酒店電能管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

潘　藩/郭其一/黃世澤/徐秋勇/仇丁輝/薛寶星

1. 同濟大學電子與信息工程學院， 上海 200331 2. 同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室， 上海 200331 3. 浙江中凱科技股份有限公司， 浙江 溫州 325604 4. 國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司， 河南 鄭州 450036

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酒店電能管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

0引言

近幾年來，受全球經(jīng)濟衰退以及大量新增酒店入市的影響，酒店經(jīng)營受到了巨大的沖擊和挑戰(zhàn)。與此同時，外資酒店不斷進軍中國市場，導致酒店行業(yè)的市場競爭愈加激烈。因此，在設法提高營銷水平的同時，如何減能增效，從各方面降低成本、增加效益也成為酒店管理層必須重視的問題[1]。

此外，國家節(jié)能減排已進入非常時期，要求酒店企業(yè)必須加速節(jié)能工作，提高能源管理水平，為此，國家相關部門出臺了多項適用于酒店的相關管理規(guī)定，如《飯店單位綜合能耗、電耗限額及計算方法》、《2014-2015節(jié)能減排科技專項行動方案》等[1]。

針對國家節(jié)能減排的政策要求以及酒店減能增效的實際需求，加強酒店能源監(jiān)測管理、提高電能利用效率、節(jié)約資本等變得尤為重要。

然而，目前酒店電能管理系統(tǒng)自動化程度不高，電能數(shù)據(jù)多為人工抄錄，不僅費時、費力、效率低，而且容易出現(xiàn)錯誤，無法及時獲取實時數(shù)據(jù)進行分析，酒店用電情況也不能實時反饋給管理人員，因此需要建立一套電能管理系統(tǒng)，既能實時采集電能數(shù)據(jù)，提高電能數(shù)據(jù)抄錄效率，又能為酒店管理人員提供實時用電數(shù)據(jù)以便及時調(diào)整用電策略[1-2]。

本文提出了一種以可通訊電表為核心器件的電能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)，實現(xiàn)了酒店電能數(shù)據(jù)的實時采集，能夠?qū)Σ杉碾娔軘?shù)據(jù)進行分時、分區(qū)、分類比較，還能通過分析歷史數(shù)據(jù)進行電能預測，既提升了酒店節(jié)能減排的效率，又提高了酒店管理水平。

1電能管理系統(tǒng)的設計

1.1系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由1臺監(jiān)控主機、1臺數(shù)據(jù)庫服務器、通信網(wǎng)關、交換機、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊及一些現(xiàn)場電表組成。采用Modbus-RTU、ModbusTCP、PROFIBUS多總線方式組網(wǎng)。

1.2系統(tǒng)工作原理

現(xiàn)場電表的各變量數(shù)據(jù)通過Modbus-RTU、ModbusTCP、PROFIBUS總線上傳至上位機。由于所用電表為DTSD1352，只支持Modbus協(xié)議，故要加裝協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，將Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換為ModbusTCP協(xié)議以及PROFIBUS協(xié)議。系統(tǒng)正常運行時，通過上位機可以直接查看各電表的參數(shù)及運行狀態(tài)，從而直觀地了解酒店用電情況。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫通過交換機、監(jiān)控機及Web發(fā)布系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)存儲調(diào)用服務，其他機器與Web客戶可以隨時訪問數(shù)據(jù)庫。酒店內(nèi)任意一臺電腦通過身份認證后都可以訪問該系統(tǒng)，通過系統(tǒng)界面，可以直接查詢用電歷史情況并進行能耗預測，根據(jù)預測值對酒店內(nèi)的用電情況做出及時調(diào)整規(guī)劃，從而實現(xiàn)酒店用電的科學管理[2]。1.3系統(tǒng)硬件組態(tài)

1.3.1系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，分為現(xiàn)場設備層、網(wǎng)絡通信層和系統(tǒng)管理層[3]。圖1為該系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)場設備層采用可通訊的電表，能夠采集包括當前總有功電能、當前總有功峰電能、當前總有功平電能、當前總有功谷電能以及功率因數(shù)、有功功率等在內(nèi)的用電參數(shù)，并通過通信模塊將這些信息傳送給主機，從而實時了解酒店的用電情況。

網(wǎng)絡通信層介于現(xiàn)場設備層和系統(tǒng)管理層之間，是現(xiàn)場設備層與系統(tǒng)管理層實現(xiàn)通訊的橋梁。該層主要由一些通訊設備組成，可實現(xiàn)其上下兩層之間的數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)交換。一般來說，網(wǎng)絡通訊層的設備包括網(wǎng)關、交換機及通訊電纜等，在實際應用中，可以根據(jù)每個項目的實際情況，選擇相應的通訊設備[3-4]。

系統(tǒng)管理層通常設于控制室內(nèi)，由高性能監(jiān)控主機、模擬屏、打印機及UPS不間斷電源等組成。通常，監(jiān)控主機采用裝有組態(tài)軟件的高性能工控機，將現(xiàn)場設備采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡通信層實時顯示在人機界面上，實現(xiàn)電能管理系統(tǒng)的監(jiān)控和管理功能[5-6]。

1.3.2可通信電表介紹

本系統(tǒng)采用DTSD1352型三相電子式多功能電表作為現(xiàn)場設備層的可通信電表。該電表除了用于計量三相有功電能外，還可選配RS485通訊功能，方便用戶進行電能抄錄和管理，具有精度高、體積小、安裝方便等優(yōu)點，還可實現(xiàn)對不同區(qū)域和不同負荷的分項電能計量、統(tǒng)計和分析以及無功電能計量及電壓、電流、功率等電量的測量。1.4系統(tǒng)軟件組態(tài)

系統(tǒng)人機界面采用某公司開發(fā)的三維力控組態(tài)軟件，其基本的程序及組件包括：工程管理器、人機界面、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、I/O設備組態(tài)、后臺組件和復合組件等，各部分協(xié)調(diào)配合可以實現(xiàn)本系統(tǒng)功能[7]。

1.4.1人機界面設計

三維力控提供了豐富的界面制作素材，用戶能夠根據(jù)自己的想法及需要自行設計界面。既可以把系統(tǒng)分成多個界面，每個界面展示一個主要內(nèi)容，同時還可以把界面設計成動態(tài)的，實時反映現(xiàn)場設備的狀況。

1.4.2設備組態(tài)

三維力控軟件在進行軟件組態(tài)時需要對所用設備進行配置，包括設備名稱、設備描述、更新周期、超時時間、設備地址等，如圖2所示。

圖2　設備組態(tài)示意圖

1.4.3數(shù)據(jù)庫組態(tài)

三維力控軟件在進行軟件組態(tài)的同時也需要對數(shù)據(jù)庫進行組態(tài)，先建立想要測量的數(shù)據(jù)點，再將這些數(shù)據(jù)點與設備相連，數(shù)據(jù)點必須與設備一一對應，并且與相應設備中的寄存器地址相對應，如圖3所示。

圖3　數(shù)據(jù)庫組態(tài)示意圖

2電能管理系統(tǒng)功能

1)友好的人機界面

該系統(tǒng)具有友好的人機界面，能夠?qū)崿F(xiàn)多界面切換及界面導航功能。在界面上可直接查詢每一層的用電情況，包括當前總有功電能、當前總有功峰電能、當前總有功平電能、當前總有功谷電能以及功率因數(shù)、有功功率等參數(shù)，并能從界面顯示的餅狀圖中直觀查看當日每一層的用電對比分析情況及上一工作日用電量的對比分析情況。電能管理系統(tǒng)人機界面示意圖如圖4所示。

圖4　電能管理系統(tǒng)人機界面

2)數(shù)據(jù)采集處理

本系統(tǒng)通過對現(xiàn)場電表各參數(shù)進行實時采集，將采集得到的數(shù)據(jù)直觀地顯示在人機界面上，并儲存于數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)通過導出數(shù)據(jù)就可以完成全部電表的抄表任務，在提高了抄表效率的同時也提升了酒店的自動化管理水平。

3)專家報表查詢

本系統(tǒng)提供報表查詢功能，不僅可以根據(jù)自己的需要自行設計報表格式及內(nèi)容，還可以對報表進行導入、導出及打印操作，如圖5所示。

圖5　專家報表

4)事件記錄

系統(tǒng)的日志程序中能夠記錄該系統(tǒng)的各種操作及狀態(tài)變化，需要時用戶可以通過查詢事件記錄來維護系統(tǒng)。

5)Web發(fā)布

通過Web發(fā)布功能，用戶只需在瀏覽器中輸入主機IP地址并通過身份認證即可遠程訪問本系統(tǒng)的所有界面、查詢實時數(shù)據(jù)及向現(xiàn)場設備發(fā)送指令。

6)能耗預測

三維力控軟件可以通過設置功能將采集到的實時數(shù)據(jù)自動保存為歷史數(shù)據(jù)，并能將數(shù)據(jù)導出保存為Excel表格形式。此外，還可以將導出的歷史數(shù)據(jù)導入MATLAB中，利用神經(jīng)網(wǎng)絡對未來幾天所需用電量進行預測，為酒店管理人員對用電策略的及時調(diào)整提供參考，不僅能充分利用電能，還能節(jié)約資本。

3測試與結(jié)論

本文基于可通訊電表的電能管理系統(tǒng)，采用三維力控組態(tài)軟件，通過Modbus-RTU、ModbusTCP、PROFIBUS 等多總線架構(gòu)，實現(xiàn)了電表數(shù)據(jù)的采集及遠程監(jiān)控功能。該系統(tǒng)在示范工程中經(jīng)過長時間的通電運行后，系統(tǒng)運行性能穩(wěn)定，網(wǎng)絡狀況良好，特別是在遠程抄表，數(shù)據(jù)存檔分析，電能分時、分區(qū)、分類分析，電能預測等方面大大提高了效率，真正實現(xiàn)了酒店用電的科學管理。

參考文獻

[1]陽淑瑗. 酒店在線能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)建設分析[J].中小企業(yè)管理與科技,2014(12):66-67.

[2]張平澤,高權(quán),馬賽. 基于SCADA的能源管理系統(tǒng)的開發(fā)[J]. 現(xiàn)代建筑電氣,2010(8):62-66.

[3]徐秋勇, 郭其一, 黃世澤,等. 基于控制與保護開關的智能配電系統(tǒng)研究[J]. 智能建筑電氣技術(shù), 2015(5):23-26.

[4]吳瀟俊,黃世澤,郭其一,等. 基于可通信控制與保護開關的智能配電系統(tǒng)設計[J]. 低壓電器,2013(11):46-49.

[5]朱懿，蔣念平. MODBUS協(xié)議在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應用[J].微計算機信息,2006(22): 118-120.

[6]陳德仙,鄭登峰,俞國勇,等. 基于MODBUS協(xié)議的智能配電系統(tǒng)設計[J].江蘇電器,2007(4):25-28.

[7]王春. 基于組態(tài)軟件的PLC實驗教學系統(tǒng)[D].四川:西華大學,2009.

Design and Actualizaion of Energy Management System for Hotel

Pan Fan / Guo Qiyi / Huang Shize / Xu Qiuyong / Qiu Dinghui / Xue Baoxing

潘藩1/郭其一1/黃世澤2/徐秋勇1/仇丁輝3/薛寶星4

1. 同濟大學電子與信息工程學院， 上海 200331 2. 同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室， 上海 200331 3. 浙江中凱科技股份有限公司， 浙江 溫州 325604 4. 國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司， 河南 鄭州 450036

摘要針對國家節(jié)能減排的政策要求以及酒店減能增效的實際需求，提出了以可通訊電表及現(xiàn)場總線為核心的電能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有友好的人機界面，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理，電能數(shù)據(jù)的分時、分區(qū)、分類比較分析，Web發(fā)布，報表查詢及電能預測等功能，提高了酒店的電能管理水平。

關鍵詞電能管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集Modbus通信技術(shù)

AbstractTo meet the requirements for the national energy policy and actual demand of the hotel to minimize energy consumption and maximize profits, an energy management system based on the field bus and ammeters with communication function is introduced here. The system has a friendly human machine interface, supports the function of data acquisition and processing, web release, report query, comparison of energy data and energy forecast.

Keywordsenergy management system, data collecting, Modbus, communica-tion technology