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1、上海浦东图书馆能耗监测系统设计与应用 摘要 介绍了图书馆能耗监测系统的设计特点，以及现场装置的选型，Acrel-5000组态软件可以实现对现场设备的系统集成，数据的采集、传输以及存储，从而实现对图书馆的能耗计量功能。该系统设计完成后运行稳定、可靠，极大的方便了建筑内的能源管理。关键词 能耗监测 Acrel-5000 系统集成40 引言上海浦东图书馆（新馆）是一座综合性公共图书馆，是浦东新区文化建筑的重要标志之一。建筑面积约6万平方米，主要有展览厅、图书馆、阅览室组成，地上6层，地下2层，是浦东新区对外文化交流的重要窗口。图书馆是一个高能耗的大型公共建筑，主要能源消耗为电、水，还有少量的燃气、柴
2、油等，柴油发电机是作为应急电源之用。图书馆变配电系统包括高压配电室和低压配电室，其中高压配电室包括高压配电柜10面，低压配电室包括低压配电柜共31面，另外还有柴油发电机出线柜3面，变电所应急电源2个包括应急低压配电柜6面。根据国家有关政策文件及上海市节能条例，建筑面积大于2万平米的大型公共建筑必须装设能耗监测系统，监控中心位于，对整个图书馆的能耗数据进行实时监测与存储，以供值班人员能耗查询，为节能降耗决策提供参考。1 图书馆能耗监测系统的设计特点能耗监测系统是指通过对国家机关办公建筑和大型公共建筑安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现重点建筑能耗的在线监测和动态分
3、析功能的硬件系统和软件系统的统称1。上海浦东图书馆采用Acrel-5000型能耗监测系统系统，该系统可以根据现场情况，采用现场总线、光纤环网或无线通讯中的一种或多种结合的优化组网方式，实现远程能耗监测、电能集抄与电能质量管理，为用户节约大量的一次成本投入，并方便用户的能源管理。图书馆能耗监测系统采用分层分布式结构，包括站控管理层、网络通讯层和现场设备层。系统在结构设计和工作配置上充分考虑项目的实际情况，最大程度地实现相关功能，满足能耗监测系统的具体要求，系统设计的主要特点如下：（1）分层分布式结构 系统整体结构采用分层分布式网络结构，纵向分为：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。（2）灵活的组
4、网方式 现场设备可以通过多种通讯方式与上位机实现通讯功能，同时系统与上级调度系统通过标准接口实现数据的共享与转发，实现资源信息的共享，完成系统间的组网。（3）安全性和可靠性 系统具有完善的用户管理功能，系统登录、重要操作等都需要密码校验，以防止误操作和非授权操作，采用硬件加密锁与软件加密相结合的技术，保证系统可靠稳定的长期运行。（4）兼容性及扩展性 系统提供各种总线式及光纤式通讯冗余接口，可以将现场需要增加的设备连接到监控计算机，实现系统扩展的功能。2 系统拓扑结构Acrel-5000能耗监测系统以计算机、通讯设备、现场测控单元为基本工具，为大型公共建筑的实时数据采集、开关状态监测及远程管理与
5、控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，如图1所示：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。图1 系统结构图1）站控管理层站控管理层针对能耗监测系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的最上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打印机、UPS电源等组成。监测系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。监控主机：用于数据采集、处理和数据转发。为系统内或外部提供数据接口，进行系统管理、维护和分析工作。本项目中选用研祥工业级计算机。打印机：
6、系统召唤打印或自动打印图形、报表等。模拟屏：系统通过通讯方式与智能模拟屏进行数据交换，形象显示整个系统运行状况。UPS：山特UPS电源在整个系统发生供电问题时，可在一定时间内保证站控管理层设备的正常运行。2）网络通讯层通讯层主要是由通讯管理机、以太网设备及总线网络组成。该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和传送等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。通讯管理机：是系统数据处理和智能通讯管理中心。它具备了数据采集与处理、通讯控制器、前置机等功能。以太网设备：包括工业级以太网交换机。通讯介质：本项目中主要采用屏蔽双绞线，以RS485接口形式实现现场设备的互
7、连。3）现场设备层现场设备层是数据采集终端，主要由综合继电保护装置和智能仪表组成，采用具有高可靠性、带有现场总线连接的分布式I/O控制器构成数据采集终端，向数据中心上传存储的建筑能耗数据。现场设备担负着最基层的数据采集任务，其监测的能耗数据必须完整、准确并实时传送至数据中心。3 现场装置的选型现场智能采集与保护装置包括中压继电保护装置和低压智能监测仪表。中压继电保护装置选择的是ABB公司的保护装置，低压智能监测仪表选择的是上海安科瑞电气股份有限公司的ACR和ADL电能仪表，这些现场设备都已广泛的应用在很多重点项目上，经历过长期的现场考验。3.1 中压10kv回路采用的是ABB公司的继电保护装置
8、，实现对线路的过流速断保护，并具有遥测及遥信功能。开关量：断路器分合状态、隔离手车位置等信号，测量量：电压、电流、功率因数、频率、有功功率、无功功率、电能等。3.2 变压器采用标准Modbus-RTU协议通讯连接变压器温控仪，实现功能如下。开关量：风机运行状态、高温报警、故障报警及超温跳闸等。测量量：三相温度、铁心温度等。3.3 直流屏采用的直流屏有两种协议，这里选择Modbus-RTU协议连接直流屏控制器，实现功能如下：开关量：浮充、均充状态，直流输出过电压及欠电压等；测量量：交流输入电压、电流、直流输出电压、电流及蓄电池电压等。3.4 低压0.4kv回路对于图书馆变配电系统，低压进线回路和
9、重要回路安装ACR系列多功能电力仪表，普通馈线回路及照明配电箱中安装ADL系列导轨式电能表，仪表外形如图2所示23。 ACR系列 ADL系列：单相、三相图 2 智能电力网络仪表ACR系列多功能电力仪表具有全面的三相交流电量测量、复费率电能计量、四象限电能计量、231次谐波分析、电网质量分析、遥信输入、遥控输出及网络通讯功能，主要用于对电网供电质量的综合监控及电能管理，广泛应用于低压联络柜、出线柜、动力柜等场合。而ADL系列导轨式安装电能表，不仅能采集基本电能参量还具有体积小巧、导轨式安装等优点，ADL100单相电能表结构尺寸为4模数，与微型断路器一起安装于照明配电箱中，ADL300三相电能表为
10、7模数结构，主要应用于动力柜中，极大的方便了用电自动化管理。3.5 其它智能监测仪表 根据图书馆能耗监测的要求，建筑内其它能耗，如水、燃气、柴油等，都采用具有网络通讯功能的智能仪表，通讯连接到上位计算机，实现能耗数据的实时采集与监测，及时了解建筑内的能源消耗状况。4 软件实现与系统功能上位机软件为Acrel-5000能耗监测系统组态软件，该软件是对现场能耗数据进行采集与监测的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态形式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成对现场数据的采集与监测
11、功能，提高了集成效率。该软件能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，达到集中管理和监控的目的。Acrel-5000能耗监测系统具有友好的人机交互界面，可实时采集现场设备各参量及开关量状态，并将采集到的数据上传给数据中心存储。整个系统可以实现所有回路能耗的采集和统计，实现了远程自动抄表、能耗监测功能。（1）运行状态监测：开关量状态实时报警，事件记录及通讯异常报警提示等，记录对各回路的操作。（2）图形显示：以电力标准的一次图形画面形式实时显示现场设备的运行状态和各种测量值。（3）报表管理：提供各种丰富的报表功能，各种监测数据通过报表的形式进行管理，
12、分为日报表、月报表、年报表以及综合报表等各种报表形式，时间及各回路等均可根据需要自行选择进行查询。（4）曲线功能：显示测量值的实时曲线和历史曲线，通过曲线监视回路电流等参数的变化趋势。（5）用户管理：不同用户权限具备不同操作功能，各级权限的用户名和口令一致功能，具有权限防误功能，从而保证操作的可靠性。（6）数据库管理：对系统采集的数据进行实时显示并存储，对电能数据可以存储几年以上，并具有数据转发以及WEB发布功能，实现数据资源的共享。（7）打印及导出：所有报表及界面可打印，或以EXCEL、WORD格式进行导出。该能耗监测系统通过现场设备和通信系统提供的传输通道，完成对各用电回路、供水、燃气及柴
13、油管道的数据采集，信息经分析、处理，以报表、图形等多种形式供值班员参考，使值班员能够便捷的掌握系统的运行及能耗状况，及时发现、纠正能源浪费现象，从而进行节能管理。在需要时，还可提供快捷的远程控制手段，完成对设备运行状态的改变以及事故情况的处理。表1 图书馆能耗统计数据查询表图3 图书馆分类能耗对比图表1给出了图书馆能耗数据查询表，很清楚的显示出各类能源的使用情况，通过查询可以查看或打印自定义时间内的能耗状况。图3是根据系统采集的所有分类能耗数据，由系统绘制出的分类能耗柱形图，可以形象的看出分类能源的使用情况。5 结束语随着能源的日益紧张，节能降耗成为大型公共建筑智能化建设的必然选择，本文介绍了
14、图书馆能耗监测系统的设计特点，该能耗监测系统不仅能监控供配电系统的运行状况，还能监测用水量、燃气等其它能源的使用状况，并能根据采集到的能耗数据绘制出各种报表、分析曲线、图形等，便于分析研究，为图书馆的节能技术提供参考。该系统运行安全、可靠，并附有事件记录及故障报警等功能，极大地方便了用户的使用。随着社会的发展，能源的日益紧张，实现对能耗的远程监测与管理成为智能建筑发展的必然趋势。参考文献1.关于印发国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设相关技术导则的通知R. 2008. 62.任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南M. 北京. 中国电力出版社. 2007. 43.王斌 杜运东等.基于Acrel-5000的大型公共建筑能耗监测系统设计与应用J.智能建筑电气技术.2009.3(5)
