصبحت من أهم مجالات البحث في أنظمة الطاقة. فمن ناحية، مع تطور العلوم والتكنولوجيا والاستخدام الواسع لمختلف المعدات الكهربائية المتطورة والمعقدة، أصبحت معظم هذه المعدات حساسة للغاية لجودة الطاقة؛ مما أدى إلى تذبذب جودة الطاقة بشكل كبير. ويتمثل الهدف الرئيسي من تحليل جودة الطاقة في تحديد نوع ونطاق اضطرابات إشارة الطاقة، وضبط مصادر الاضطرابات المقابلة وتعويضها بفعالية. ولذلك، فإن مفتاح تحسين جودة الطاقة يكمن في الحصول على معلومات دقيقة وفي الوقت المناسب عن مصادر إشارات الاضطرابات المختلفة.
تشمل مراقبة جودة الطاقة عدم توازن المراحل الثلاث، والتوافقيات، ومعامل القدرة. في حال عدم توازن المراحل الثلاث أو انخفاض معامل القدرة بشكل كبير، يُصدر إنذار، ويُخطر المستخدم عبر التطبيق، والرسائل النصية، والبريد الإلكتروني، وغيرها.
3.3. إدارة الأجهزة
3.3.1 الإضاءة الذكية
مع التحسن المستمر في مستوى معيشة الناس، تتزايد متطلباتهم لبيئة العمل والمعيشة، وكذلك متطلبات أنظمة الإضاءة. يُمثل استهلاك الطاقة في مجال الإضاءة نسبة كبيرة من إجمالي استهلاك الطاقة، ويُعدّ توفير الطاقة وتحسين جودة الإضاءة من أهم الأولويات. وباعتبارها جزءًا مهمًا من استهلاك الكهرباء، تُمثل كهرباء الإضاءة حوالي 10% من إجمالي استهلاك الكهرباء. ومع التطور السريع للاقتصاد الوطني في بلدي والتحسن المستمر في مستوى معيشة الناس، سيستمر استهلاك كهرباء الإضاءة في الارتفاع.
تستخدم الإضاءة الذكية تقنية إنترنت الأشياء لمراقبة استهلاك الطاقة لدوائر الإضاءة المُركّبة في مختلف أنحاء المدينة باستمرار. تُقيّم المنصة حالة عمل المصابيح من خلال مراقبة قيمة التيار والجهد لدائرة الإضاءة. تُراقب المنصة أي حالة عمل غير طبيعية، وتُرسل معلومات التحذير والإنذار عبر تطبيق الهاتف المحمول والرسائل النصية والبريد الإلكتروني، لتصل بسرعة إلى المسؤول، وتُذكّر المُشغّل في حال تعطل المُلامس أو فقدان الجهد الكهربائي، وما إلى ذلك.
3.3.2 إدارة الدفع المسبق
يمكن استخدام خدمة الكهرباء مسبقة الدفع في مختلف المجمعات التجارية، والمجمعات السكنية، ومباني المكاتب، والشقق الفندقية، وغيرها من العقارات، وأقسام إدارة اللوجستيات في المدارس، ومساكن المصانع، وسلاسل المتاجر الكبرى، والعقارات الكبيرة. حاليًا، تُستخدم خدمة المياه والكهرباء مسبقة الدفع بنجاح في الحالات المذكورة أعلاه، وتعمل بكفاءة عالية منذ سنوات عديدة. وهي مناسبة لإدارة استهلاك الكهرباء مسبقة الدفع من قِبل شركات العقارات للمستأجرين السكنيين والمكاتب والمتاجر، أو لإدارة استهلاك الكهرباء مسبقة الدفع في مساكن الطلاب من قِبل المدارس وأنظمة التحكم الأمني.
3.3.3 عملية شحن السيارة/بطارية السيارة
أصبحت المركبات الكهربائية وسيلة نقل صديقة للبيئة شائعة الاستخدام. وفي الوقت نفسه، يتزايد عدد الدراجات الكهربائية، مما يُسهم في حل مشكلة السفر لمسافات قصيرة. ومع ذلك، تتكرر أيضًا أخبار حوادث السلامة والحرائق المتعلقة بالدراجات الكهربائية، ويتزايد عددها عامًا بعد عام. وقد تسببت في خسائر فادحة للمجتمع، وأصبحت خطرًا خفيًا على سلامة أرواح الناس وممتلكاتهم. وبناءً على مخاطر وخصائص حرائق الدراجات الكهربائية، أصدرت الجهات الحكومية على جميع المستويات وثائق لتنظيم سلوكيات ركن وشحن الدراجات الكهربائية في حالات حرائق الدراجات. تجمع وحدة تشغيل الشحن في السيارة/البطارية بيانات موقع كومة الشحن وكل كومة شحن متصلة بالنظام وتراقبها باستمرار عبر تقنية إنترنت الأشياء، كما توفر الحماية من مختلف الأعطال، مثل الحماية من ارتفاع درجة حرارة الشاحن، وارتفاع جهد مدخل ومخرج الشاحن، وانخفاض الجهد، وفشل الكشف عن العزل، وسلسلة من الأعطال للإنذار المبكر. بعد مسح المستخدم لرمز الاستجابة السريعة عبر التطبيق، يُطلق النظام طلب شحن، ويتحكم في وحدة الشحن المقابلة لرمز الاستجابة السريعة، لإتمام عملية شحن السيارة الكهربائية. يمكن تجهيز وحدة الشحن بوحدة لاسلكية للاتصال بالإنترنت، ودعم تقنيات التشفير وتوزيع المفاتيح، والاتصال المباشر بالسحابة الإلكترونية عبر بروتوكول تبادل البيانات TCP/IP.
3.4. تحليل الطاقة
3.4.1 إدارة الطاقة
لتحقيق هدف الكربون المزدوج بثبات، وفي ظل "التحكم المزدوج" في كثافة استهلاك الطاقة والاستهلاك الإجمالي، يتعين على الشركات النظر في كيفية التعامل مع هذا التحكم المزدوج لضمان إنتاجية طبيعية. لا تزال معظم الشركات القائمة تستخدم أسلوب "التخطيط الفردي، التصميم المستقل، التشغيل المستقل" في أنظمة إمداد الطاقة المختلفة، مثل الكهرباء والمياه والغاز والتبريد والتدفئة. يُلاحظ عادةً نقص في معدات القياس؛ ودقة قياسها متدنية وبيانات القياس غير دقيقة؛ وموثوقية قراءة العدادات اليدوية منخفضة؛ ويصعب رصد وتقييم كفاءة الطاقة للمعدات الرئيسية المستهلكة للطاقة بفعالية؛ وتوفر بيانات مرجعية موثوقة؛ وتفتقر إلى نظام فعال لمؤشرات تقييم كفاءة الطاقة في الشركات، ويصعب تطبيق تدابير إدارة استهلاك الطاقة.
تعتمد وحدة إدارة الطاقة على الأتمتة وتكنولوجيا المعلومات لتحقيق إدارة آلية وعلمية للعملية بأكملها، بدءًا من جمع بيانات الطاقة، ومراقبتها، وتحليل استهلاك وسائط الطاقة، وإدارة استهلاكها، وغيرها. وبالتالي، فهي تجمع بشكل عضوي عملية إدارة الطاقة وإنتاجها واستخدامها، وتستخدم تقنيات معالجة وتحليل البيانات المتقدمة لإجراء تحليل وإدارة الإنتاج دون اتصال بالإنترنت، وتحقيق جدولة موحدة لنظام الطاقة في المصنع بأكمله، وتحسين توازن وسائط الطاقة والاستخدام الفعال. كما أنها تُحسّن جودة الطاقة، وتُقلل استهلاكها، وتحقق هدف توفير الطاقة وتقليل الاستهلاك، وتحسين مستوى إدارة الطاقة بشكل عام.
3.4.2 الخدمات ذات القيمة المضافة
(1) التكوين الصناعي
تتطلب طريقة تطوير تطبيقات تكوين الأتمتة الصناعية التقليدية من المطورين مهارة كتابة الأكواد البرمجية، وفهم المفاهيم، واستخدام أساليب أطر التطوير ذات الصلة. وتتطلب هذه الطريقة دورة تطوير طويلة ومتطلبات عالية جدًا للمطورين. في الوقت نفسه، تُستخدم تطبيقات تكوين الأتمتة الصناعية التقليدية في المجال الصناعي، وتكون سهولة النشر وسهولة الوصول إليها منخفضة للغاية.
مع التطور السريع للإنترنت الصناعي، غالبًا ما تُحدّث متطلبات التطبيقات وتُعاد صياغتها بسرعة كبيرة، وغالبًا ما يفتقر مُصنّعو المعدات إلى الخبرة اللازمة في تطوير برمجيات التكوين الصناعي، مما يُبطئ عملية تطويرها وتحديثها، ويعجز غالبًا عن تلبية احتياجات النمو السريع للأعمال. في الوقت نفسه، لم يعد الوصول إلى برمجيات التكوين الصناعي يقتصر على الموقع الصناعي، بل يتزايد الطلب على الوصول من خارجه.
وحدة التكوين الصناعي في منصة IoT EMS تُحل مشاكل ضعف النشر وسهولة الوصول في تطبيقات تكوين الأتمتة الصناعية التقليدية. يمكن للمستخدمين ضبط مكونات شاشة التكوين عن طريق سحب وإفلات الماوس في أداة التطوير. تحتوي هذه الأداة على مكتبة غنية من مكونات التكوين، مما يُغني المستخدم عن كتابة التعليمات البرمجية أو الخبرة التقنية في تطوير برامج تكوين الأتمتة الصناعية، كما يُمكنه بسهولة تطوير واجهة التكوين الصناعي، ودعم عرض البيانات والتحكم عن بُعد وغيرها من الوظائف.
(2) التصور ثلاثي الأبعاد
تُحقق تقنية التصور ثلاثي الأبعاد تصورًا متعدد الأبعاد من خلال المحاكاة الافتراضية، وتُوفر للعملاء خدمات رقمية، وتُساعد الشركات على إدارة كفاءة الطاقة في اتجاهين، وتُحسّن مستوى إدارتها. ومن أهم وظائفها: المزامنة الفورية للمعلومات في كل منطقة؛ والمراقبة الشاملة لاستهلاك الطاقة في كل منطقة؛ والمراقبة البصرية لحالة تشغيل المعدات؛ والفحص الذكي، والتحليل التلقائي لتشغيل المعدات، وجودة الطاقة، والسلامة الكهربائية، واستهلاك الطاقة غير الطبيعي أثناء عملية الفحص، وغيرها، وتسجيل نتائج الفحص.
Ⅴ. تلخيص
كشكل من أشكال التطوير الصناعي يجمع بين صناعة الطاقة التقليدية وتكنولوجيا إنترنت الأشياء، يُعد إنترنت الأشياء للطاقة دعامة استراتيجية مهمة للتنمية المتكاملة لثورة الطاقة الوطنية والثورة الرقمية. ويُعد إنترنت الأشياء للطاقة امتدادًا لإنترنت الأشياء في عملية إنتاج الطاقة وتكوينها واستهلاكها. ومع التطور السريع لتقنيات المعلومات الحديثة، مثل "سلسلة إنترنت الأشياء السحابية الكبيرة الذكية"، يدمج إنترنت الأشياء للطاقة المعلومات والاتصالات والتكنولوجيا الرقمية وتطوير أنظمة الطاقة. وتتكامل جميع جوانب النقل والتحويل والتوزيع واستهلاك الكهرباء بشكل عميق لتحقيق مراقبة متعددة الاتجاهات لحالة الطاقة، ومعالجة المعلومات الذكية، والترابط الذكي، والتفاعل بين الإنسان والحاسوب، والخدمات الذكية.
وقت النشر: 1 أغسطس 2022
