基于LonWorks技術的校園電力能耗監控系統的研究與實現

摘 要：為了有效地管理與節約校園電能耗，以 “節約型校園電力能耗監控系統”的建設為背景， 設計了基于LonWorks技術i.Lon Smart Server 2.0某高校的電力能耗監控系統，包括系統網絡結構、使用的關鍵技術、系統最終實現。通過對系統進行測試驗證，結果表明系統能夠實現電力節能和監控管理功能。

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關鍵詞：LonWorks; 電能耗; 監控系統; 節能

中圖分類號：

TN711-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2012)05

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Research and implementation of monitoring and control system 

in the campus power energy based on LonWorks technology

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LIU Li-li， DUAN Zhong-xing

(School of Information and Control Engineering， Xi’an University of Architecture and Technology， Xi’an 710055， China)

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Abstract：

To effectively manage and save electrical energy on campus， a college power consumption monitoring and control system based on LonWorks technology i.Lon Smart Server 2.0 is designed according to the construction of \"saving electricity consumption monitoring and control system on campus\". The monitoring system includes system network structure， key technologies and final implementation. The test verifies that the system can achieve power saving， monitoring and management.

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Keywords： LonWorks; electrical energy consumption; monitoring and control system; energy saving

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收稿日期：2011-11-21

0 引 言

電力能源是人們生活不可或缺的關鍵能源。高校又是主要耗電戶，需要使用新的技術措施實現電能源的節約與管理。提供充足的電能是學校科研、教學、師生活動有序進行的前提。因此對高校進行電力節能降耗監控管理的研究和改造對建設節約型校園具有深遠意義。

國外一些國家對能耗管理平臺研究和實現已經相對成熟。例如美國OPTO22公司在2010年底研制了新一代EMU能耗監測系統與Google Power Meter(Google 能耗計量軟件)等平臺集成的能耗監測在線解決方案。2007年，國內南京迪瑪斯電氣有限公司開發的建筑能耗采集系統，以及清華大學的著名院士江億負責主持的建筑節能研究中心開發的能耗分項計量實時分析系統已在十座大型公建中運行，進一步推動了國內能耗管理平臺建設［1］。

本文以“某高校節約型校園電力能耗監控系統”的建設為背景，設計了基于LonWorks技術i.Lon Smart Server 2.0電力能耗監控系統。包括系統網絡結構、應用的關鍵技術、系統最終實現。通過對系統進行調試驗證，結果表明系統能夠實現電力節能和監控管理功能。

1 校園電能耗監控系統的網絡結構

該系統實現電能耗分項(空調、動力、照明插座、特殊用電)計量和節能監控，其網絡結構由三層組成，分別是現場監測網絡、中間網絡傳輸層、上層監控網絡。現場監測網絡采用多功能電力監控終端來完成對現場子網各個回路中各電力參數的采集和處理；中間網絡傳輸層是將現場的數據打包通過網絡控制器i.Lon Smart Server 2.0［2］傳輸到上層監控網絡，同時將上層監控網絡的控制命令下達給現場設備控制現場對設備執行動作；上層監控網絡主要完成對各個子網電能耗的整體綜合監控及用電管理，并通過Internet實現相關數據信息的轉發，以實現數據資源信息共享。系統網絡結構如圖1所示。

本文所研究的某高校電力能耗監控系統工程概況如下：該系統是由北院教學區、辦公區、學生生活區和南邊行政辦公區共2個分區23個基站構成。現場監測網絡根據計量裝置安裝的科學性以及從施工走線考慮共有23個子網。即需要安裝網絡控制器i.Lon Smart Server 2.0共23臺。需要安裝節點計量裝置——多功能電力監控終端NLA-PM100D共386個。為了合理地確定現場智能節點的安裝位置，根據該校園配電圖紙以及數據中心位置綜合考慮，子網位置確定及節點數量安裝情況如表1所示。

2 校園電能耗監控系統的關鍵技術

系統設計中使用到的關鍵技術有計量裝置、計量信息接口技術、現場監測網絡技術、遠程傳輸網絡技術、組態軟件應用技術［3-8］。

2.1 系統中的智能節點的設計

基于LonWorks總線的現場計量裝置采用高精度電能計量芯片ADE7758和單片機ATMEGA128A，ADE7758能夠實現對采集進來的電壓、電流信號和頻率信號的數字濾波、諧波分析、有功、無功、視在電能計量處理及與單片機ATMEGA128A進行數據交換。ATMEGA128A單片機負責與電能計量芯片ADE7758交換數據、數碼管顯示、鍵盤輸入、數據存儲及與基于Neuron5000芯片的TP/FT-10F LonWorks模塊通信，包括數據采集單元、數據預處理單元、人機接口單元(12個8段數碼管顯示、6個鍵盤輸入)、存儲和從站接口單元，如圖2所示。

2.2 系統中智能節點的現場調試

智能節點軟件設計主要指應用程序設計。因為節點的功能都是由應用程序完成。在基于LonWorks技術的電力能耗監控系統的智能節點現場調試過程中，因為是對現場共23個子網中的每一個子網中的每一個節點的調試，23個子網就是23臺i.Lon Smart Server 2.0網絡控制器，為了考慮現場施工布線方便容易等特點，電力能耗需要監控的區域共分為23個子網，在現場不同子網區域的各個配電室進行調試時只需一臺個人計算機(PC)、設計的節點應用程序、一根網線及已經安裝在子網內的i.Lon Smart Server 2.0網絡控制器，安裝在現場配電室的各配電柜上的電力能耗計量裝置，就可以調試現場智能節點。調試過程如圖3所示。

2.3 上層監控主站與底層監測網絡通信

系統采用OPC技術來實現上層監控管理機與現場節點之間的通信。通過OPC接口將現場實時數據采集到組態軟件中來，又可通過該接口將數據從組態軟件系統采集到上位機應用程序中來［6］，OPC技術采用Client/Server模式，本文組態采用InTouch10.0［7］，應用LNS OPC Server和In Touch的OPC Client建立In Touch10.0與LonWorks網絡之間的動態數據鏈接，配置好相應的主題和項目，即可建立監控系統與LonWorks網絡間的聯系。使上位機監控系統可實時顯示現場數據， 并下發控制命令。基于InTouch 10.0組態的監控程序一方面通過EasyLon OPC Server同LonWorks網絡變量交換信息，一方面通過ADO(Activex Data Object)數據接口同數據庫交換信息。通過運行OPC服務器和人機界面軟件來對系統運行的實時和歷史信息監控。示意圖如圖4所示。

將現場節點NeuronID和程序ID寫入

3 校園電力能耗監控系統的實施過程

3.1 確定數據監控中心

首先將現場智能節點即多功能電力監控終端通過自帶LonWorks雙絞線接口(TP/FT-10A)使其與i.Lon Smart Server 2.0網絡控制器通信，網絡控制器再通過校園局域網與裝有LonMaker for Windows 3.2的監控主機連接組網。然后通過監控主機與Intranet/Internet連接以實現數據資源共享。系統數據中心設立在北區，包括大屏幕、直流電源UPS、監控主機、打印機等。監控主機采用Microsoft SQL Server 2005數據庫軟件、基于LNS操作系統的LonMaker for Windows 3.2，Echelon i.LON Smart Server 2.0 Software等一系列LonWorks軟件。

3.2 使用LonMaker for Windows 3.2組建教學大樓東子網

教學大樓東配電室內子網IP地址為192.168.1.109，其LonWorks Interface Name為“jxdld”，在測試添加子網后進入LonMaker for Windows 3.2界面創建子網，如圖5所示。

圖5 使用LonMaker for Windows 3.2

創建教學大樓東子網(jxdld)

3.3 子網中單個節點實驗數據查詢分析

教學大樓東子網組建成功之后，對子網中的單個節點使用LonMaker 3.2瀏覽單個節點的數據信息，在監控室就可以方便地看到該子網現場電力能耗智能節點的運行情況，是否正常采集數據等及某個回路中的能耗使用情況，以便于工作人員及時發現問題加強管理以更好地實現節能及監控管理功能，如圖6所示。

圖6 教學大樓東子網節點數據信息查詢分析

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