摘 要：為了有效地管理與節(jié)約校園電能耗，以 “節(jié)約型校園電力能耗監(jiān)控系統(tǒng)”的建設(shè)為背景， 設(shè)計(jì)了基于LonWorks技術(shù)i.Lon Smart Server 2.0某高校的電力能耗監(jiān)控系統(tǒng)，包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、使用的關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，結(jié)果表明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電力節(jié)能和監(jiān)控管理功能。



關(guān)鍵詞：LonWorks; 電能耗; 監(jiān)控系統(tǒng); 節(jié)能

中圖分類號(hào)：

TN711-34

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2012)05

-0153

-03



Research and implementation of monitoring and control system 

in the campus power energy based on LonWorks technology



LIU Li-li， DUAN Zhong-xing

(School of Information and Control Engineering， Xi’an University of Architecture and Technology， Xi’an 710055， China)



Abstract：

To effectively manage and save electrical energy on campus， a college power consumption monitoring and control system based on LonWorks technology i.Lon Smart Server 2.0 is designed according to the construction of \"saving electricity consumption monitoring and control system on campus\". The monitoring system includes system network structure， key technologies and final implementation. The test verifies that the system can achieve power saving， monitoring and management.



Keywords： LonWorks; electrical energy consumption; monitoring and control system; energy saving



收稿日期：2011-11-21

0 引 言

電力能源是人們生活不可或缺的關(guān)鍵能源。高校又是主要耗電戶，需要使用新的技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)電能源的節(jié)約與管理。提供充足的電能是學(xué)校科研、教學(xué)、師生活動(dòng)有序進(jìn)行的前提。因此對(duì)高校進(jìn)行電力節(jié)能降耗監(jiān)控管理的研究和改造對(duì)建設(shè)節(jié)約型校園具有深遠(yuǎn)意義。

國(guó)外一些國(guó)家對(duì)能耗管理平臺(tái)研究和實(shí)現(xiàn)已經(jīng)相對(duì)成熟。例如美國(guó)OPTO22公司在2010年底研制了新一代EMU能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與Google Power Meter(Google 能耗計(jì)量軟件)等平臺(tái)集成的能耗監(jiān)測(cè)在線解決方案。2007年，國(guó)內(nèi)南京迪瑪斯電氣有限公司開發(fā)的建筑能耗采集系統(tǒng)，以及清華大學(xué)的著名院士江億負(fù)責(zé)主持的建筑節(jié)能研究中心開發(fā)的能耗分項(xiàng)計(jì)量實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)已在十座大型公建中運(yùn)行，進(jìn)一步推動(dòng)了國(guó)內(nèi)能耗管理平臺(tái)建設(shè)［1］。

本文以“某高校節(jié)約型校園電力能耗監(jiān)控系統(tǒng)”的建設(shè)為背景，設(shè)計(jì)了基于LonWorks技術(shù)i.Lon Smart Server 2.0電力能耗監(jiān)控系統(tǒng)。包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證，結(jié)果表明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電力節(jié)能和監(jiān)控管理功能。

1 校園電能耗監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電能耗分項(xiàng)(空調(diào)、動(dòng)力、照明插座、特殊用電)計(jì)量和節(jié)能監(jiān)控，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由三層組成，分別是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、中間網(wǎng)絡(luò)傳輸層、上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)采用多功能電力監(jiān)控終端來完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)子網(wǎng)各個(gè)回路中各電力參數(shù)的采集和處理；中間網(wǎng)絡(luò)傳輸層是將現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)打包通過網(wǎng)絡(luò)控制器i.Lon Smart Server 2.0［2］傳輸?shù)缴蠈颖O(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的控制命令下達(dá)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作；上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要完成對(duì)各個(gè)子網(wǎng)電能耗的整體綜合監(jiān)控及用電管理，并通過Internet實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源信息共享。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文所研究的某高校電力能耗監(jiān)控系統(tǒng)工程概況如下：該系統(tǒng)是由北院教學(xué)區(qū)、辦公區(qū)、學(xué)生生活區(qū)和南邊行政辦公區(qū)共2個(gè)分區(qū)23個(gè)基站構(gòu)成?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)計(jì)量裝置安裝的科學(xué)性以及從施工走線考慮共有23個(gè)子網(wǎng)。即需要安裝網(wǎng)絡(luò)控制器i.Lon Smart Server 2.0共23臺(tái)。需要安裝節(jié)點(diǎn)計(jì)量裝置——多功能電力監(jiān)控終端NLA-PM100D共386個(gè)。為了合理地確定現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)的安裝位置，根據(jù)該校園配電圖紙以及數(shù)據(jù)中心位置綜合考慮，子網(wǎng)位置確定及節(jié)點(diǎn)數(shù)量安裝情況如表1所示。

2 校園電能耗監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用到的關(guān)鍵技術(shù)有計(jì)量裝置、計(jì)量信息接口技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、組態(tài)軟件應(yīng)用技術(shù)［3-8］。

2.1 系統(tǒng)中的智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

基于LonWorks總線的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量裝置采用高精度電能計(jì)量芯片ADE7758和單片機(jī)ATMEGA128A，ADE7758能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采集進(jìn)來的電壓、電流信號(hào)和頻率信號(hào)的數(shù)字濾波、諧波分析、有功、無功、視在電能計(jì)量處理及與單片機(jī)ATMEGA128A進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。ATMEGA128A單片機(jī)負(fù)責(zé)與電能計(jì)量芯片ADE7758交換數(shù)據(jù)、數(shù)碼管顯示、鍵盤輸入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及與基于Neuron5000芯片的TP/FT-10F LonWorks模塊通信，包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元、人機(jī)接口單元(12個(gè)8段數(shù)碼管顯示、6個(gè)鍵盤輸入)、存儲(chǔ)和從站接口單元，如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)中智能節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

智能節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)主要指應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的功能都是由應(yīng)用程序完成。在基于LonWorks技術(shù)的電力能耗監(jiān)控系統(tǒng)的智能節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中，因?yàn)槭菍?duì)現(xiàn)場(chǎng)共23個(gè)子網(wǎng)中的每一個(gè)子網(wǎng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的調(diào)試，23個(gè)子網(wǎng)就是23臺(tái)i.Lon Smart Server 2.0網(wǎng)絡(luò)控制器，為了考慮現(xiàn)場(chǎng)施工布線方便容易等特點(diǎn)，電力能耗需要監(jiān)控的區(qū)域共分為23個(gè)子網(wǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)不同子網(wǎng)區(qū)域的各個(gè)配電室進(jìn)行調(diào)試時(shí)只需一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序、一根網(wǎng)線及已經(jīng)安裝在子網(wǎng)內(nèi)的i.Lon Smart Server 2.0網(wǎng)絡(luò)控制器，安裝在現(xiàn)場(chǎng)配電室的各配電柜上的電力能耗計(jì)量裝置，就可以調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)。調(diào)試過程如圖3所示。

2.3 上層監(jiān)控主站與底層監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)通信

系統(tǒng)采用OPC技術(shù)來實(shí)現(xiàn)上層監(jiān)控管理機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)之間的通信。通過OPC接口將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集到組態(tài)軟件中來，又可通過該接口將數(shù)據(jù)從組態(tài)軟件系統(tǒng)采集到上位機(jī)應(yīng)用程序中來［6］，OPC技術(shù)采用Client/Server模式，本文組態(tài)采用InTouch10.0［7］，應(yīng)用LNS OPC Server和In Touch的OPC Client建立In Touch10.0與LonWorks網(wǎng)絡(luò)之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)鏈接，配置好相應(yīng)的主題和項(xiàng)目，即可建立監(jiān)控系統(tǒng)與LonWorks網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)系。使上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)， 并下發(fā)控制命令。基于InTouch 10.0組態(tài)的監(jiān)控程序一方面通過EasyLon OPC Server同LonWorks網(wǎng)絡(luò)變量交換信息，一方面通過ADO(Activex Data Object)數(shù)據(jù)接口同數(shù)據(jù)庫(kù)交換信息。通過運(yùn)行OPC服務(wù)器和人機(jī)界面軟件來對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)和歷史信息監(jiān)控。示意圖如圖4所示。

將現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)NeuronID和程序ID寫入

3 校園電力能耗監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施過程

3.1 確定數(shù)據(jù)監(jiān)控中心

首先將現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)即多功能電力監(jiān)控終端通過自帶LonWorks雙絞線接口(TP/FT-10A)使其與i.Lon Smart Server 2.0網(wǎng)絡(luò)控制器通信，網(wǎng)絡(luò)控制器再通過校園局域網(wǎng)與裝有LonMaker for Windows 3.2的監(jiān)控主機(jī)連接組網(wǎng)。然后通過監(jiān)控主機(jī)與Intranet/Internet連接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心設(shè)立在北區(qū)，包括大屏幕、直流電源UPS、監(jiān)控主機(jī)、打印機(jī)等。監(jiān)控主機(jī)采用Microsoft SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、基于LNS操作系統(tǒng)的LonMaker for Windows 3.2，Echelon i.LON Smart Server 2.0 Software等一系列LonWorks軟件。

3.2 使用LonMaker for Windows 3.2組建教學(xué)大樓東子網(wǎng)

教學(xué)大樓東配電室內(nèi)子網(wǎng)IP地址為192.168.1.109，其LonWorks Interface Name為“jxdld”，在測(cè)試添加子網(wǎng)后進(jìn)入LonMaker for Windows 3.2界面創(chuàng)建子網(wǎng)，如圖5所示。

圖5 使用LonMaker for Windows 3.2

創(chuàng)建教學(xué)大樓東子網(wǎng)(jxdld)

3.3 子網(wǎng)中單個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢分析

教學(xué)大樓東子網(wǎng)組建成功之后，對(duì)子網(wǎng)中的單個(gè)節(jié)點(diǎn)使用LonMaker 3.2瀏覽單個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，在監(jiān)控室就可以方便地看到該子網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)電力能耗智能節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，是否正常采集數(shù)據(jù)等及某個(gè)回路中的能耗使用情況，以便于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題加強(qiáng)管理以更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能及監(jiān)控管理功能，如圖6所示。

圖6 教學(xué)大樓東子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息查詢分析

(下轉(zhuǎn)第166頁(yè))