摘要: 介紹了一種新型能耗監測係統的設計，係統構成以及係統的功能，Acrel-5000組態軟件可以實現對現場設備的係統集成，數據的采集、傳輸以及存儲，從而實現對大型公共建築的分類、分項能耗計量功能。並以實例驗證了該係統的功能與實用性。
關鍵詞 能耗監測 Acrel-5000 係統集成
Design and Application of Energy-consuming Supervising System
Abstract : A new Energy-consuming Supervising System is introduced, its design, system structure and function. Acrel-5000 configuration software can realize system integration of field devices, data collection, transmission and save, sequentially realize sorted and subentry Energy-consuming measure function to large public buildings. And the system function and practicability are demonstrated by practical case.
Keyword: Energy-consuming Supervising, Acrel-5000, system integration
0 引言
北京市建委和市發改委2008年01月公布了去年北京實施能源審計的部分北京市國家機關辦公建築和大型公共建築平均電耗、水耗。其中進行審計的20個單位的國家機關辦公建築，每平方米建築麵積年平均耗電量為85.4度（年平均85.4kWh／m2） ，人均年耗電量為3072.5度（年平均3072.5kWh／人）。國家機關辦公建築和大型公共建築年耗電量約占全國城鎮總耗電量的22%，每平方米年耗電量是普通居民住宅的10～20倍，是歐洲、日本等發達國家同類建築的1.5～2倍。
一方麵，我國大型公共建築能耗巨大，另一方麵，我們也缺乏直接數據為決策的指定提供基礎和參考。住房和城鄉建設部建科[2008]114號文（2008-06-24）《關於印發國家機關辦公建築和大型公共建築能耗監測係統建設相關技術導則的通知》shishi，duiyunenghaojiancexitongzuolejutiguifan。yinci，bixujianlidaxinggonggongjianzhunenghaojiancepingtai，duiquanguozhongdianchengshizhongdianjianzhunenghaojinxingshishijiance，bingtongguonenghaotongji、能源審計、能效公示、用能定額和超定額加價等製度，促使國家機關辦公建築和大型公共建築提高節能運行管理水平，為政府政策的製定和決策提供參考。
1 能耗監測係統構成
能(neng)耗(hao)監(jian)測(ce)係(xi)統(tong)是(shi)指(zhi)通(tong)過(guo)對(dui)國(guo)家(jia)機(ji)關(guan)辦(ban)公(gong)建(jian)築(zhu)和(he)大(da)型(xing)公(gong)共(gong)建(jian)築(zhu)安(an)裝(zhuang)分(fen)類(lei)和(he)分(fen)項(xiang)能(neng)耗(hao)計(ji)量(liang)裝(zhuang)置(zhi)，采(cai)用(yong)遠(yuan)程(cheng)傳(chuan)輸(shu)等(deng)手(shou)段(duan)及(ji)時(shi)采(cai)集(ji)能(neng)耗(hao)數(shu)據(ju)，實(shi)現(xian)重(zhong)點(dian)建(jian)築(zhu)能(neng)耗(hao)的(de)在(zai)線(xian)監(jian)測(ce)和(he)動(dong)態(tai)分(fen)析(xi)功(gong)能(neng)的(de)硬(ying)件(jian)係(xi)統(tong)和(he)軟(ruan)件(jian)係(xi)統(tong)的(de)統(tong)稱(cheng)[1]。其中，分類能耗是指根據國家機關辦公建築和大型公共建築消耗的主要能源種類劃分進行采集和整理的能耗數據，如：電、燃氣、水等。分項能耗是指根據各類能源的主要用途劃分進行采集和整理的能耗數據，例如，電量分項能耗應當包括：照明插座用電、空調用電、動力用電、特殊用電。
1.1 數據采集係統
能neng耗hao數shu據ju采cai集ji方fang式shi包bao括kuo人ren工gong采cai集ji方fang式shi和he自zi動dong采cai集ji方fang式shi。通tong過guo人ren工gong采cai集ji方fang式shi采cai集ji的de數shu據ju包bao括kuo建jian築zhu基ji本ben情qing況kuang數shu據ju采cai集ji指zhi標biao和he其qi它ta不bu能neng通tong過guo自zi動dong方fang式shi采cai集ji的de能neng耗hao數shu據ju，如ru建jian築zhu消xiao耗hao的de煤mei、液化石油、人ren工gong煤mei氣qi等deng能neng耗hao量liang。通tong過guo自zi動dong采cai集ji方fang式shi采cai集ji的de數shu據ju包bao括kuo建jian築zhu分fen項xiang能neng耗hao數shu據ju和he分fen類lei能neng耗hao數shu據ju，由you自zi動dong計ji量liang裝zhuang置zhi實shi時shi采cai集ji，通tong過guo自zi動dong傳chuan輸shu方fang式shi實shi時shi傳chuan輸shu至zhi數shu據ju中zhong心xin。
1.2 數據傳輸技術
建築物能耗監測係統的自動計量裝置所采集的能耗數據，通過RS485接口，並采用TCP／IP通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)自(zi)動(dong)並(bing)實(shi)時(shi)上(shang)傳(chuan)給(gei)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)，以(yi)保(bao)證(zheng)數(shu)據(ju)得(de)到(dao)有(you)效(xiao)的(de)管(guan)理(li)和(he)支(zhi)持(chi)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)查(zha)詢(xun)服(fu)務(wu)，同(tong)時(shi)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)采(cai)取(qu)一(yi)定(ding)的(de)編(bian)碼(ma)規(gui)則(ze)，實(shi)現(xian)數(shu)據(ju)組(zu)織(zhi)、存儲及交換的一致性。
1.3 數據中心
數據中心也就是數據庫，接收並存儲其管理區域內監測建築的能耗數據，並對其進行處理、分析、展(zhan)示(shi)和(he)發(fa)布(bu)。數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)具(ju)備(bei)設(she)置(zhi)數(shu)據(ju)更(geng)新(xin)的(de)時(shi)間(jian)間(jian)隔(ge)，訪(fang)問(wen)曆(li)史(shi)數(shu)據(ju)，報(bao)警(jing)，打(da)印(yin)報(bao)表(biao)，實(shi)時(shi)與(yu)曆(li)史(shi)曲(qu)線(xian)，圖(tu)表(biao)的(de)繪(hui)製(zhi)，並(bing)預(yu)留(liu)相(xiang)應(ying)擴(kuo)展(zhan)功(gong)能(neng)。
1.4 係統結構
Acrel-5000能耗監測係統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，為大型公共建築的實時數據采集、開關狀態監測及遠程管理與控製提供了基礎平台，它可以和檢測、控製設備構成任意複雜的監控係統。該係統主要采用分層分布式計算機網絡結構，如圖1所示：站控管理層、網絡通訊層和現場設備層。
圖1 係統結構圖
1）站控管理層
zhankongguanlicengzhenduinenghaojiancexitongdeguanlirenyuan，shirenjijiaohudezhijiechuangkou，yeshixitongdezuishangcengbufen。zhuyaoyouxitongruanjianhebiyaodeyingjianshebei，rugongyejijisuanji、打印機、UPS電源等組成。監測係統軟件具有良好的人機交互界麵，對采集的現場各類數據信息計算、分析與處理，並以圖形、數顯、聲音等方式反映現場的運行狀況。
監控主機：用於數據采集、處理和數據轉發。為係統內或外部提供數據接口，進行係統管理、維護和分析工作。
打印機：係統召喚打印或自動打印圖形、報表等。
模擬屏：係統通過通訊方式與智能模擬屏進行數據交換，形象顯示整個係統運行狀況。
UPS：保證計算機監測係統的正常供電，在整個係統發生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。
2）網絡通訊層
通訊層主要是由通訊管理機、以太網設備及總線網絡組成。該層是數據信息交換的橋梁，負責對現場設備回送的數據信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉達上位機對現場設備的各種控製命令。
通訊管理機：是係統數據處理和智能通訊管理中心。它具備了數據采集與處理、通訊控製器、前置機等功能。
以太網設備：包括工業級以太網交換機。
通訊介質：係統主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無線通訊等。
3）現場設備層
現場設備層是數據采集終端，主要由智能儀表組成，
采用具有高可靠性、帶有現場總線連接的分布式I/O控製器構成數據采集終端，向數據中心上傳存儲的建築能耗數據。測量儀表擔負著最基層的數據采集任務，其監測的能耗數據必須完整、準確並實時傳送至數據中心。
2 軟件實現與係統功能
上位機軟件為Acrel-5000能耗監測係統組態軟件，該軟件是對現場能耗數據進行采集與監測的專用軟件，最大的特點是能以靈活多樣的“組態形式”而不是編程方式來進行係統集成，它提供了良好的用戶開發界麵和簡捷的工程實現方法，隻要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態”，便可以非常容易地實現和完成對現場數據的采集與監測功能。Acrel-5000能neng耗hao監jian測ce係xi統tong具ju有you友you好hao的de人ren機ji交jiao互hu界jie麵mian，可ke實shi時shi和he定ding時shi采cai集ji現xian場chang設she備bei各ge參can量liang及ji開kai關guan量liang狀zhuang態tai，並bing將jiang采cai集ji到dao的de數shu據ju上shang傳chuan給gei數shu據ju中zhong心xin存cun儲chu。係xi統tong還hai提ti供gong了le實shi時shi曲qu線xian和he曆li史shi趨qu勢shi曲qu線xian分fen析xi，符fu合he用yong戶hu設she計ji需xu要yao的de報bao表biao、事件記錄和故障報警等功能。整個係統可以實現所有回路能耗的采集和統計，實現了遠程自動抄表、能耗監測功能。
（1）運行狀態監測：通訊異常報警提示。
3 應用案例
上海浦東某圖書館是一個高能耗大型公共建築，總建築麵積60885平方米,消耗的能源主要為電、水，還有少量的燃氣、柴油等，柴油發電機是作為應急電源之用。該項目能耗監測係統采用三層網絡結構，各樓層對用電進行分類、分項計量，各樓層及總供水管道、燃氣、chaiyouguandaodouanzhuangyouceliangyibiao，yishixianduinenghaodeshishicaijiyujiankong。suoyoudezhinengceliangyibiaojuntongguoxianchangzongxianjinxingzuwang，zaijiankongshiduixianchanggehuilunenghaozhuangkuangshixianjizhongjiankongyuguanli。
該項目中采用研祥工業計算機作為監控主機，並附帶液晶顯示器、打印機等設備，山特UPS電源在整個係統發生供電問題時，可在一定時間內保證站控管理層設備的正常運行。數據采集終端采用高可靠性、帶有現場總線連接的智能測量儀表。對於圖書館供配電係統，低壓進線回路和重要回路安裝ACR係列多功能電力儀表，普通饋線回路及照明配電箱中安裝ADL係列導軌式電能表，儀表外形如圖2所示[2][3]。
ACR係列多功能電力儀表具有全麵的三相交流電量測量、複費率電能計量、四象限電能計量、2～31次諧波分析、電網質量分析、遙信輸入、遙控輸出及網絡通訊功能，主要用於對電網供電質量的綜合監控及電能管理，廣泛應用於低壓聯絡櫃、出線櫃、動力櫃等場合。而ADL係列導軌式安裝電能表除能采集基本電能參量外還具有體積小巧、安裝方便等優點，ADL100單相電能表結構尺寸為4模數，與微型斷路器一起安裝於照明配電箱中，如圖3所示，ADL300三相電能表為7模數結構，主要應用於動力櫃中，安裝方式如圖4所示，極大的方便了用電自動化管理。
圖3 ADL100應用安裝示例
圖4 ADL300應用於動力櫃中
該能耗監測係統通過現場設備和通信係統提供的傳輸通道，完成對各用電回路、供水、燃氣及柴油管道的數據采集，信息經分析、處理，以報表、圖形等多種形式供值班員參考，使值班員能夠便捷的掌握係統的運行及能耗狀況，及時發現、糾正能源浪費現象，從而進行節能管理。在需要時，還可提供快捷的遠程控製手段，完成對設備運行狀態的改變以及事故情況的處理。
圖5 圖書館能耗監測係統主界麵
表1 圖書館能耗統計數據查詢表
圖5為圖書館能耗監測係統的主界麵，可以查詢各類能耗的使用狀況，表1給出了圖書館能耗數據查詢表，很清楚的顯示出各類能源的使用情況。圖6為係統給出的圖書館照明、空調及插座等用電量的餅圖，很直觀地顯示出分項用電量的百分比。而圖7是根據係統采集的所有分類能耗數據，由係統繪製出的分類能耗柱形圖，可以形象的看出分類能源的使用情況。
圖6圖書館年分項用電量餅圖
圖7圖書館分類能耗對比圖
5 結束語
隨sui著zhe能neng源yuan的de日ri益yi緊jin張zhang，節jie能neng降jiang耗hao成cheng為wei大da型xing公gong共gong建jian築zhu智zhi能neng化hua建jian設she的de必bi然ran選xuan擇ze，本ben文wen介jie紹shao的de能neng耗hao監jian測ce係xi統tong，不bu僅jin能neng監jian控kong供gong配pei電dian係xi統tong的de運yun行xing狀zhuang況kuang，還hai能neng監jian測ce用yong水shui量liang、燃氣等其它能源的使用狀況，並能根據采集到的能耗數據繪製出各種報表、分析曲線、圖形等，便於分析研究，為智能建築的節能技術提供參考。該係統運行安全、可靠，並附有事件記錄及故障報警等功能，極大地方便了用戶的使用。隨著社會的發展，能源的日益緊張，實現對分類能耗、分項能耗的遠程監測與管理成為智能建築發展的必然趨勢。
參考文獻
1. 關於印發國家機關辦公建築和大型公共建築能耗監測係統建設相關技術導則的通知. 2008. 6
