智能網關在校園能耗監測系統中的應用介紹

任運業

江蘇安科瑞電器制造有限公司  江蘇江陰  214405

   摘要：國家提出了全社會節能減排的戰略舉措，節約型校園的建設是實現這一舉措的重要內容。為了對校園能耗實行量化管理、實時監測，需要建立一個完善的監管體系校園節能監管體系。而節能監管體系的核心是能耗監測平臺，本文介紹了一種基于智能網關的能耗監測系統的建設方法，并給出了系統的具體建設實施方法，具有一定的理論價值和實際工程意義。

   關鍵詞：節能校園；智能網關；能耗監測

0引言

   隨著近幾年來招生規模的擴大，能源開支占學校運營成本的比重也會越來越大。在學習和借鑒國內外理念、管理經驗及技術體系的基礎上，強化對學校的水、電等能耗進行精細化管理將會大幅度降低學校運營成本、建設綠色校園，落實節能減排工作任務，指導學校基礎設施建設、能耗監管平臺建設具有重要意義。因此建立高等院校能耗監測與監控管理平臺是非常有必要的。

1系統總體設計

   節約型校園建筑能耗實時監管平臺的建設以有線Internet網絡傳輸為主、GPRS為輔的建筑能耗監測、數據分析、數據管理、信息發布系統。平臺采用485通訊與TPC/IP網絡相結合的建筑能耗統計技術。系統由命令接收/發送服務器、數據接收/發送服務器、數據處理服務器、信息展示服務器、防火墻、防病毒、文件存儲/數據備份服務器、監控工作站、變送器、中繼器、前端傳感器、網絡轉換器、UPS電源、通訊電纜與建筑能耗實時監測軟件等構成。系統能夠可靠、穩定地實現建筑能耗數據的監測和傳輸，并具有數據分析、處理和信息展示發布功能B-9。能耗監測平臺系統結構圖如圖1所示。

圖 1 能耗監管平臺系統結構圖

2能耗數據采集與傳輸

   建筑能耗監測的能耗數據采集采用自動采集方式，即通過自動采集方式將采集的建筑分項能耗數據和分類能耗數據由自動計量裝置實時采集，通過自動傳輸方式實時傳輸至項目的數據中心。見圖2能耗數據采集網關應用拓撲圖。

2.1數據網關設置

   智能能源網關與能源管理信息系統主站系統、能源管理工作站和各種能源計量設備構成完整的能耗監測與管理信息系統。智能能源網關負責主動與每一終端電表進行數據通信(抄表)并存儲數據5。定時或實時采集的數據可通過電話線(或GSM無線方式)、中壓載波(RS232)485總線等形式直接傳回到管理部門的數據服務器中，并對這些數據分析處理。將結果以各種統計報表、圖示等形式報告給管理部門，能自動計算電費，生成報表。

2.2數據采集監測點設置

   包括照明插座用電、空調用電、動力用電和特殊用電。 

圖 2 能耗數據采集網關應用拓撲圖

   照明插座用電是指建筑物主要功能區域的照明、插座等室內設備用電的總稱。照明插座用電包括照明和插座用電、走廊和應急照明用電、室外景觀照明用電。照明和插座是指建筑物主要功能區域的照明燈具和從插座取電的室內設備。走廊和應急照明是指建筑物的公共區域燈具，如走廊等的公共照明設備。室外景觀照明是指建筑物外立面用于裝飾用的燈具及用于室外園林景觀照明的燈具。

   空調用電是為建筑物提供空調、采暖服務的設備用電的統稱。空調用電包括冷熱站用電、空調末端用電，共2個子項。冷熱站是空調系統中制備、輸配冷量的設備總稱。空調末端是指可單獨測量的所有空調系統末端，包括全空氣機組、新風機組、空調區域的排風機組、風機盤管和分體式空調器等。

   動力用電是集中提供各種動力服務(包括電梯、非空調區域通風、生活熱水、自來水加壓、排污等)的設備(不包括空調采暖系統設備)用電的統稱。動力用電包括電梯用電、水泵用電、通風機用電，

   特殊區域用電是指不屬于建筑物常規功能的用電設備的耗電量，特殊用電的特點是能耗密度高、占總電耗比重大的用電區域及設備。特殊用電包括信息中心、洗衣房、廚房餐廳、游泳池、健身房或其它特殊用電。

3數據采集系統布線方式

   在建筑能耗監測中計量裝置和數據采集子系統之間采用了符合各相關行業智能儀表標準的各種有線或無線物理接口，數據采集子系統具有兼容不同協議類型的計量裝置的能力。計量裝置和數據采集子系統之間采用主-從結構的半雙工通信方式。從機在主機的請求命令下應答數據采集子系統是通信主機，計量裝置是通信從機。

   在進行樓內布線時，考慮系統安裝成本，數據采集末端的變送器采用電信號或RS485通信方式進行連接。當連線距離小于50m時，采用屏蔽線連接；當連線距離大于50m時，由于屏蔽線電流或電壓信號衰減較大，采用RS485通信方式進行I/O模塊的連接，使有效傳輸距離達到1200m。當現場條件不滿足采用電信號或RS485通信方式條件時，采用無線方式進行連接。在項目布線中為保證監測數據的獨立性，能耗數據遠程傳輸系統均盡可能的不與建筑原有的自動控制系統發生信息互連和共享，即構造獨立布置能耗數據遠程傳輸系統。

4建筑能耗數據傳輸系統

   能耗數據傳輸系統由數據采集子系統和監測建筑到數據中心傳輸子系統組成。數據采集子系統負責對建筑內電能或其它能耗信息進行采集。它通過信道對其管轄的各類表計的信息進行采集、處理和存儲，并通過遠程信道與數據中心交換數據。能耗數據傳輸系統采集并緩存其管理區域內監測建筑的能耗數據，完整轉發給上級數據中心。計量裝置和數據采集子系統之間應采用符合各相關行業智能儀表標準的各種有線或無線物理接口，數據采集子系統應具有兼容不同協議類型的計量裝置的能力。數據采集子系統和數據中心應使用專線方式接入傳輸網絡，并具有固定IP地址或者網絡域名。

5 安科瑞網關介紹

5.1通信管理機

5.1.1概述

   本系列智能通信管理機是一款采用嵌入式硬件計算機平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行網絡接口，用于將一個目標區域內所有的智能監控/保護裝置的通信數據整理匯總后，實時上傳主站系統，完成遙信、遙測等能源數據采集功能。

   同時，本系列智能通信管理機支持接收上級主站系統下達的命令，并轉發給目標區域內的智能系列單元，完成對廠站內各開關設備的分、合閘遠方控制或裝置的參數整定，實現遙控和遙調功能，以達到遠動輸出調度命令的目標。

5.1.2產品介紹

5.2數據轉換模塊

5.2.1概述

            AF-GSM是安科瑞電氣推出的新型的4G遠程無線數據采集設條，采用嵌入式設計。內嵌TCP/IP協議棧，同時采用了功能強大的微處理芯片，配合內置看門狗，性能可靠穩定。

   本產品提供標準RS485數據接口，可以方便的連接RTU、PLC、工控機等設備，僅需一次性完成初始化配置。就可以完成對MODBUS設備的數據采集，并且與安科瑞服務器進行通訊。

5.2.2產品介紹

5.3 無線通訊轉換器

5.3.1概述

AEW110系列無線通訊轉換器主要用于輔助RS485設備進行無線組網，通過將通訊數據在RS485信號與無線信號之間互轉，完成普通RS485設備的無線通訊。降低用戶通訊組網的施工成本與改造時間。可與RS485通訊設備靈活安裝，實現局部通訊的無線組網。

5.3.2產品介紹

5.4無線通訊終端

5.4.1概述

         AWT100數據轉換模塊是安科瑞電氣推出的新型數據轉換DTU，通訊數據轉換包括 2G、4G、NB、LoRa、LoRaWAN，GPS,WiFi,CE,DP 等通訊方式，下行接口提供了標準RS485數據接口，可以方便的連接電力儀表、RTU、PLC、工控機等設備，僅需一次性完成初始化配置，就可以完成對MODBUS設備的數據采集；同時AWT100系列無線通訊終端采用了功能強大的微處理芯片，配合內置看門狗技術，性能可靠穩定。

         AWT200數據通訊網關應用于各種終端設備的數據采集與數據分析。實現設備的監測、控制、計算，為系統與設備之間建立通訊紐帶，實現雙向的數據通訊。實時監測并及時發現異常數據，同時自身根據用戶規則進行邏輯判斷，大大的節省了人力和通訊成本。

5.4.2產品介紹

6結束語 

   本文介紹了節能監管體系、能耗監測平臺建設的實施過程，從總體上對監測平臺系統構成進行介紹，并對數據的傳輸、采集點的設置等進行了具體分析。該系統不僅可以充分發揮能耗監測平臺在節約型校園建設中的作用，還可擴展為其他建筑的能耗監測平臺，具有一定的推廣價值。

參考文獻

[1]譚洪衛，徐鈺琳.高校校園建筑能耗監管體系建設的探討[A].上海市制冷學會.2009.

[2]張福麟，阮應君.推進節約型校園示范建設[J].建設科技.2009(05):25.

[3]智能電網用戶端電力監控/電能管理/電氣安全（產品報價手冊）.2023.01版

[4]企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.

作者簡介

任運業，男，現任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事物聯網網關的研發與應用。