基于LONWORKS技術(shù)能源監(jiān)管系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

深圳機(jī)械院建筑設(shè)計(jì)有限公司 廣東深圳 518027

摘要：采用LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)因其很強(qiáng)的開(kāi)放性、兼容性、靈活性、安全性、可靠性和可互操作性，使自動(dòng)化系統(tǒng)中通信可靠、便捷，已被廣泛應(yīng)用于智能建筑領(lǐng)域。本文針對(duì)辦公建筑和大型公共建筑高能耗的問(wèn)題，對(duì)基于Lonworks總線技術(shù)建立建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析探討，以期實(shí)現(xiàn)建筑能耗遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和節(jié)能控制，達(dá)到建筑節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：LonWorks技術(shù)；能源監(jiān)管系統(tǒng)；布線系統(tǒng)

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，建筑能耗，特別是國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑高耗能的問(wèn)題日益突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，辦公建筑和大型公共建筑年耗電量約占全國(guó)城鎮(zhèn)建筑總耗電量的22%，辦公建筑和大型公共建筑的節(jié)能對(duì)于“十一五”期間實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能20%至關(guān)重要。

1.項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本案例設(shè)計(jì)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(nèi)采用的能源種類(lèi)有：電能、水、燃?xì)狻⑷加?。大樓?路高壓供電線路，變電所有4臺(tái)變壓器，其中，1#低壓室的2臺(tái)800KVA的變壓器給大樓樓層供電，2#低壓室的2臺(tái)630KVA變壓器給2臺(tái)離心式冷水機(jī)組供電。變電所有4條低壓總進(jìn)線和86條低壓出線回路（包括備用回路）。大樓有1路自來(lái)水總供水管，有1路廚房用燃?xì)夤苈泛?路鍋爐房供油管路。大樓1-25層為省級(jí)機(jī)關(guān)辦公樓層，共9家單位（包括物業(yè)），每個(gè)樓層有照明總進(jìn)線、備用照明2路低壓進(jìn)線，其中照明總進(jìn)線在樓層配電箱內(nèi)分為：照明、插座、開(kāi)水爐、空調(diào)末端、新風(fēng)機(jī)回路。

2.能源監(jiān)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及技術(shù)原理

本能源監(jiān)管系統(tǒng)采用Lonworks分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)該大廈內(nèi)的各種能耗進(jìn)行分項(xiàng)精確計(jì)量，計(jì)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，數(shù)據(jù)發(fā)布與遠(yuǎn)傳；以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能源消耗數(shù)據(jù)為依據(jù)，為該大廈的能源監(jiān)控與有效節(jié)能提供有效手段，實(shí)現(xiàn)被監(jiān)控的辦公樓層節(jié)電10%以上。

2.1能源監(jiān)管系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該大廈能源監(jiān)管系統(tǒng)由監(jiān)控中心、主干網(wǎng)、監(jiān)控子網(wǎng)組成。在設(shè)備相對(duì)集中的區(qū)域設(shè)置了5個(gè)監(jiān)控子網(wǎng)，其中子網(wǎng)1為變電所子網(wǎng)，其它4個(gè)子網(wǎng)為樓層監(jiān)控子網(wǎng)。監(jiān)控中心通過(guò)internet網(wǎng)將該大廈的能源數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴弦患?jí)的能源監(jiān)管中心。

2.2能源監(jiān)管系統(tǒng)監(jiān)控中心

在能源監(jiān)管中心設(shè)1臺(tái)監(jiān)控工作站、1臺(tái)100M以太網(wǎng)交換機(jī)、5臺(tái)網(wǎng)絡(luò)控制器，網(wǎng)絡(luò)控制器通過(guò)以太網(wǎng)與監(jiān)控中心的監(jiān)控工作站連接。

2.3能源監(jiān)管系統(tǒng)子網(wǎng)

（1）樓層監(jiān)控子網(wǎng)

根據(jù)該大廈樓層的設(shè)備分布情況，樓層設(shè)4個(gè)監(jiān)控子網(wǎng)。每個(gè)配電回路的電力監(jiān)控終端通過(guò)LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)（78K雙絞線網(wǎng)）與相應(yīng)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制器直接相連。監(jiān)控子網(wǎng)內(nèi)的電力監(jiān)控終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制器與監(jiān)管中心的監(jiān)控工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）變電所監(jiān)控子網(wǎng)

變電所子網(wǎng)設(shè)1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)控制器，將變電所的電力監(jiān)控終端通過(guò)LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)控制器直接相連，智能水表、智能油表和智能燃?xì)獗淼?85接口通過(guò)雙絞線與智能網(wǎng)關(guān)相連，智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)控制器連接。監(jiān)控子網(wǎng)內(nèi)的電力監(jiān)控終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制器與監(jiān)管中心的監(jiān)控工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；智能水表、智能油表和智能燃?xì)獗硗ㄟ^(guò)智能網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)控制器與監(jiān)管中心的監(jiān)控工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3.能源監(jiān)管系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1計(jì)量裝置選型及配置

監(jiān)測(cè)大樓電能參數(shù)的計(jì)量裝置選用江蘇聯(lián)宏自動(dòng)化系統(tǒng)工程有限公司自行研制生產(chǎn)的PM100D電力監(jiān)控終端，該電力監(jiān)控終端經(jīng)過(guò)大量的工程實(shí)踐證明是性能可靠、計(jì)量精確、技術(shù)成熟先進(jìn)的多功能電力監(jiān)控計(jì)量?jī)x表，并已通過(guò)電力工業(yè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心的型式試驗(yàn)（編號(hào)：05075）和國(guó)家電網(wǎng)公司自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容實(shí)驗(yàn)室的委托型式檢驗(yàn)和EMC檢驗(yàn)（<遠(yuǎn)動(dòng)主檢>字第231號(hào)、<遠(yuǎn)動(dòng)主檢>字第231-EMC號(hào)）。主要技術(shù)指標(biāo)如下：遙信功能：5路開(kāi)關(guān)量輸入、干接點(diǎn)輸入；遙測(cè)功能：三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、電能等；測(cè)量精度：電壓0.2級(jí)、電流0.2級(jí)、有功功率0.5級(jí)、無(wú)功功率0.5級(jí)、功率因數(shù)0.5級(jí)、有功電度0.5級(jí)、無(wú)功電度0.5級(jí)；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(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)。

為了滿足辦公大樓的供電系統(tǒng)分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)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(jiān)測(cè)）電力監(jiān)控終端，對(duì)消防類(lèi)出線回路不予監(jiān)測(cè)，消防類(lèi)設(shè)備的用電量可通過(guò)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(tái)PM100D（監(jiān)測(cè)）電力監(jiān)控終端。在大樓自來(lái)水總進(jìn)水管加裝1塊智能水表，1～3樓的自來(lái)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(jìn)油管前面加裝1臺(tái)智能油表。在廚房?jī)?nèi)燃?xì)夤镜娜細(xì)獗砗竺娴墓苈飞习惭b一臺(tái)智能燃?xì)獗怼?/p>

按照以上能耗計(jì)量表計(jì)配置，即可滿足該大廈能耗的分類(lèi)分項(xiàng)在線計(jì)量要求。并可統(tǒng)計(jì)出電能按照照明插座、空調(diào)、動(dòng)力和特殊類(lèi)的實(shí)時(shí)和累計(jì)數(shù)據(jù)。

對(duì)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(shè)備，如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、安保、應(yīng)急照明、通信、各部門(mén)服務(wù)器等，因此，為每個(gè)樓層的照明總進(jìn)線、備用照明總進(jìn)線，以及照明分回路分別配置一臺(tái)PM100D（監(jiān)測(cè)）電力監(jiān)控終端，對(duì)這些回路只監(jiān)測(cè)不控制，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)監(jiān)測(cè)這些回路的實(shí)時(shí)電流或功率，可以看出其負(fù)荷是否正常，是否還有節(jié)能潛力，并對(duì)照實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)各部門(mén)的用能設(shè)備工作負(fù)荷與工作時(shí)間分析，通過(guò)管理手段將能耗降至最??；對(duì)每個(gè)樓層的空調(diào)末端、開(kāi)水爐和新風(fēng)機(jī)回路分別配置一臺(tái)PM100D（監(jiān)控）電力監(jiān)控終端，可在非工作時(shí)間關(guān)閉這些設(shè)備，避免無(wú)謂的電能浪費(fèi)；插座回路不配置電力監(jiān)控終端，其用電量可通過(guò)照明總進(jìn)線與其他五個(gè)分回路用電量的差值求得。這樣樓層要配置79臺(tái)監(jiān)控型電力監(jiān)控終端和76臺(tái)監(jiān)測(cè)型電力監(jiān)控終端。辦公樓監(jiān)控樓層計(jì)量裝置配置如下圖：

3.2現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)配置

采用雙絞線傳輸網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)該大廈的設(shè)備分布情況，監(jiān)管系統(tǒng)分5個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)子網(wǎng)。

辦公樓層共設(shè)4個(gè)子網(wǎng)。在大樓1～6層設(shè)一個(gè)子網(wǎng)，7～13層為1個(gè)子網(wǎng)，14～20層為1個(gè)子網(wǎng)，21～25層為一子網(wǎng)。子網(wǎng)通過(guò)雙絞線接入網(wǎng)絡(luò)控制器，網(wǎng)絡(luò)控制器放在大廈監(jiān)控中心內(nèi)，大樓每個(gè)樓層PM100D電力監(jiān)控終端分別接入4個(gè)子網(wǎng)中的一個(gè)。這樣，大樓1～6層子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制器共接入41個(gè)電力監(jiān)測(cè)終端，7～13層子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制器需要接入的PM100D共42臺(tái)，14～20層子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制器需要接入的PM100D共42臺(tái)，21～25層子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制器需要接入的PM100D共30臺(tái)。

4.能源監(jiān)管系統(tǒng)功能

4.1能源分項(xiàng)計(jì)量

滿足建設(shè)部提出的辦公建筑能耗分項(xiàng)計(jì)量的要求，計(jì)量該大廈內(nèi)電能、水、燃?xì)?、燃油的能耗情況，并將電能按照明插座、空調(diào)、動(dòng)力和特殊類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)，將能源數(shù)據(jù)上傳到上一級(jí)的能源監(jiān)管中心。

4.2樓層控制節(jié)能

實(shí)現(xiàn)對(duì)辦公樓層開(kāi)水爐、空調(diào)末端、新風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)非工作時(shí)間上述設(shè)備的關(guān)閉，減少無(wú)謂的電能浪費(fèi)。

4.3系統(tǒng)軟件功能

自動(dòng)采集大樓的水、電、氣、油能耗計(jì)量數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在中心數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)采集的各種計(jì)量數(shù)據(jù)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?jī)蓚€(gè)能耗指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)其能源利用效率。

系統(tǒng)按日、月、年打印或顯示電、水、氣、油等能耗報(bào)表。

采用棒直圖顯示一種或多種建筑能耗的消耗值大??；用棒直圖顯示不同部門(mén)之間的能耗對(duì)比值；用餅圖顯示各項(xiàng)能耗的所占比例，用趨勢(shì)圖顯示一種或多種建筑能耗的變化趨勢(shì)。

列表顯示最大/最小能耗值。

對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及所有智能計(jì)量裝置實(shí)施網(wǎng)管，設(shè)備有故障立即報(bào)警。

5.結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)已投入運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了該大廈內(nèi)能源的分項(xiàng)計(jì)量，并實(shí)現(xiàn)樓層設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，有效節(jié)約了樓層用電。提高了大樓能耗數(shù)據(jù)的可靠性、正確性和實(shí)時(shí)性，減輕了操作人員的負(fù)擔(dān)。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/Z20177.1―2006控制網(wǎng)絡(luò)LONWORKS技術(shù)規(guī)范第1部分[S]

[2]GB/Z20177.3―2006控制網(wǎng)絡(luò)LONWORKS技術(shù)規(guī)范第3部分[S]