潘　藩/郭其一/黃世澤/徐秋勇/仇丁輝/薛寶星

1. 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院， 上海 200331 2. 同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200331 3. 浙江中凱科技股份有限公司， 浙江 溫州 325604 4. 國(guó)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0引言

近幾年來，受全球經(jīng)濟(jì)衰退以及大量新增酒店入市的影響，酒店經(jīng)營(yíng)受到了巨大的沖擊和挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，外資酒店不斷進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)，導(dǎo)致酒店行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈。因此，在設(shè)法提高營(yíng)銷水平的同時(shí)，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(guó)家節(jié)能減排已進(jìn)入非常時(shí)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(guó)家相關(guān)部門出臺(tái)了多項(xiàng)適用于酒店的相關(guān)管理規(guī)定，如《飯店單位綜合能耗、電耗限額及計(jì)算方法》、《2014-2015節(jié)能減排科技專項(xiàng)行動(dòng)方案》等[1]。

針對(duì)國(guó)家節(jié)能減排的政策要求以及酒店減能增效的實(shí)際需求，加強(qiáng)酒店能源監(jiān)測(cè)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(dòng)化程度不高，電能數(shù)據(jù)多為人工抄錄，不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、效率低，而且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，無法及時(shí)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，酒店用電情況也不能實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)用電數(shù)據(jù)以便及時(shí)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(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了酒店電能數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，能夠?qū)Σ杉碾娔軘?shù)據(jù)進(jìn)行分時(shí)、分區(qū)、分類比較，還能通過分析歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行電能預(yù)測(cè)，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(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由1臺(tái)監(jiān)控主機(jī)、1臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、通信網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊及一些現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)電表的各變量數(shù)據(jù)通過Modbus-RTU、ModbusTCP、PROFIBUS總線上傳至上位機(jī)。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(yùn)行時(shí)，通過上位機(jī)可以直接查看各電表的參數(shù)及運(yùn)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(kù)通過交換機(jī)、監(jiān)控機(jī)及Web發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)庫(kù)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)調(diào)用服務(wù)，其他機(jī)器與Web客戶可以隨時(shí)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)。酒店內(nèi)任意一臺(tái)電腦通過身份認(rèn)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(jìn)行能耗預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)值對(duì)酒店內(nèi)的用電情況做出及時(shí)調(diào)整規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)酒店用電的科學(xué)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(luò)結(jié)構(gòu)，分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)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(chǎng)設(shè)備層采用可通訊的電表，能夠采集包括當(dāng)前總有功電能、當(dāng)前總有功峰電能、當(dāng)前總有功平電能、當(dāng)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(jī)，從而實(shí)時(shí)了解酒店的用電情況。

網(wǎng)絡(luò)通信層介于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層和系統(tǒng)管理層之間，是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層與系統(tǒng)管理層實(shí)現(xiàn)通訊的橋梁。該層主要由一些通訊設(shè)備組成，可實(shí)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(luò)通訊層的設(shè)備包括網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)及通訊電纜等，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際情況，選擇相應(yīng)的通訊設(shè)備[3-4]。

系統(tǒng)管理層通常設(shè)于控制室內(nèi)，由高性能監(jiān)控主機(jī)、模擬屏、打印機(jī)及UPS不間斷電源等組成。通常，監(jiān)控主機(jī)采用裝有組態(tài)軟件的高性能工控機(jī)，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通信層實(shí)時(shí)顯示在人機(jī)界面上，實(shí)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(chǎng)設(shè)備層的可通信電表。該電表除了用于計(jì)量三相有功電能外，還可選配RS485通訊功能，方便用戶進(jìn)行電能抄錄和管理，具有精度高、體積小、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量、統(tǒng)計(jì)和分析以及無功電能計(jì)量及電壓、電流、功率等電量的測(cè)量。1.4系統(tǒng)軟件組態(tài)

系統(tǒng)人機(jī)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(jī)界面、數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、I/O設(shè)備組態(tài)、后臺(tái)組件和復(fù)合組件等，各部分協(xié)調(diào)配合可以實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)功能[7]。

1.4.1人機(jī)界面設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)界面。既可以把系統(tǒng)分成多個(gè)界面，每個(gè)界面展示一個(gè)主要內(nèi)容，同時(shí)還可以把界面設(shè)計(jì)成動(dòng)態(tài)的，實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀況。

1.4.2設(shè)備組態(tài)

三維力控軟件在進(jìn)行軟件組態(tài)時(shí)需要對(duì)所用設(shè)備進(jìn)行配置，包括設(shè)備名稱、設(shè)備描述、更新周期、超時(shí)時(shí)間、設(shè)備地址等，如圖2所示。

圖2　設(shè)備組態(tài)示意圖

1.4.3數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)

三維力控軟件在進(jìn)行軟件組態(tài)的同時(shí)也需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行組態(tài)，先建立想要測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，再將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)與設(shè)備相連，數(shù)據(jù)點(diǎn)必須與設(shè)備一一對(duì)應(yīng)，并且與相應(yīng)設(shè)備中的寄存器地址相對(duì)應(yīng)，如圖3所示。

圖3　數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)示意圖

2電能管理系統(tǒng)功能

1)友好的人機(jī)界面

該系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面，能夠?qū)崿F(xiàn)多界面切換及界面導(dǎo)航功能。在界面上可直接查詢每一層的用電情況，包括當(dāng)前總有功電能、當(dāng)前總有功峰電能、當(dāng)前總有功平電能、當(dāng)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(dāng)日每一層的用電對(duì)比分析情況及上一工作日用電量的對(duì)比分析情況。電能管理系統(tǒng)人機(jī)界面示意圖如圖4所示。

圖4　電能管理系統(tǒng)人機(jī)界面

2)數(shù)據(jù)采集處理

本系統(tǒng)通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電表各參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將采集得到的數(shù)據(jù)直觀地顯示在人機(jī)界面上，并儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)通過導(dǎo)出數(shù)據(jù)就可以完成全部電表的抄表任務(wù)，在提高了抄表效率的同時(shí)也提升了酒店的自動(dòng)化管理水平。

3)專家報(bào)表查詢

本系統(tǒng)提供報(bào)表查詢功能，不僅可以根據(jù)自己的需要自行設(shè)計(jì)報(bào)表格式及內(nèi)容，還可以對(duì)報(bào)表進(jìn)行導(dǎo)入、導(dǎo)出及打印操作，如圖5所示。

圖5　專家報(bào)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(shí)用戶可以通過查詢事件記錄來維護(hù)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(jī)IP地址并通過身份認(rèn)證即可遠(yuǎn)程訪問本系統(tǒng)的所有界面、查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送指令。

6)能耗預(yù)測(cè)

三維力控軟件可以通過設(shè)置功能將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)保存為歷史數(shù)據(jù)，并能將數(shù)據(jù)導(dǎo)出保存為Excel表格形式。此外，還可以將導(dǎo)出的歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB中，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)未來幾天所需用電量進(jìn)行預(yù)測(cè)，為酒店管理人員對(duì)用電策略的及時(shí)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(cè)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(shí)現(xiàn)了電表數(shù)據(jù)的采集及遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。該系統(tǒng)在示范工程中經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的通電運(yùn)行后，系統(tǒng)運(yùn)行性能穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)狀況良好，特別是在遠(yuǎn)程抄表，數(shù)據(jù)存檔分析，電能分時(shí)、分區(qū)、分類分析，電能預(yù)測(cè)等方面大大提高了效率，真正實(shí)現(xiàn)了酒店用電的科學(xué)管理。

參考文獻(xiàn)

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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(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院， 上海 200331 2. 同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200331 3. 浙江中凱科技股份有限公司， 浙江 溫州 325604 4. 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司檢修公司， 河南 鄭州 450036

摘要針對(duì)國(guó)家節(jié)能減排的政策要求以及酒店減能增效的實(shí)際需求，提出了以可通訊電表及現(xiàn)場(chǎng)總線為核心的電能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有友好的人機(jī)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(shí)、分區(qū)、分類比較分析，Web發(fā)布，報(bào)表查詢及電能預(yù)測(cè)等功能，提高了酒店的電能管理水平。

關(guān)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