孫 恒

（吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院，吉林 長春 130114）

1 系統(tǒng)總體設(shè)計簡介

基于無線通訊技術(shù)的校園節(jié)能監(jiān)測管理系統(tǒng)是實現(xiàn)能源優(yōu)化管理的前提和重要基礎(chǔ).本系統(tǒng)根據(jù)用戶的能量傳輸以及能源的利用狀態(tài),通過無線通訊技術(shù)進行監(jiān)測控制,為補充和完善用戶水電管理系統(tǒng),集中建立用戶用電基本數(shù)據(jù)的專門統(tǒng)計規(guī)則和方法,準確有效地獲取各種測量數(shù)據(jù)和運行參數(shù).通過無線通信技術(shù)的遠程系統(tǒng),將所有能源消耗單位、重要設(shè)施和設(shè)備在使用過程中消耗的水能和電能數(shù)據(jù)反饋給能源管理與分析監(jiān)測系統(tǒng),進行分類統(tǒng)計;電力和用水的大用戶以直觀的圖表形式顯示.可以通過能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)水、電能源的合理分配.利用能源管理分析監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)能耗統(tǒng)數(shù)據(jù)被用來分析用戶的能源消耗和能源效率.對用戶的能源利用效率、消費水平、能源經(jīng)濟性和環(huán)境影響進行了監(jiān)測、診斷和評價.找出了造成各種問題和能源浪費的原因,提出了進一步發(fā)揮高校能源管理和監(jiān)督職能的建議和改進措施.

基于無線通信技術(shù)的校園節(jié)能監(jiān)測與管理系統(tǒng)由測量儀器、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換裝置(簡稱網(wǎng)關(guān)設(shè)備)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸站、數(shù)據(jù)服務(wù)器和管理軟件組成.該系統(tǒng)基于Internet技術(shù)和B/S軟件體系結(jié)構(gòu).該系統(tǒng)具有能耗數(shù)據(jù)的實時采集與通信、遠程傳輸、自動分類統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、指標比較、圖表顯示、報表管理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)上傳等功能,滿足了校區(qū)的要求和節(jié)能管理.系統(tǒng)控制層(監(jiān)控管理層)采用B/S結(jié)構(gòu),雙機冗余熱備工作方式,由能源管理系統(tǒng)軟件、主備服務(wù)器、LED顯示屏、打印機以及為系統(tǒng)設(shè)備供電的不間斷UPS電源等組成.主要借助于校園網(wǎng),部分輔以光纖網(wǎng)絡(luò),即有助于減少設(shè)備投資又能增強網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性.

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

2 無線通訊技術(shù)的校園節(jié)能監(jiān)測管理系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基于無線通訊技術(shù)的校園節(jié)能監(jiān)測管理系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架.系統(tǒng)主要由現(xiàn)場采集結(jié)點、CAN總線、LAN總線、網(wǎng)絡(luò)控制器、校園網(wǎng)、校內(nèi)能源管理中心等組成.同時,通過無線通訊技術(shù)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌茉垂芾碇行?

3 無線通訊技術(shù)的校園節(jié)能監(jiān)測管理系統(tǒng)總體設(shè)計原則

節(jié)能監(jiān)測管理系統(tǒng)根據(jù)目前國內(nèi)高校耗能建筑的特點以及節(jié)能管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的水平,提出如下的設(shè)計原則:

3.1 采用先進、成熟、實用的技術(shù)

目前校園節(jié)能管理系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)比較成熟,方案規(guī)劃主要是面臨21世紀的系統(tǒng).因此,技術(shù)上需要追求科學(xué)先進,使用上要求既簡便且有實用性,技術(shù)上則講究成熟、可靠和安全,沒有任何實驗性質(zhì)的應(yīng)用.

3.2 系統(tǒng)應(yīng)有集中統(tǒng)一的管理能力,便于系統(tǒng)管理

根據(jù)實際管理體系的要求,公共安全管理應(yīng)該是集中統(tǒng)一的,所以,系統(tǒng)應(yīng)具有多層次的集中統(tǒng)一管理中心,并實行科學(xué)合理的管理,使監(jiān)控技術(shù)發(fā)揮出應(yīng)有的作用和有效性.

3.3 系統(tǒng)需要具有開放性、可添加性、包容性和靈活性

安全作為主要核心,系統(tǒng)是開放的,可以與其他系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起,并集成到一個整體.要求系統(tǒng)可以適合各種規(guī)模,具有較強的可添加性;可以隨時適應(yīng)系統(tǒng)的擴展需求.該系統(tǒng)具有較強的包容性和靈活性,能夠適應(yīng)其他產(chǎn)品的升級換代.

3.4 系統(tǒng)設(shè)計以及產(chǎn)品的選擇需要規(guī)范化、標準化

系統(tǒng)的設(shè)計和產(chǎn)品的選擇應(yīng)滿足標準化和標準化的要求.

3.5 系統(tǒng)必須安全、可靠且具有較強的容錯性

系統(tǒng)設(shè)備的安全性和可靠性是一個非常重要的指標.為了避免操作人員的誤操作,導(dǎo)致系統(tǒng)的異常運行,要求系統(tǒng)擁有較強的容錯性和自測試功能.

4 系統(tǒng)的特點

基于無線通訊技術(shù)的校園節(jié)能監(jiān)測管理系統(tǒng)應(yīng)用拓展能力強,可滿足高校在不同發(fā)展時期的眾多需求,易于推廣.同時,系統(tǒng)采用分布式部署,充分發(fā)揮了各個組件的處理能力,使系統(tǒng)效率、處理速度達到極限,其優(yōu)勢和效益表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)能耗的精確采集和控制.本系統(tǒng)以房間(如:教室、實驗室、辦公室、學(xué)生寢室等)為對象,可以精確到三路的強電(如:照明用電、采暖用電、動力插座以及電磁閥用電)和二路弱電的數(shù)據(jù)采集與控制.

(2)大規(guī)模受控對象.該系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術(shù),可根據(jù)用戶需求靈活配置受控對象.控制對象的數(shù)量可以滿足大量校園監(jiān)控節(jié)點的要求.

(3)可靠的安全性.當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,被控對象可自動恢復(fù)到正常供電,保證教學(xué)科研的正常運行.該系統(tǒng)具有防止過載和泄漏的功能,保證了機體和設(shè)備的安全.

(4)便利的擴展升級.受控對象的擴展只需要在監(jiān)控工作站上進行設(shè)定并在相應(yīng)受控對象處安裝智能終端(RTU)就能完成;系統(tǒng)的功能擴展只需要在監(jiān)控工作站上進行設(shè)定;系統(tǒng)的對外擴展只需要在監(jiān)控工作站上加入驅(qū)動程序就能與校園一卡通系統(tǒng)連接,方便身份識別,從而實現(xiàn)更多的管理功能.

(5)靈活的控制模式.由于采用了多級網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù),可以實現(xiàn)集中、分散和混合(集中+分散)等多種靈活的控制模式,從而能滿足新校區(qū)的實際需求并提供最佳的系統(tǒng)配置方案.

(6)先進的照明節(jié)電.以每棟樓(或每層樓或每間房間)為單位,配備先進的智能照明節(jié)電器,該智能照明節(jié)電器能與節(jié)能管理系統(tǒng)融為一體.

5 系統(tǒng)的模塊組成

5.1 無線通訊技術(shù)的校園節(jié)能監(jiān)測管理系統(tǒng)針對電力節(jié)能的應(yīng)用

5.1.1 建筑照明節(jié)能系統(tǒng)

對建筑物內(nèi)的照明進行分類,如公共照明 (走廊、樓梯、廁所等)、教室照明、辦公室照明、應(yīng)急照明等.實驗室照明、自習(xí)室照明等.根據(jù)其應(yīng)用功能來劃分控制邏輯關(guān)系,對建筑照明系統(tǒng)進行有效的節(jié)能監(jiān)控.系統(tǒng)中教室可以與課表聯(lián)動,在無課時關(guān)閉教室照明,而對辦公室僅在辦公時間給予照明權(quán)限.

5.1.2 電力系統(tǒng)監(jiān)控

對電力系統(tǒng)的設(shè)備進行實時監(jiān)控,對于時間上功率不平衡的區(qū)域,可采用切換回路的方式進行節(jié)能.電力系統(tǒng)的整體用數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集器(DTU)上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器,由系統(tǒng)管理軟件綜合分配電力負荷,實現(xiàn)校區(qū)整體用電的節(jié)能控制.

圖2 電力系統(tǒng)配線示意圖

5.2 無線通訊技術(shù)的校園節(jié)能監(jiān)測管理系統(tǒng)對電采暖節(jié)能的應(yīng)用

在采暖期內(nèi),對電采暖區(qū)進行分類管理.優(yōu)化溫度分區(qū)管理,最大限度的做好建筑保溫和利用建筑蓄熱.溫度采集點也是分類分布的,其回路控制邏輯由管理系統(tǒng)優(yōu)化策略統(tǒng)一調(diào)配,實現(xiàn)總體節(jié)能.

5.3 無線通訊技術(shù)的校園節(jié)能監(jiān)測管理系統(tǒng)對用水節(jié)能的應(yīng)用

在給水出口和用水終端安裝水流和水壓檢測裝置,對管網(wǎng)內(nèi)的水流量和水壓進行實時監(jiān)測,當水流長時間流動過快或水壓降低過快的管網(wǎng)進行現(xiàn)場維護,對“長流水”和“漏點”位置及時維修,達到節(jié)約用水的目的.但其判斷故障的策略由現(xiàn)場使用經(jīng)一段時間的試運行統(tǒng)計確定,達到實用、有效、節(jié)能的目標.校區(qū)的整體用水量以月為單位上傳到中心數(shù)據(jù)庫.

6 無線通訊技術(shù)的校園節(jié)能監(jiān)測管理系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)與功能

本系統(tǒng)的軟件主要包括WEB瀏覽和系統(tǒng)軟件、無線數(shù)據(jù)接收軟件、DTU采集軟件、數(shù)據(jù)導(dǎo)入中間件軟件.能源管理客戶端軟件等.軟件全部采用圖形化的中國人機界面,具有Windows操作風(fēng)格,模塊化結(jié)構(gòu),使用方便,配置靈活,易于擴展.軟件組成圖如圖所示.各軟件主要功能如下:

圖3 校園能源管理系統(tǒng)軟件組成

(1)數(shù)據(jù)瀏覽軟件.該軟件主要是給校園內(nèi)網(wǎng)web發(fā)布實時能源數(shù)據(jù),并生成按日、月、年打印或顯示各類消耗的報表.為學(xué)校相關(guān)部門和學(xué)校決策層提供科學(xué)的依據(jù).

(2)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入中間件軟件.該軟件主要完成從學(xué)校MIS系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)有部分獲取所需數(shù)據(jù),并導(dǎo)入到能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中供能源管理系統(tǒng)使用.數(shù)據(jù)中間件不影響其他現(xiàn)有系統(tǒng),而只從現(xiàn)有學(xué)校系統(tǒng)中讀取能量管理系統(tǒng)所需的信息,不向系統(tǒng)寫入任何信息.因此,系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向是單向的,可以充分保證其他系統(tǒng)的安全性.針對不同的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng),需要定制和開發(fā)不同的數(shù)據(jù)中間件,以滿足學(xué)校的需要.

(3)DTU采集軟件.該軟件滿足了建筑能耗分類、分類和分計量的要求.實現(xiàn)對校園建筑電、水分類計量及電能的分項計量.

(4)無線數(shù)據(jù)接收軟件.該軟件將建筑能耗分項計量數(shù)據(jù)通過GPRS遠程上傳至更高級別能源管理中心.

(5)能耗管理客戶端.該系統(tǒng)實時監(jiān)測各供電線路的電壓、電流、功率等參數(shù),分析各供電線路在線需求,識別有效負荷和無效能耗,從而實現(xiàn)建筑物的有效節(jié)能.

結(jié)束語

利用能耗測量技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合,通過使用基于無線電臺通訊以及基于GPRS通訊兩種無線通訊技術(shù)兩種技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式,達到針對供電、供熱、供水與環(huán)境監(jiān)測等，對管網(wǎng)系統(tǒng)進行遠程的實時信息數(shù)據(jù)采集、實時信息傳輸、實時信息處理,直觀快速地反映管網(wǎng)的實時運行狀態(tài),通過遠程控制,能夠及時對管網(wǎng)系統(tǒng)進行合理的實時調(diào)度以及管理,從而實現(xiàn)管理的現(xiàn)代化.在確保生產(chǎn)人員安全的前提下,能夠利用電子信息技術(shù)有效地提高生產(chǎn)效率.