基于Lonworks 技術的西南交通大學能源監管系統

金元

（江蘇聯宏智慧能源股份有限公司，江蘇 南京210046）

在西南交通大學建立校園能源監管系統可實現校園用能的實時在線分項、分類、分戶監測以及自動化監控和節能控制、能耗數據采集以及存貯、數據統計以及分析、數據遠程傳輸以及數據顯示、打印、發布等，使學校能源管理部門對各類能源系統進行確實有效的監控與管理。

1 建設目標

西南交通大學校園能源監管系統建設采用國內先進的分布能源監管系統技術，總體目標為：

1.1 校內能耗分項、分類、分戶實時監測，精準計量，數據遠程傳輸，數據采集以及存貯，數據統計以及分析，數據發布以及遠傳；為學校提供參考或者決策依據；為校內能源管理部門提供有力的決策依據。

1.2 以實時監測的校內能源數據為依據，為學校的能源賬單核對、能源質量監測、節能潛力分析、節能控制、節能驗證、提高全校師生節能意識等提供高效手段，實現有效節能提供強力工具，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

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

2.1.2 重點建筑

對九里校區：0 號教學樓，對犀浦校區：1 號教學樓、7 號教學樓、圖書館等重點建筑進行電能耗數據詳細監測，以實現樓層或分戶的照明電、動力電分項計量監管。對教室照明、電開水器等電能消耗進行智能遠程控制，實現節能等；可通過遠程操作管理，定量、定時控制用電，改變因為非正常用電而照成的浪費現象，達到節約電能的目的。

2.2 水表的配置

學校犀浦校區有2 路市政總進水，九里校區有4 路市政總進水，在總進水的后端進行改造，加裝智能水表實現校園用水總計量。另外，把校園現有的機械水表改造為帶遠傳接口的智能水表以獲得整個校園總的用水數據和各不同建筑單獨的用水數據。在一二級水量監測中，運用水平衡監測技術對水網用水數據進行平衡計算以及定期增量分析，當某個表計出現異常時，系統立即報警。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 臺水表數據采集器，通過水表的智能接口模塊讀取數據，并通過網絡控制器將智能水表接入到現場子網。

考慮到水表若采用GPRS無線傳輸數據時需要付流量費，同時仍然需要敷設電源線，故本系統水表數據采集采用有線傳輸數據。采用水表數據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網絡控制器，如果距離較遠、布線不便或者子網節點數不夠，則需要按區域另建新的子網。

典型水表配置結構圖如圖1。

2.3 燃氣表配置

學校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測平臺，故根據學校要求為燃氣接入監管平臺預留軟件接口，用于對接市政用氣數據，從市政平臺直接讀取燃氣數據。

3 現場監測網絡

3.1 概況

本監管系統采用Lonworks 雙絞線現場控制網絡，具備網絡結構靈活、傳輸媒介多樣、抗擾能力強、傳輸速度快等優點，同時可以實現Lonworks 網絡與Internet 無縫連接，也可以實現遠程監控以及操作。現場控制網絡由網絡控制器、現場智能表計、智能網關等設備組成。現場控制網絡中的網絡控制器采用美國埃施朗公司的i.LON SmartServer。現場控制網絡中的智能網關采用NLA-GW100，該網關由江蘇聯宏智慧能源股份有限公司自主研發, 是集接口轉換和定時時鐘于一體的智慧型網關，可方便的將帶RS232、RS485以及RS422 接口的設備接入到LonWorks 網絡。現場監測網絡承擔著各類能耗計量和監控裝置的連接、能耗監測數據的采集、上傳以及節能控制命令下發至每個能耗監控裝置的作用，是整個能源管理平臺可靠性以及監測數據穩定快速傳輸的關鍵所在。

3.2 子網配置

電能耗監管系統是由九里校區和犀浦校區2 個校區的電力監測子網構成。現場監測子網共有15 個子網。即需要安裝網絡控制器共15 臺。兩校區需要安裝節點計量裝置——多功能電力監控終端共452 個。電力監測子網控制器位置確定在每個校區的配電室。 兩校區重點監測點數合計148 個，采用具有RS485 通訊功能的武漢盛帆DTS395 型電表，由于整個系統采用Lonworks 技術，需要將盛帆電表的RS485 信號轉換為Lonworks 信號，需采用聯宏公司生產的網關NLA-GW100，每個網關可以轉換25 個盛帆電表信號，故需配置6 個網關。水能耗監管系統是由九里校區和犀浦校區2 個校區的水監測子網構成。現場監測子網共有27 個子網。即需要安裝網絡控制器共27 臺。兩校區需要安裝遠傳接口裝置——濰微水表傳感器共295 個。水表子網控制器位置確定在每個子網的中心建筑物內。

4 對接購電系統

學校目前采用愛立德、新中新、海融三套購電系統，為充分利用原有建設成果，對犀浦校區前期投入的學生宿舍6840 個監測點，九里校區前期投入的學生宿舍5002 個監測點進行整合利用集成。學校提供相應接口，通過系統軟件與學生宿舍智能購電系統進行端口連接，采集宿舍電能數據。

5 主干通信網絡

學校本身的校園網已經覆蓋到了校園內的每一棟大樓，因此只需借用現有的校園網就可以達到能源數據的傳輸目的。然而實際上校園網絡本身架構比較龐大和復雜，且歷來病毒、木馬等問題較為嚴重，這些都不利于能源系統的穩定可靠運行。同時考慮到校園內部組建的光纖通信網絡其光纖有大量富余，給施工帶來了極大的便利且不增加太多額外的成本，因此，本系統將會在校園內部組建能源系統專用的光纖網。每個現場子網配置一個光電轉換節點用于該子網現場數據集成、傳輸。

6 系統關鍵技術

6.1 現場監控網絡技術

采用先進的Lonworks 現場監控網絡技術，具有優良的實時性、靈活性、可靠性、擴展性、施工方便。

6.2 計量信息接口技術

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場控制網絡，在一個系統平臺上實現水、電、油、氣、熱能等各類能耗的采集。

6.3 遠程傳輸網絡技術

采用先進的遠程傳輸網絡技術，可以保證網絡數據的連續性與完整性，實現能耗數據傳輸穩定可靠。

6.4 系統平臺與應用軟件技術

采用分布式系統架構，增強了系統平臺的穩定性、可擴展性以及執行效率，實現高性能的系統平臺架構以及功能完善的應用軟件技術。

6.5 系統可靠性與環境適應性技術

系統抗強電磁干擾、抗振動、抗雷擊、抗潮濕、抗高溫、系統防誤操作、高MTBF、低MTTR 等，系統穩定可靠。

6.6 計量裝置

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

7 系統結構

能源管理系統采用國內外先進的、安全可靠的、有自主產權的“快速分布式實時監控網絡”技術和關鍵產品搭建，平臺系統由能耗管控中心、通訊網絡、現場監控子網、智慧網關（用于采集第三方智能設備數據）、各種智能計量設備等組成。

整體系統結構如圖2。

8 系統軟件

圖1

圖2

能源監管系統有兩套軟件，一套是基于BS 架構的客戶端軟件，一套是基于CS架構的監控版軟件。兩套軟件都具有數據查看、數據分析、數據統計以及權限分級等功能，其中監控版軟件還具備管控功能。根據大量的工程實踐經驗，西南交通大學能源監管系統采用BS架構的客戶端軟件實現數據查詢的需求，用CS架構的監控版軟件實現系統的能源實時監控功能。

結束語

通過在西南交通大學節能監管系統中配置智能儀表，可以方便與實時地監測系統的運行狀態，提高變配電系統運行的穩定性和可靠性。由于智能儀表均配置有網絡通信接口，通過通訊網絡進行數據上傳與命令下發，簡化系統，方便設備的維護和操作，減少了人員并提高了工作效率。特別是在目前能源供應緊張的情況下，通過智能儀表對校園智能建筑內所有水電氣能耗進行統計，對各類能耗設備的歷史運行數據和狀態進行管理分析，便于維護人員明確設備狀態，制定詳細的設備維護計劃，在校園能耗各方面都有明顯的經濟效益，系統投入運行以來，系統運行穩定可靠，功能完善，使學校的能源監管系統達到國內外領先水平，對推動四川乃至全國高等院校節能監管體系建設具有非常重要的示范意義。