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基于LonWorks技术的校园电力能耗监控系统的研究与实现


  电力能源是人们生活不可或缺的关键能源。高校又是主要耗电户,需要使用新的技术措施实现电能源的节约与管理。提供充足的电能是学校科研、教学、师生活动有序进行的前提。因此对高校进行电力节能降耗监控管理的研究和改造对建设节约型校园具有深远意义。
  国外一些国家对能耗管理平台研究和实现已经相对成熟。例如美国OPT022公司在2010年底研制了新一代EMU能耗监测系统与Google PowerMeter(Google能耗计量软件)等平台集成的能耗监测在线解决方案。2007年,国内南京迪玛斯电气有限公司开发的建筑能耗采集系统,以及清华大学的著名院士江亿负责主持的建筑节能研究中心开发的能耗分项计量实时分析系统已在十座大型公建中运行,进一步推动了国内能耗管理平台建设。
  本文以“某高校节约型校园电力能耗监控系统”的建设为背景,设计了基于LonWorks技术i. LonSmartServer2.0电力能耗监控系统。包括系统网络结构、应用的关键技术、系统最终实现。通过对系统进行调试验证,结果表明系统能够实现电力节能和监控管理功能。
  1校园电能耗监控系统的网络结构该系统实现电能耗分项(空调、动力、照明插座、特殊用电)计量和节能监控,其网络结构由三层组成,分别是现场监测网络、中间网络传输层、上层监控网络。现场监测网络采用多功能电力监控终端来完成对现场子网各个回路中各电力参数的采集和处理;中间网络传输层是将现场的数据打包通过网络控制器tLonSmartServer 2.02传输到上层监控网络,同时将上层监控网络的控制命令下达给现场设备控制现场对设备执行动作;上层监控网络主要完成对各个子网电能耗的整体综合监控及用电管理,并通过Internet实现相关数据信息的转发,以实现数据资源信息共享。系统网络结构如所示。
  本文所研究的某高校电力能耗监控系统工程概况如下:该系统是由北院教学区、办公区、学生生活区和南锗边行政办公区共2个分区23个基站构成。现场监测网络根据计量装置安装的科学性以及从施工走线考虑共有23个子网。即需要安装网络控制器i. Server2.0共23台。需要安装节点计量装置多功能电力监控终端NLA-PM100D共386个。为了合理地确定现场智能节点的安装位置,根据该校园配电图纸以及数据中心位置综合考虑,子网位置确定及节点数量安装情况如表1所示。
  基于LonWorks技术的系统网络体系结构表1系统中的各子网名称及节点个数序号基站名称数量/个中心配电室学生变配电室西厢变配电室大楼东变配电室教学大楼东教学大楼西东厢变配电室工科楼配电室图书馆配电室研究生公寓配电室新高层配电室南西变配电室南成都指纹感应门东变配电室南中变配电室8高层地下配电室土木大楼地下配电室饮食大楼配电室北热力站南热力站工科楼楼层附属中学教学主楼合计2校园电能耗监控系统的关键技术系统设计中使用到的关键技术有计量装置、计量信息接口技术、现场监测网络技术、远程传输网络技术、组态软件应用技术。
  2.1系统中的智能节点的设计基于LonWorks总线的现场计量装置采用高精度电能计量芯片ADE7758和单片机ATMEGA128A,ADE7758能够实现对采集进来的电压、电流信号和频率信号的数字滤波、谐波分析、有功、无功、视在电能计量处理及与单片机ATMEGA128A进行数据交换。ATMEGA128A单片机负责与电能计量芯片ADE7758交成都停车场管理系统换数据、数码管显示、键盘输入、数据存储及与基于Neuron5000芯片的TP/FT-10FLonWorks模块通信,包括数据采集单元、数据预处理单元、人机接口单元(12个8段数码管显示、6个键盘输入)、存储和从站接口单元,如所示。
  采样输入电路LonWorks智能节点结构示意图系统中智能节点的现场调试智能节点软件设计主要指应用程序设计。因为节点的功能都是由应用程序完成。在基于LonWorks技术的电力能耗监控系统的智能节点现场调试过程中,因为是对现场共23个子网中的每一个子网中的每一个节点的调试,23个子网就是23台i. LonSmartServer2.0网络控制器,为了考虑现场施工布线方便容易等特点,电力能耗需要监控的区域共分为23个子网,在现场不同子网区域的各个配电室进行调试时只需一台个人计算机(PC)、设计的节点应用程序、一根网线及已经安装在子网内的i.LonSmartServer2.0网络控制器,安装在现场配电室的各配电柜上的电力能耗计量装置,就可以调试现场智能节点。调试过程如所示。
  上层监控主站与底层监测网络通信系统采用OPC技术来实现上层监控管理机与现场节点之间的通信。通过OPC接口将现场实时数据采集到组态软件中来,又可通过该接口将数据从组态软件系统采集到上位机应用程序中来,OPC技术采用置好相应的主题和项目,即可建立监控系统与LonWorks网络间的联系。使上位机监控系统可实时显示现场数据,并下发控制命令。基于InTouchlO.0组态的监控程序一方面通过EasyLon OPCServer同LonWorks网络变量交换信息,一方面通过ADO(ActiveXDataObect)数据接口同数据库交换信息。通过运行OPC服务器和人机界面软件来对系统运行的实时和历史信息监控。示意图如所示。
  下载程序后通过Server pin按钮将现场节点NeuronID和程序ID写入上位机组态与现场监控网络通信示意校园电力能耗监控系统的实施过程3.1确定数据监控中心首先将现场智能节点即多功能电力监控终端通过2.0网络控制器通信,网络控制器再通过校园局域网与装有LonMaker forWindows3.2的监控主机连接组网。然后通过监控主机与Intranet/ Internet连接以实现数据资源共享。系统数据中心设立在北区,包括大屏幕、直流电源UPS、监控主机、打印机2005数据库软件、基于LNS操作系统的LonMakerforWindows软件。
  3.2组建教学大楼东子网教学大楼东配电室内子网IP地址为192.网后进入LonMakerforWindows3.2界面创建子网,如所示。
  使用创建教学大楼东子网(Xdld)子网中单个节点。
  教学大楼东子网节点数据信息查询分析4结语本文设计的乘法器型鉴相器克服了二极管平衡鉴相器的鉴相性能低下,取样信号幅值范围难以确定等不足,鉴相器电路结构简单,电路工作稳定,鉴相性能良好,能准确地检测出发射机调谐回路是否处于调谐状态。当调谐回路失谐呈感性时,K0V;当调谐回路谐振时,输出直流电压信号K =0V;当调谐回路失谐呈容性时,K>0V.
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