基于LONWORKS技術能源監管系統的研究與設計

深圳機械院建筑設計有限公司 廣東深圳 518027

摘要：采用LonWorks現場總線技術因其很強的開放性、兼容性、靈活性、安全性、可靠性和可互操作性，使自動化系統中通信可靠、便捷，已被廣泛應用于智能建筑領域。本文針對辦公建筑和大型公共建筑高能耗的問題，對基于Lonworks總線技術建立建筑能源監管系統設計進行分析探討，以期實現建筑能耗遠程監測和節能控制，達到建筑節能的目的。

關鍵詞：LonWorks技術；能源監管系統；布線系統

前言

隨著我國經濟的高速發展，建筑能耗，特別是國家機關辦公建筑和大型公共建筑高耗能的問題日益突出。據統計，辦公建筑和大型公共建筑年耗電量約占全國城鎮建筑總耗電量的22%，辦公建筑和大型公共建筑的節能對于“十一五”期間實現建筑節能20%至關重要。

1.項目簡介

本案例設計的大廈是辦公大樓，建筑面積約35000m2，地上25層，地下室3層。大樓內采用的能源種類有：電能、水、燃氣、燃油。大樓有2路高壓供電線路，變電所有4臺變壓器，其中，1#低壓室的2臺800KVA的變壓器給大樓樓層供電，2#低壓室的2臺630KVA變壓器給2臺離心式冷水機組供電。變電所有4條低壓總進線和86條低壓出線回路（包括備用回路）。大樓有1路自來水總供水管，有1路廚房用燃氣管路和1路鍋爐房供油管路。大樓1-25層為省級機關辦公樓層，共9家單位（包括物業），每個樓層有照明總進線、備用照明2路低壓進線，其中照明總進線在樓層配電箱內分為：照明、插座、開水爐、空調末端、新風機回路。

2.能源監管系統結構及技術原理

本能源監管系統采用Lonworks分布式控制網絡技術，實現對該大廈內的各種能耗進行分項精確計量，計量數據遠程傳輸，數據采集與存儲，數據統計與分析，數據發布與遠傳；以實時監測能源消耗數據為依據，為該大廈的能源監控與有效節能提供有效手段，實現被監控的辦公樓層節電10%以上。

2.1能源監管系統總體結構

該大廈能源監管系統由監控中心、主干網、監控子網組成。在設備相對集中的區域設置了5個監控子網，其中子網1為變電所子網，其它4個子網為樓層監控子網。監控中心通過internet網將該大廈的能源數據傳輸到上一級的能源監管中心。

2.2能源監管系統監控中心

在能源監管中心設1臺監控工作站、1臺100M以太網交換機、5臺網絡控制器，網絡控制器通過以太網與監控中心的監控工作站連接。

2.3能源監管系統子網

（1）樓層監控子網

根據該大廈樓層的設備分布情況，樓層設4個監控子網。每個配電回路的電力監控終端通過LonWorks控制網絡（78K雙絞線網）與相應子網的網絡控制器直接相連。監控子網內的電力監控終端通過網絡控制器與監管中心的監控工作站進行數據傳輸。

（2）變電所監控子網

變電所子網設1臺網絡控制器，將變電所的電力監控終端通過LonWorks控制網絡與網絡控制器直接相連，智能水表、智能油表和智能燃氣表的485接口通過雙絞線與智能網關相連，智能網關通過LonWorks控制網絡與網絡控制器連接。監控子網內的電力監控終端通過網絡控制器與監管中心的監控工作站進行數據傳輸；智能水表、智能油表和智能燃氣表通過智能網關和網絡控制器與監管中心的監控工作站進行數據傳輸。

3.能源監管系統技術實現

3.1計量裝置選型及配置

監測大樓電能參數的計量裝置選用江蘇聯宏自動化系統工程有限公司自行研制生產的PM100D電力監控終端，該電力監控終端經過大量的工程實踐證明是性能可靠、計量精確、技術成熟先進的多功能電力監控計量儀表，并已通過電力工業電力系統自動化設備質量檢驗測試中心的型式試驗（編號：05075）和國家電網公司自動化設備電磁兼容實驗室的委托型式檢驗和EMC檢驗（<遠動主檢>字第231號、<遠動主檢>字第231-EMC號）。主要技術指標如下：遙信功能：5路開關量輸入、干接點輸入；遙測功能：三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數、電能等；測量精度：電壓0.2級、電流0.2級、有功功率0.5級、無功功率0.5級、功率因數0.5級、有功電度0.5級、無功電度0.5級；遙控功能：3路繼電器輸出、可以直接控制接觸器分合；LonWorks 雙絞線接口（TP/FT-10A）和電力載波接口，可方便的接入LonWorks現場控制網絡。

為了滿足辦公大樓的供電系統分項計量，對辦公大樓變電所的低壓總出線和各低壓出線回路配置PM100D（監測）電力監控終端，對消防類出線回路不予監測，消防類設備的用電量可通過低壓總出線與其他回路用電量的差值求得，這樣，變電所需要配置36臺PM100D（監測）電力監控終端。在大樓自來水總進水管加裝1塊智能水表，1～3樓的自來水直供水管加裝1塊智能水表，2路水箱出水管加裝2塊智能水表。共加裝4塊智能水表。在大樓鍋爐進油管前面加裝1臺智能油表。在廚房內燃氣公司的燃氣表后面的管路上安裝一臺智能燃氣表。

按照以上能耗計量表計配置，即可滿足該大廈能耗的分類分項在線計量要求。并可統計出電能按照照明插座、空調、動力和特殊類的實時和累計數據。

對于辦公樓層1～25層，由于目前每層的照明回路和插座回路接有不能斷電的設備，如計算機網絡、安保、應急照明、通信、各部門服務器等，因此，為每個樓層的照明總進線、備用照明總進線，以及照明分回路分別配置一臺PM100D（監測）電力監控終端，對這些回路只監測不控制，系統運行過程中通過監測這些回路的實時電流或功率，可以看出其負荷是否正常，是否還有節能潛力，并對照實時監測數據通過對各部門的用能設備工作負荷與工作時間分析，通過管理手段將能耗降至最小；對每個樓層的空調末端、開水爐和新風機回路分別配置一臺PM100D（監控）電力監控終端，可在非工作時間關閉這些設備，避免無謂的電能浪費；插座回路不配置電力監控終端，其用電量可通過照明總進線與其他五個分回路用電量的差值求得。這樣樓層要配置79臺監控型電力監控終端和76臺監測型電力監控終端。辦公樓監控樓層計量裝置配置如下圖：

3.2現場監控網絡配置

采用雙絞線傳輸網絡。根據該大廈的設備分布情況，監管系統分5個現場監測子網。

辦公樓層共設4個子網。在大樓1～6層設一個子網，7～13層為1個子網，14～20層為1個子網，21～25層為一子網。子網通過雙絞線接入網絡控制器，網絡控制器放在大廈監控中心內，大樓每個樓層PM100D電力監控終端分別接入4個子網中的一個。這樣，大樓1～6層子網的網絡控制器共接入41個電力監測終端，7～13層子網的網絡控制器需要接入的PM100D共42臺，14～20層子網的網絡控制器需要接入的PM100D共42臺，21～25層子網的網絡控制器需要接入的PM100D共30臺。

4.能源監管系統功能

4.1能源分項計量

滿足建設部提出的辦公建筑能耗分項計量的要求，計量該大廈內電能、水、燃氣、燃油的能耗情況，并將電能按照明插座、空調、動力和特殊類進行分類，將能源數據上傳到上一級的能源監管中心。

4.2樓層控制節能

實現對辦公樓層開水爐、空調末端、新風機的遠程控制，實現非工作時間上述設備的關閉，減少無謂的電能浪費。

4.3系統軟件功能

自動采集大樓的水、電、氣、油能耗計量數據并存儲在中心數據庫。對采集的各種計量數據采用每年每平方米的能耗量和每年每人（常駐人員）的能耗量兩個能耗指標來評價其能源利用效率。

系統按日、月、年打印或顯示電、水、氣、油等能耗報表。

采用棒直圖顯示一種或多種建筑能耗的消耗值大小；用棒直圖顯示不同部門之間的能耗對比值；用餅圖顯示各項能耗的所占比例，用趨勢圖顯示一種或多種建筑能耗的變化趨勢。

列表顯示最大/最小能耗值。

對系統網絡設備及所有智能計量裝置實施網管，設備有故障立即報警。

5.結束語

本系統已投入運行，系統運行可靠穩定，實現了該大廈內能源的分項計量，并實現樓層設備的遠程監控，有效節約了樓層用電。提高了大樓能耗數據的可靠性、正確性和實時性，減輕了操作人員的負擔。

參考文獻：

[1]GB/Z20177.1―2006控制網絡LONWORKS技術規范第1部分[S]

[2]GB/Z20177.3―2006控制網絡LONWORKS技術規范第3部分[S]