智能網(wǎng)關(guān)在校園能耗監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用介紹

任運(yùn)業(yè)

江蘇安科瑞電器制造有限公司  江蘇江陰  214405

   摘要：國家提出了全社會節(jié)能減排的戰(zhàn)略舉措，節(jié)約型校園的建設(shè)是實現(xiàn)這一舉措的重要內(nèi)容。為了對校園能耗實行量化管理、實時監(jiān)測，需要建立一個完善的監(jiān)管體系校園節(jié)能監(jiān)管體系。而節(jié)能監(jiān)管體系的核心是能耗監(jiān)測平臺，本文介紹了一種基于智能網(wǎng)關(guān)的能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)方法，并給出了系統(tǒng)的具體建設(shè)實施方法，具有一定的理論價值和實際工程意義。

   關(guān)鍵詞：節(jié)能校園；智能網(wǎng)關(guān)；能耗監(jiān)測

0引言

   隨著近幾年來招生規(guī)模的擴(kuò)大，能源開支占學(xué)校運(yùn)營成本的比重也會越來越大。在學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外理念、管理經(jīng)驗及技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化對學(xué)校的水、電等能耗進(jìn)行精細(xì)化管理將會大幅度降低學(xué)校運(yùn)營成本、建設(shè)綠色校園，落實節(jié)能減排工作任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)校基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能耗監(jiān)管平臺建設(shè)具有重要意義。因此建立高等院校能耗監(jiān)測與監(jiān)控管理平臺是非常有必要的。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

   節(jié)約型校園建筑能耗實時監(jiān)管平臺的建設(shè)以有線Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸為主、GPRS為輔的建筑能耗監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理、信息發(fā)布系統(tǒng)。平臺采用485通訊與TPC/IP網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的建筑能耗統(tǒng)計技術(shù)。系統(tǒng)由命令接收/發(fā)送服務(wù)器、數(shù)據(jù)接收/發(fā)送服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、信息展示服務(wù)器、防火墻、防病毒、文件存儲/數(shù)據(jù)備份服務(wù)器、監(jiān)控工作站、變送器、中繼器、前端傳感器、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器、UPS電源、通訊電纜與建筑能耗實時監(jiān)測軟件等構(gòu)成。系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定地實現(xiàn)建筑能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測和傳輸，并具有數(shù)據(jù)分析、處理和信息展示發(fā)布功能B-9。能耗監(jiān)測平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖 1 能耗監(jiān)管平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2能耗數(shù)據(jù)采集與傳輸

   建筑能耗監(jiān)測的能耗數(shù)據(jù)采集采用自動采集方式，即通過自動采集方式將采集的建筑分項能耗數(shù)據(jù)和分類能耗數(shù)據(jù)由自動計量裝置實時采集，通過自動傳輸方式實時傳輸至項目的數(shù)據(jù)中心。見圖2能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)應(yīng)用拓?fù)鋱D。

2.1數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)設(shè)置

   智能能源網(wǎng)關(guān)與能源管理信息系統(tǒng)主站系統(tǒng)、能源管理工作站和各種能源計量設(shè)備構(gòu)成完整的能耗監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)。智能能源網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)主動與每一終端電表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信(抄表)并存儲數(shù)據(jù)5。定時或?qū)崟r采集的數(shù)據(jù)可通過電話線(或GSM無線方式)、中壓載波(RS232)485總線等形式直接傳回到管理部門的數(shù)據(jù)服務(wù)器中，并對這些數(shù)據(jù)分析處理。將結(jié)果以各種統(tǒng)計報表、圖示等形式報告給管理部門，能自動計算電費(fèi)，生成報表。

2.2數(shù)據(jù)采集監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置

   包括照明插座用電、空調(diào)用電、動力用電和特殊用電。 

圖 2 能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)應(yīng)用拓?fù)鋱D

   照明插座用電是指建筑物主要功能區(qū)域的照明、插座等室內(nèi)設(shè)備用電的總稱。照明插座用電包括照明和插座用電、走廊和應(yīng)急照明用電、室外景觀照明用電。照明和插座是指建筑物主要功能區(qū)域的照明燈具和從插座取電的室內(nèi)設(shè)備。走廊和應(yīng)急照明是指建筑物的公共區(qū)域燈具，如走廊等的公共照明設(shè)備。室外景觀照明是指建筑物外立面用于裝飾用的燈具及用于室外園林景觀照明的燈具。

   空調(diào)用電是為建筑物提供空調(diào)、采暖服務(wù)的設(shè)備用電的統(tǒng)稱?？照{(diào)用電包括冷熱站用電、空調(diào)末端用電，共2個子項。冷熱站是空調(diào)系統(tǒng)中制備、輸配冷量的設(shè)備總稱?？照{(diào)末端是指可單獨(dú)測量的所有空調(diào)系統(tǒng)末端，包括全空氣機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)區(qū)域的排風(fēng)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管和分體式空調(diào)器等。

   動力用電是集中提供各種動力服務(wù)(包括電梯、非空調(diào)區(qū)域通風(fēng)、生活熱水、自來水加壓、排污等)的設(shè)備(不包括空調(diào)采暖系統(tǒng)設(shè)備)用電的統(tǒng)稱。動力用電包括電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機(jī)用電，

   特殊區(qū)域用電是指不屬于建筑物常規(guī)功能的用電設(shè)備的耗電量，特殊用電的特點(diǎn)是能耗密度高、占總電耗比重大的用電區(qū)域及設(shè)備。特殊用電包括信息中心、洗衣房、廚房餐廳、游泳池、健身房或其它特殊用電。

3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)布線方式

   在建筑能耗監(jiān)測中計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間采用了符合各相關(guān)行業(yè)智能儀表標(biāo)準(zhǔn)的各種有線或無線物理接口，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)具有兼容不同協(xié)議類型的計量裝置的能力。計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間采用主-從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式。從機(jī)在主機(jī)的請求命令下應(yīng)答數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是通信主機(jī)，計量裝置是通信從機(jī)。

   在進(jìn)行樓內(nèi)布線時，考慮系統(tǒng)安裝成本，數(shù)據(jù)采集末端的變送器采用電信號或RS485通信方式進(jìn)行連接。當(dāng)連線距離小于50m時，采用屏蔽線連接；當(dāng)連線距離大于50m時，由于屏蔽線電流或電壓信號衰減較大，采用RS485通信方式進(jìn)行I/O模塊的連接，使有效傳輸距離達(dá)到1200m。當(dāng)現(xiàn)場條件不滿足采用電信號或RS485通信方式條件時，采用無線方式進(jìn)行連接。在項目布線中為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的獨(dú)立性，能耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)均盡可能的不與建筑原有的自動控制系統(tǒng)發(fā)生信息互連和共享，即構(gòu)造獨(dú)立布置能耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)。

4建筑能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

   能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和監(jiān)測建筑到數(shù)據(jù)中心傳輸子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對建筑內(nèi)電能或其它能耗信息進(jìn)行采集。它通過信道對其管轄的各類表計的信息進(jìn)行采集、處理和存儲，并通過遠(yuǎn)程信道與數(shù)據(jù)中心交換數(shù)據(jù)。能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采集并緩存其管理區(qū)域內(nèi)監(jiān)測建筑的能耗數(shù)據(jù)，完整轉(zhuǎn)發(fā)給上級數(shù)據(jù)中心。計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間應(yīng)采用符合各相關(guān)行業(yè)智能儀表標(biāo)準(zhǔn)的各種有線或無線物理接口，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)應(yīng)具有兼容不同協(xié)議類型的計量裝置的能力。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心應(yīng)使用專線方式接入傳輸網(wǎng)絡(luò)，并具有固定IP地址或者網(wǎng)絡(luò)域名。

5 安科瑞網(wǎng)關(guān)介紹

5.1通信管理機(jī)

5.1.1概述

   本系列智能通信管理機(jī)是一款采用嵌入式硬件計算機(jī)平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行網(wǎng)絡(luò)接口，用于將一個目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有的智能監(jiān)控/保護(hù)裝置的通信數(shù)據(jù)整理匯總后，實時上傳主站系統(tǒng)，完成遙信、遙測等能源數(shù)據(jù)采集功能。

   同時，本系列智能通信管理機(jī)支持接收上級主站系統(tǒng)下達(dá)的命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的智能系列單元，完成對廠站內(nèi)各開關(guān)設(shè)備的分、合閘遠(yuǎn)方控制或裝置的參數(shù)整定，實現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能，以達(dá)到遠(yuǎn)動輸出調(diào)度命令的目標(biāo)。

5.1.2產(chǎn)品介紹

5.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

5.2.1概述

            AF-GSM是安科瑞電氣推出的新型的4G遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)采集設(shè)條，采用嵌入式設(shè)計。內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，同時采用了功能強(qiáng)大的微處理芯片，配合內(nèi)置看門狗，性能可靠穩(wěn)定。

   本產(chǎn)品提供標(biāo)準(zhǔn)RS485數(shù)據(jù)接口，可以方便的連接RTU、PLC、工控機(jī)等設(shè)備，僅需一次性完成初始化配置。就可以完成對MODBUS設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，并且與安科瑞服務(wù)器進(jìn)行通訊。

5.2.2產(chǎn)品介紹

5.3 無線通訊轉(zhuǎn)換器

5.3.1概述

AEW110系列無線通訊轉(zhuǎn)換器主要用于輔助RS485設(shè)備進(jìn)行無線組網(wǎng)，通過將通訊數(shù)據(jù)在RS485信號與無線信號之間互轉(zhuǎn)，完成普通RS485設(shè)備的無線通訊。降低用戶通訊組網(wǎng)的施工成本與改造時間。可與RS485通訊設(shè)備靈活安裝，實現(xiàn)局部通訊的無線組網(wǎng)。

5.3.2產(chǎn)品介紹

5.4無線通訊終端

5.4.1概述

         AWT100數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊是安科瑞電氣推出的新型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換DTU，通訊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括 2G、4G、NB、LoRa、LoRaWAN，GPS,WiFi,CE,DP 等通訊方式，下行接口提供了標(biāo)準(zhǔn)RS485數(shù)據(jù)接口，可以方便的連接電力儀表、RTU、PLC、工控機(jī)等設(shè)備，僅需一次性完成初始化配置，就可以完成對MODBUS設(shè)備的數(shù)據(jù)采集；同時AWT100系列無線通訊終端采用了功能強(qiáng)大的微處理芯片，配合內(nèi)置看門狗技術(shù)，性能可靠穩(wěn)定。

         AWT200數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)關(guān)應(yīng)用于各種終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析。實現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)測、控制、計算，為系統(tǒng)與設(shè)備之間建立通訊紐帶，實現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)通訊。實時監(jiān)測并及時發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，同時自身根據(jù)用戶規(guī)則進(jìn)行邏輯判斷，大大的節(jié)省了人力和通訊成本。

5.4.2產(chǎn)品介紹

6結(jié)束語 

   本文介紹了節(jié)能監(jiān)管體系、能耗監(jiān)測平臺建設(shè)的實施過程，從總體上對監(jiān)測平臺系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行介紹，并對數(shù)據(jù)的傳輸、采集點(diǎn)的設(shè)置等進(jìn)行了具體分析。該系統(tǒng)不僅可以充分發(fā)揮能耗監(jiān)測平臺在節(jié)約型校園建設(shè)中的作用，還可擴(kuò)展為其他建筑的能耗監(jiān)測平臺，具有一定的推廣價值。

參考文獻(xiàn)

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[4]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.

作者簡介

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的研發(fā)與應(yīng)用。