構建LoRaWAN網路加速校園能源管理
2022/4/18
地點: 台灣
背景
為響應行政院2020年起「每個教室都有空調」及「每個學校都有發電」的倡議，北台灣一縣政府希望安裝空調和太陽能電池板，為中小學生提供舒適的學習環境高中生並減輕學校電費負擔。與此同時，它還希望引入一種可以遠程監控的能源管理系統（EMS），以減少管理其管轄範圍內的許多設施所需的大量勞動力和時間。
研華用於校園能源管理的 LoRaWAN 無線網絡提供了一個簡單的解決方案，解決郊區學校網絡訊號差、網絡速度慢和缺乏電信基礎設施的問題。使用WISE-2200-M和WISE-6610，可以輕鬆設置網路以將數據上傳到雲端。得益於WISE系列產品的遠距離、高穿透性LoRaWAN技術以及易於安裝和靈活配置等關鍵特性，用戶不僅可以享受穩定的網絡訊號和傳輸速度，還可以快速完成校園能源管理的部署具有高性價比的解決方案。
系統需求
由於百餘所初中小學分散在廣大縣域，半年內完成全部工作並減輕對課堂學習影響的規定，給部署工作帶來了巨大的挑戰和限制。
因此，政府需要一種無線網絡解決方案來節省安裝時間並消除對有線網路的需求，因為有線網路需要佈線工作並且可能需要很長時間才能安裝。
此外，所需的EMS系統必須提供用電管理、自動化需求響應、實時資訊呈現、用電查詢、統計報表、系統管理和資訊安全等功能。該解決方案還必須滿足以下要求。
- 獨立無線網絡，避免區域內無基地站的困境
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網路覆蓋充足，避免校園內訊號不穩定或無法連接網路的情況。
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提供可靠的戶外安裝方法，避免學生玩耍、碰撞而損壞設備。
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提供數據加密和備份機制，保證數據安全，防止數據丟失。
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開發校園能源管理雲平台，方便負責管理員遠程控制。
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將學校管理系統以及縣教育局和台電現有系統生成的數據可視化並整合。
專案實施
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WISE-2200-M: LoRaWAN 單 RS-485 I/O 模組
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WISE-6610: 帶 WISE-EdgeLink 的 LoRaWAN 閘道器
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UNO-2484G: 帶 WebAccess/SCADA 的無風扇嵌入式系統
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WISE-STACK 200: 使用 3 台研華工業機架式服務器進行 WISE-PaaS 本地部署
系統描述
縣政府選擇採用研華的LoRaWAN解決方案，利用LoRaWAN技術將資訊從雲端連接到邊緣終端。相比Wi-Fi覆蓋距離過短、有線網路安裝耗時等局限性，LoRaWAN具有遠距離連接、覆蓋範圍廣、穿透率高、功耗低等關鍵優勢，無需佈線和電纜等等。另外，根據研華的測試結果，在建築物密集的區域，LoRaWAN在100米到500米範圍內的網路連接完全不受影響；在空曠地區，其覆蓋範圍甚至可以超過10公里。
該解決方案的流程如下：前端WISE-2200-M負責接收來自教室感測器和儀表的數據，然後由WISE-6610進行轉換。然後，數據被傳輸到位於學校行政辦公室的嵌入式無風扇系統 UNO2484G，該計算機將數據可視化並與學校管理系統連接。整理後的數據會上傳到該縣教育部門和台電的WISE-STACK 200，供相關單位進一步分析。
該解決方案的關鍵產品之一是 WISE-2200-M，這是一款即插即用的 LoRaWAN I/O 模組，允許用戶輕鬆配置數據採集設置並通過其 Modbus/RTU 協議支援獲取感測器和儀表數據。寬溫度範圍支持（-25~70°C）允許設備在極端溫度下運行。
此外，WISE-2200-M的精巧設計只有手掌大小（尺寸：71 x 52 x 30 mm），並使用工業控制專用連接器將其固定到位，可以降低外部衝擊造成的移位風險，為戶外應用提供更安全的保護。而且不需要單獨的電源線，可以直接連接空調的USB端口獲取電源，安裝更加方便。
另一個關鍵產品 WISE-6610 是一款高性能 LoRaWAN 閘道器，具有多種適用於工業環境的連接選項以及用於構建 LoRaWAN 專用和公共網絡的 LoRaWAN 協議支援。它還支援其他協議，包括 MQTT，其硬體和軟體靈活性為邊緣智能系統提供了豐富的功能。 WISE-6610 允許使用各種協議創建 VPN 通道，以確保安全通訊。
System Diagram
結論
研華的 LoRaWAN 園區能源管理解決方案與傳統園區能源管理系統相比具有引人注目的優勢。由於LoRaWAN覆蓋範圍廣、滲透率高的無線技術，該項目只需要少量閘道器與多個I/O模組接口即可傳輸和聚合來自分散設備的數據。研華只為該縣的中小學部署了 500 個 WISE-6610 閘道器，就能夠接收 10,000 個 WISE-2200-M（連接 10,000 個電錶）的數據。此外，WISE-2200-M的即插即用、多功能室內外應用，無需鑽孔、走線，節省安裝時間和成本，加快完成設備部署。
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