基于Lonworks 技術(shù)的西南交通大學(xué)能源監(jiān)管系統(tǒng)

金元

（江蘇聯(lián)宏智慧能源股份有限公司，江蘇 南京210046）

在西南交通大學(xué)建立校園能源監(jiān)管系統(tǒng)可實現(xiàn)校園用能的實時在線分項、分類、分戶監(jiān)測以及自動化監(jiān)控和節(jié)能控制、能耗數(shù)據(jù)采集以及存貯、數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及分析、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸以及數(shù)據(jù)顯示、打印、發(fā)布等，使學(xué)校能源管理部門對各類能源系統(tǒng)進(jìn)行確實有效的監(jiān)控與管理。

1 建設(shè)目標(biāo)

西南交通大學(xué)校園能源監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)采用國內(nèi)先進(jìn)的分布能源監(jiān)管系統(tǒng)技術(shù)，總體目標(biāo)為：

1.1 校內(nèi)能耗分項、分類、分戶實時監(jiān)測，精準(zhǔn)計量，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，數(shù)據(jù)采集以及存貯，數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及分析，數(shù)據(jù)發(fā)布以及遠(yuǎn)傳；為學(xué)校提供參考或者決策依據(jù)；為校內(nèi)能源管理部門提供有力的決策依據(jù)。

1.2 以實時監(jiān)測的校內(nèi)能源數(shù)據(jù)為依據(jù)，為學(xué)校的能源賬單核對、能源質(zhì)量監(jiān)測、節(jié)能潛力分析、節(jié)能控制、節(jié)能驗證、提高全校師生節(jié)能意識等提供高效手段，實現(xiàn)有效節(jié)能提供強力工具，并增強校園建筑能耗的自動化管理水平。

2 表計配置原則

2.1 電表的配置

2.1.1 變電所

在校內(nèi)每個變電所和低壓配電室內(nèi)，在低壓總進(jìn)線柜的總進(jìn)線回路以及各低壓出線回路上安裝多功能電力監(jiān)控終端或者數(shù)據(jù)采集器，采集回路各項電能數(shù)據(jù)。對原來沒有安裝電表的出線回路配置多功能電力監(jiān)控終端，對已安裝電表的回路配置數(shù)據(jù)采集器，采集的數(shù)據(jù)通過后臺軟件計算，并實現(xiàn)與原有的施耐德計量表計PM500 或PM800 模塊對接。得到學(xué)校的實時總用電量、大型建筑的分項用電以及各單體建筑用電數(shù)據(jù)等。

2.1.2 重點建筑

對九里校區(qū)：0 號教學(xué)樓，對犀浦校區(qū)：1 號教學(xué)樓、7 號教學(xué)樓、圖書館等重點建筑進(jìn)行電能耗數(shù)據(jù)詳細(xì)監(jiān)測，以實現(xiàn)樓層或分戶的照明電、動力電分項計量監(jiān)管。對教室照明、電開水器等電能消耗進(jìn)行智能遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)節(jié)能等；可通過遠(yuǎn)程操作管理，定量、定時控制用電，改變因為非正常用電而照成的浪費現(xiàn)象，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

2.2 水表的配置

學(xué)校犀浦校區(qū)有2 路市政總進(jìn)水，九里校區(qū)有4 路市政總進(jìn)水，在總進(jìn)水的后端進(jìn)行改造，加裝智能水表實現(xiàn)校園用水總計量。另外，把校園現(xiàn)有的機械水表改造為帶遠(yuǎn)傳接口的智能水表以獲得整個校園總的用水?dāng)?shù)據(jù)和各不同建筑單獨的用水?dāng)?shù)據(jù)。在一二級水量監(jiān)測中，運用水平衡監(jiān)測技術(shù)對水網(wǎng)用水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行平衡計算以及定期增量分析，當(dāng)某個表計出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)立即報警。傳感器選用山東濰坊市濰微科技有限公司的WZDS 系列產(chǎn)品，每塊水表需在表體上安裝1 個傳感器并配置1 臺水表數(shù)據(jù)采集器，通過水表的智能接口模塊讀取數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)控制器將智能水表接入到現(xiàn)場子網(wǎng)。

考慮到水表若采用GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)時需要付流量費，同時仍然需要敷設(shè)電源線，故本系統(tǒng)水表數(shù)據(jù)采集采用有線傳輸數(shù)據(jù)。采用水表數(shù)據(jù)采集器的通訊接口采用雙絞線連接，就近連到已建成的子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器，如果距離較遠(yuǎn)、布線不便或者子網(wǎng)節(jié)點數(shù)不夠，則需要按區(qū)域另建新的子網(wǎng)。

典型水表配置結(jié)構(gòu)圖如圖1。

2.3 燃?xì)獗砼渲?/h3>

學(xué)校34 個用氣點為食堂和各商鋪，所有用氣點均由市政用氣直接供給，由于市政用氣已有監(jiān)測平臺，故根據(jù)學(xué)校要求為燃?xì)饨尤氡O(jiān)管平臺預(yù)留軟件接口，用于對接市政用氣數(shù)據(jù)，從市政平臺直接讀取燃?xì)鈹?shù)據(jù)。

3 現(xiàn)場監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

3.1 概況

本監(jiān)管系統(tǒng)采用Lonworks 雙絞線現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，具備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活、傳輸媒介多樣、抗擾能力強、傳輸速度快等優(yōu)點，同時可以實現(xiàn)Lonworks 網(wǎng)絡(luò)與Internet 無縫連接，也可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及操作。現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)控制器、現(xiàn)場智能表計、智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備組成?，F(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)控制器采用美國埃施朗公司的i.LON SmartServer?，F(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)中的智能網(wǎng)關(guān)采用NLA-GW100，該網(wǎng)關(guān)由江蘇聯(lián)宏智慧能源股份有限公司自主研發(fā), 是集接口轉(zhuǎn)換和定時時鐘于一體的智慧型網(wǎng)關(guān)，可方便的將帶RS232、RS485以及RS422 接口的設(shè)備接入到LonWorks 網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)著各類能耗計量和監(jiān)控裝置的連接、能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、上傳以及節(jié)能控制命令下發(fā)至每個能耗監(jiān)控裝置的作用，是整個能源管理平臺可靠性以及監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定快速傳輸?shù)年P(guān)鍵所在。

3.2 子網(wǎng)配置

電能耗監(jiān)管系統(tǒng)是由九里校區(qū)和犀浦校區(qū)2 個校區(qū)的電力監(jiān)測子網(wǎng)構(gòu)成。現(xiàn)場監(jiān)測子網(wǎng)共有15 個子網(wǎng)。即需要安裝網(wǎng)絡(luò)控制器共15 臺。兩校區(qū)需要安裝節(jié)點計量裝置——多功能電力監(jiān)控終端共452 個。電力監(jiān)測子網(wǎng)控制器位置確定在每個校區(qū)的配電室。 兩校區(qū)重點監(jiān)測點數(shù)合計148 個，采用具有RS485 通訊功能的武漢盛帆DTS395 型電表，由于整個系統(tǒng)采用Lonworks 技術(shù)，需要將盛帆電表的RS485 信號轉(zhuǎn)換為Lonworks 信號，需采用聯(lián)宏公司生產(chǎn)的網(wǎng)關(guān)NLA-GW100，每個網(wǎng)關(guān)可以轉(zhuǎn)換25 個盛帆電表信號，故需配置6 個網(wǎng)關(guān)。水能耗監(jiān)管系統(tǒng)是由九里校區(qū)和犀浦校區(qū)2 個校區(qū)的水監(jiān)測子網(wǎng)構(gòu)成?，F(xiàn)場監(jiān)測子網(wǎng)共有27 個子網(wǎng)。即需要安裝網(wǎng)絡(luò)控制器共27 臺。兩校區(qū)需要安裝遠(yuǎn)傳接口裝置——濰微水表傳感器共295 個。水表子網(wǎng)控制器位置確定在每個子網(wǎng)的中心建筑物內(nèi)。

4 對接購電系統(tǒng)

學(xué)校目前采用愛立德、新中新、海融三套購電系統(tǒng)，為充分利用原有建設(shè)成果，對犀浦校區(qū)前期投入的學(xué)生宿舍6840 個監(jiān)測點，九里校區(qū)前期投入的學(xué)生宿舍5002 個監(jiān)測點進(jìn)行整合利用集成。學(xué)校提供相應(yīng)接口，通過系統(tǒng)軟件與學(xué)生宿舍智能購電系統(tǒng)進(jìn)行端口連接，采集宿舍電能數(shù)據(jù)。

5 主干通信網(wǎng)絡(luò)

學(xué)校本身的校園網(wǎng)已經(jīng)覆蓋到了校園內(nèi)的每一棟大樓，因此只需借用現(xiàn)有的校園網(wǎng)就可以達(dá)到能源數(shù)據(jù)的傳輸目的。然而實際上校園網(wǎng)絡(luò)本身架構(gòu)比較龐大和復(fù)雜，且歷來病毒、木馬等問題較為嚴(yán)重，這些都不利于能源系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。同時考慮到校園內(nèi)部組建的光纖通信網(wǎng)絡(luò)其光纖有大量富余，給施工帶來了極大的便利且不增加太多額外的成本，因此，本系統(tǒng)將會在校園內(nèi)部組建能源系統(tǒng)專用的光纖網(wǎng)。每個現(xiàn)場子網(wǎng)配置一個光電轉(zhuǎn)換節(jié)點用于該子網(wǎng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)集成、傳輸。

6 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

6.1 現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

采用先進(jìn)的Lonworks 現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有優(yōu)良的實時性、靈活性、可靠性、擴展性、施工方便。

6.2 計量信息接口技術(shù)

將水表、電表、油表、氣表、熱能表等各種能源計量裝置方便的接到現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，在一個系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)水、電、油、氣、熱能等各類能耗的采集。

6.3 遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

采用先進(jìn)的遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的連續(xù)性與完整性，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠。

6.4 系統(tǒng)平臺與應(yīng)用軟件技術(shù)

采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)，增強了系統(tǒng)平臺的穩(wěn)定性、可擴展性以及執(zhí)行效率，實現(xiàn)高性能的系統(tǒng)平臺架構(gòu)以及功能完善的應(yīng)用軟件技術(shù)。

6.5 系統(tǒng)可靠性與環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)

系統(tǒng)抗強電磁干擾、抗振動、抗雷擊、抗潮濕、抗高溫、系統(tǒng)防誤操作、高M(jìn)TBF、低MTTR 等，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

6.6 計量裝置

根據(jù)現(xiàn)場需求配置相應(yīng)表計，對重要和有節(jié)能潛力的回路配置多功能電力監(jiān)控終端，該終端具有測量電度、電流、電壓、功率因數(shù)、功率等電能參數(shù)，有遙信、遙控、遙測以及定時控制等功能。

7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

能源管理系統(tǒng)采用國內(nèi)外先進(jìn)的、安全可靠的、有自主產(chǎn)權(quán)的“快速分布式實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)”技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品搭建，平臺系統(tǒng)由能耗管控中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場監(jiān)控子網(wǎng)、智慧網(wǎng)關(guān)（用于采集第三方智能設(shè)備數(shù)據(jù)）、各種智能計量設(shè)備等組成。

整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。

8 系統(tǒng)軟件

圖1

圖2

能源監(jiān)管系統(tǒng)有兩套軟件，一套是基于BS 架構(gòu)的客戶端軟件，一套是基于CS架構(gòu)的監(jiān)控版軟件。兩套軟件都具有數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及權(quán)限分級等功能，其中監(jiān)控版軟件還具備管控功能。根據(jù)大量的工程實踐經(jīng)驗，西南交通大學(xué)能源監(jiān)管系統(tǒng)采用BS架構(gòu)的客戶端軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢的需求，用CS架構(gòu)的監(jiān)控版軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的能源實時監(jiān)控功能。

結(jié)束語

通過在西南交通大學(xué)節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)中配置智能儀表，可以方便與實時地監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，提高變配電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。由于智能儀表均配置有網(wǎng)絡(luò)通信接口，通過通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳與命令下發(fā)，簡化系統(tǒng)，方便設(shè)備的維護(hù)和操作，減少了人員并提高了工作效率。特別是在目前能源供應(yīng)緊張的情況下，通過智能儀表對校園智能建筑內(nèi)所有水電氣能耗進(jìn)行統(tǒng)計，對各類能耗設(shè)備的歷史運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行管理分析，便于維護(hù)人員明確設(shè)備狀態(tài)，制定詳細(xì)的設(shè)備維護(hù)計劃，在校園能耗各方面都有明顯的經(jīng)濟效益，系統(tǒng)投入運行以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，功能完善，使學(xué)校的能源監(jiān)管系統(tǒng)達(dá)到國內(nèi)外領(lǐng)先水平，對推動四川乃至全國高等院校節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)具有非常重要的示范意義。