EMS建筑能源监控管理平台系统.doc

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1、建筑能源监控管理平台系统设计方案2011年4月目 录第1章建筑节能需求简介31.1节能需求简述31.2能源管理系统简介31.3建筑能源管理系统应用41.4能源监控系统市场前景分析5第2章实时能耗数据采集方案设计62.1电力能耗数据采集方式介绍62.2水力能耗数据采集方式介绍72.3M BUS总线技术介绍72.4系统设计方案92.5实现功能与指标112.6电力系统设备132.7水力系统设备17第3章能源监控管理软件系统设计方案183.1系统方案设计原则183.2系统特点20第4章项目实施方案284.1组织方案284.2施工措施28第1章 建筑节能需求简介1.1 节能需求简述建筑能耗在总能耗中的比

2、例，反映了一个国家或地区的经济发展水平和生活质量。目前主要发达国家的建筑能耗均已占社会总能耗的1/3左右。我国建筑能耗比例虽然不及发达国家，但由于建筑市场的飞速发展，建筑能耗占总能耗比例逐年上升。资料显示，未来几年内写字楼、公寓、饭店、会展中心等大型公共建筑会大幅度增加，在2020年前我国将新增约10亿m2大型公共建筑。而我国约90%以上的大型公共建筑是典型的耗（电）能大户，在能源需求日趋紧张的情况下，采用多种手段实现建筑节能是必然的选择。如何进行建筑能耗量化管理以及效果评估，降低建筑运行过程中所消耗的能量，包括空调、照明、采暖、电梯以及办公设备等的能耗，从而降低运行成本，成为大楼业主最为关注

3、的问题。 要想降低能源消耗就必须采取有效的方式管理能源。对于一栋现代化的大楼而言，在没有安装EMS的时候，由于很难了解大楼内空调、照明等耗能设备的运行情况，统计显示有35%50%的能源因此而浪费。另一方面，工业和商业用电付费时有一个参数是要加以考虑的：契约用电容量。耗能设备全部运行时会产生很强的用电需求，一个月中哪怕只有1520分钟的用电负荷超出契约容量，全月的基本电费仍基于最高负荷收费。统计显示这些额外的费用通常占企业用电帐单的25%左右。1.2 能源管理系统简介能源管理系统 英文简称EMS，EMS就是将建筑物或者建筑群内的变配电、照明、电梯、空调、供热、给排水等能源使用状况，实行集中监视、

4、管理和分散控制的管理与控制系统，是实现建筑能耗在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。它由各计量装置、数据采集器和能耗数据管理软件系统组成。 EMS通过实时的在线监控和分析管理实现以下效果：1）对设备能耗情况进行监视，提高整体管理水平；2）找出低效率运转的设备；3）找出能源消耗异常；4）降低峰值用电水平。EMS的最终目的是降低能源消耗，节省费用。能源管理系统的基本管理职能能源系统主设备运行状态的监视能源系统主设备的集中控制、操作、调整和参数的设定实现能源系统的综合平衡、合理分配、优化调度。异常、故障和事故处理。基础能源管理。能源运行潮流数据的实时短时归档、数据库归档和即时查询。1.3

5、 建筑能源管理系统应用1）建立实时能耗数据采集系统 实时能耗数据采集系统包括各计量装置、数据采集器和数据采集软件。实时数据保存到能源管理系统的能耗数据库中，各级管理人员在自己的办公室里就可以利用浏览器访问能源管理系统，根据权限浏览全部或部分相关能源计量信息。 2）建立能耗数据统计与分析系统 能耗数据统计与分析功能提供各分类分项能耗数据的逐时、逐日、逐月、逐年的统计图表和文本报表，以及各类相关能耗指标的图表，各级管理人员可以对能源的班用量、日用量、月用量进行比对，分析能源使用过程中的漏洞和不合理情况，调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费，达到节能降耗之目的。 3）建立能源使用计划根据目前的

6、能源使用情况，做出能源使用计划。根据能源使用需求，制订能源采购、生产、供应计划，做到生产有目的，使用有计划，在能源方面保障生产平稳且能源使用合理、节俭，避免浪费现象发生。 4）建立能源折标系统对于不同种类能源的使用情况，必须折合成标准单位才能进行比较和综合，建立能源折标系统，以便能对不同的能源进行合并比较。 5）建立需量控制系统用户通过组态的方式确定负荷组、负荷和契约容量信息。需量控制系统自动预测下一个时刻需量，根据负荷卸载优先级别卸载或恢复负荷，确保系统需量不超过峰值契约容量，免受罚款或停电。1.4 能源监控系统市场前景分析市场前景广阔资料显示，未来几年内，我国的写字楼、公寓、饭店、会展中心

7、等大型公共建筑会大幅度增加，在2020年前我国将新增约10亿m2大型公共建筑。而我国约90%以上的大型公共建筑是典型的耗（电）能大户。事实上，针对能源需求日趋紧张的情况，中国政府高度重视节能与环保，积极推进节能减排、发展绿色产业和绿色经济，建设部科技司司长赖明曾大致估算了建筑节能这个市场的市场值，“建筑节能势在必行，建筑节能市场容量很大，据测算，有5000亿元的空间。”有专家表示，“在建筑节能方面，国家推出了一系列政策，2020年我国用于节能建筑项目的投资至少是1.5万亿，建筑能源管理系统的市场前景是很广阔的。”第2章 实时能耗数据采集方案设计2.1 电力能耗数据采集方式介绍目前电表集抄市场的

8、主流抄表方式分为，低压载波集中抄表，和无线抄表。低压载波集中抄表其技术方案具有较大的优势，它利用了现有低压电力线作为通讯载体实施计算机自动抄表，不仅可省去敷设线路和日后维护线路的大量工作及费用，同时线路的安全也自然有了保障，运行通讯费用较低，它可以不更换旧表而是在原表上增装一个小的传感器来完成转换和传输数据，这样可省去大量换表资金。但它存在的缺点是，电网线路上周期性、持续性的干扰信号以及干扰的随机突发性与多变性，影响了数据传输的稳定性，尽管可采用规避干扰和中继技术能够提高一定的抄收成功率，可是产品的技术方案（电话线+载波通讯）从根本上无法适应国内各种电网结构，抄收数据的实时性又很低，很难稳定地

9、保证每天采集到完整的台区数据。由于电话线的通讯速率低，而且平常不能总保持连通状态（会发生大量的通讯费用），无法实现在线监测和自动报警功能，因此产品的实际用途受到很大的限制，其性能价格比直接影响了产品的推广应用。GPRS（General Packet Radio Service），即通用分组无线业务，这种无线业务是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输业务，它是利用分封交换（Packet-Switched）的概念所发展出的一套无线传输方式。GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传

10、输。GPRS相对有线电话还具有通讯信道安全可靠、速率高、实时在线不发生费用、通讯费用低、普及面广、安装便利等优势，尤其是它所提供的点对多点无连接型网络业务非常适合抄表项目。针对于学校的目前情况，我们推荐利用M-BUS总线集中器和GPRS分组交换系统，进行无线电力抄表和监控系统的建设。对楼层内的电表数据采用M-BUS总线集中器，而从楼宇到学校抄表中心的远程数据传送则由GPRS网络来完成。具有简单、易维护及管理方便等特点。2.2 水力能耗数据采集方式介绍在自来水系统的信息化过程中，单表数据的自动抄送具有十分重要的意义，也是集团用户迫切想要解决的问题，因为水表数据抄送的准确性、及时性，直接影响自来水

11、系统的信息化水平、甚至管理决策、经济效益。传统的手工抄表费时、费力，准确性和及时性得不到可靠的保障，这导致了相关营销和企业管理类软件不能获得足够详细和准确的原始数据；一般人工抄表都按月抄表，对于用户计量来说是可行的，但对于相关的管理、供应部门进行更深层次的分析和管理决策却不够。行业的实际需求催生着自动抄表系统的技术和应用不断发展。随着无线通信技术的快速发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的智能无线远传水表，电子远传水表（直读型）集水表的计量、远程抄读、远程监控于一体，是集中抄表系统的最佳选择。由光电直读水表、微控制器系统、总线接口等几部分组成。我们采用M-BUS总线集中器和GPRS分组

12、交换系统进行技术结合，可以为水表的无线抄表提供很好的解决方案。 2.3 M BUS总线技术介绍目前工业控制中采用较多的通讯方式仍然以485总线为主，这使得原本为工业自动化数据采集而设计的少结点（一般不多于100点）、短距离（一般数百米）、可规范布线的485总线通讯在多结点（以千、万计）、长距离（数千米）、任意分布的布线方式的通讯中难以可靠应用，即使目前在工业自动化应用领域中，多结点、远距离的数据通讯也早以采用了PRFBUS、CAN、HART、FF等通讯方式。在欧洲，户用仪表的通讯方式以M-BUS为主，它可以解决多结点、长距离的通讯问题。 目前国内诸多大型水、电、气、热表企业已采用或拟采用MBU

13、S总线通讯技术。 技术概述: M-BUS是一种低成本的一点对多点的总线通讯系统，具有通讯设备容量大（500点），通讯速率高（9600bps），成本低，设计简单，布线简便（无极性可任意分支，普通双绞线），抗干扰能力强，并且总线可提供高达500mA电源的特点。系统具有自动登录功能，此功能可完成设备的自动登录、结点中断报警等双向可中断的先进通讯功能。总线隔离设备具有总线故障隔离性能，保证部分总线故障时其它部分正常通讯。以该芯片为核心构成的总线通讯系统可广泛应用于三表集抄、智能家庭控制网络、消防报警及联动网络、小区智能化控制网络、中央空调控制系统等。 系统由来 近年来，随着各种电子设备的发展，越来越需

14、要进行低端电子设备的低成本联网管理。虽然各种高速通讯网络迅速发展并得以应用，但对于低端设备，其接口显然复杂而昂贵，过去多年来，485技术主导着这一技术的应用，但已经不能满足大容量集中抄表网络的需要，在应用过程中存在以下问题： 1. 485的通讯设备容量少，理论上最多容许接入量不超过128个设备，这显然不适用以楼宇为结点的多用户容量要求。 2. 485的通讯速率低，并且其速率与通讯距离有直接关系，当达到数百米以上通讯距离时，其可靠通讯速率10年 性能特点1、选用TMS430系列超低功耗单片机，大幅度降低静态功耗。2、使用光电直读技术，平时表具不需要供电。3、抄表快捷可靠，瞬间（不大于1s）完成水

15、量采集。4、直接读取字轮数据，保证机电数据一致性。5、使用符合国际标准和国家标准的无极性两线制总线技术，总线同时传递信号和电能，使通信可靠，布线简单。6、安全防护级别高无磁性元件，磁干扰不会对计量数据产生任何影响；无电池，无存储器，没有电池寿命和丢失数据之忧；全防水灌封，具有IP65防水级别。第3章 能源监控管理软件系统设计方案3.1 系统方案设计原则能耗监控软件系统的总体设计原则是：以计算机网络为基础、软件为核心，通过信息交换和共享，将各个具有完整功能的独立分单元组合成一个有机的整体，提高系统维护和管理的自动化水平、协调运行能力及详尽的管理功能，彻底实现功能集成、网络集成和软件界面集成。具体

16、如下：标准性 系统结构设计和功能符合2009年颁布国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书中定义的各项标准。管理系统的通讯接口可以将能耗数据按照国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据传输技术导则远传至上层的数据中转站或省部级数据中心。 开放性 集成系统是一个完全开放性的系统，通过编制各个子系统的接口软件将解决不同系统和产品间接口协议的“标准化”，以使它们之间具备“互操作性”。集成系统可以通过大楼局域网以浏览器方式实现监控和管理操作。在数据接口上能提供多种与第三方系统衔接的工具。如OPC，DDE等。 可扩展性 水电监控软件系统的总体结构将是结构化和模块化的，具有很好的兼容

17、性和可扩充性，既可使不同厂商的系统集成到一个管理平台中，又可使系统能在日后得以方便地扩充，并扩展另外厂商的系统。 互连接性 系统确保了硬件和软件的可集成，提供了准确的通讯协议和开放的数据库接口，各子系统可实现信息和数据库共享；同时考虑未来发展的需求，能与未来扩展子系统具有互联性和互操作性。 安全性 为了确保系统硬件和信息的高安全性，采用Windows安全措施，设立系统密码。设立防火墙，使系统受到非法攻击时对系统的破坏性降到最低。 先进性 考虑到电子信息及软件技术的迅速发展，水电监控软件系统设计在技术上采用国内外先进的技术和国内产品，所采用的设备产品和软件不仅成熟而且能代表当今世界的技术水平。

18、经济性 在保证先进性的同时，以提高工作效率，降低系统造价和运行维护成本，充分考虑系统的实用和效益，使之有较高的性能价格比，争取获得最大的投资回报率。 可靠性 系统集成是一个可靠性和容错性极高的系统，系统能不间断正常运行和有足够的延时来处理系统的故障，确保在发生意外故障和突发事件时，系统都应该保持正常运行。 人机界面的友好性 系统采用图形、表格等多种形式来显示信息点的状态，设备选型时操作简单、维护方便。 合理性 系统应采用准确的方法来计量、合理的算法来统计及分析大楼的能源消耗，计算出能源使用成本，向智能楼宇管理者提供运转状况和节能降耗决策依据，以达到节能管理的目的。3.2 系统特点水电能耗监控软

19、件系统数据库为ORACLE数据库，运行于WIN98/2000/XP、NT的操作系统，易于使用。软件所能管理的用户数量没有限制。 系统的功能与特点有： (一)安全可靠：安全性由三方面构成：第一，ORACLE数据库是大型的、多用户的数据库，它的安全性高，允许多用户同时使用同一数据库而不会破坏完整性，用它来做抄表系统的数据引擎可以保证数据的安全；第二，系统对用户实现分级授权管理功能，通过检查使用者的名字和授权密码，赋予使用者相应的操作权限，借鉴银行系统的密码管理模式限制无关人员改变数据库和硬件设置；第三，防火墙功能及完善的数据备份功能，防备系统受到人为的恶意攻击，数据备份功能确保在硬件系统故障时，也

20、能随时在新的硬件设备上数据无丢失地启动抄表系统。 (二)完善的系统日志：系统日志记录了进入系统、离开系统，实时监控，设置硬件、改变运行参数操作等及操作者、操作时间，凡是改变数据库的操作都被记录下来。 (三)抄表速度快：抄表快、数据准确，抄表时PC机只读采集器的数据，数据传输速度快，并对每个数据块都有效验码，保证了传输的准确性。 (四)自动抄表功能：按照设置的抄表开始时间和抄表间隔，到预定的抄表时刻，系统便会依次拨号去查抄采集器或电表内的数据。如果抄不上数据，系统会自动补抄或人工发布命令进行补抄。 系统功能介绍1据库设计:本系统采用了三层B/S结构，表述层（用户操作界面），业务逻辑层与数据据库层

21、三个层次相分离，并支持Oracle、Sysbase、SQL Server等大型DBMS系统（数据库管理系统），本系统目前采用的是SQL Server2000数据库。2系统曲线:在单位能耗分析中，用户可以查询出某一个时间段的小时、日、月份、年度的曲线并且可以动态选择所关心的数据项；可以选择出曲线图和柱状图。1）能耗报告（Energy Profile）各能源管理组逐时、逐日、逐月、逐年能耗值报告，帮助用户掌握自己的能源消耗情况，找出能源消耗异常值。2）能耗排名（Energy Ranking）不同时间范围下能源管理组的能耗值排序，帮助找出能效最低和最高的设备单位。3）能耗比较（Energy Comp

22、arison）不同时间范围内能源管理组能耗值的比较。4）偏差分析（Deviation Report）任何一天不同时段能耗值与管理设定值的偏差表示。红色偏差值表示实际能耗值超出了能耗使用计划值，指出能源消耗的增加倾向。5）最大值/最小值分析（Max/Min Value Analysis）不同时间范围内能耗值的最大值/最小值分析。可以分析各系统和设备能源消耗与时间的相关关系。6）一次能源折算（Primary Energy Profile）将企业能耗值折算为热量(MJ)、标准煤以及原油、原煤等一次能源消耗量和相对的CO2释放量。3报表设计:在单位能耗区间进行报表查询，用户可以通过选择2个时间段，再选

23、择一个报表，模块会动态的载入当前PDF或EXCEL报表格式的文件。用户可以在生成的报表文件中进行编辑打印等工能。也可以跟据用户需求，自定义报表查询模板。如下图所示：4数据在线实时显示功能:打开平台系统后进入在线地图，用户会在 在线地图的页面上看到，供电拓扑图上水、电表的实时数据。使用户一目了然的就看到了当前的实时电表数据。如果想看更多的参数，则可以将鼠标移动到电表点位图上，就会出现了一个详细数据表。方便用户查询。如下图所示：5系统权限系统提供了一套完善的权限管理模式，只有当用户被授权后才能登录到系统，并进入授权内的操作，拒绝了非法用户的入侵。使用户数据的安全性得到了保证 6水电表信息管理对相应

24、的水电表基本信息进行管理，并可以进行详细查询和数据录入。7数据查询系统有实时数据查询和历史数据查询，实时数据查询是查看最近一次数据上报的数据，历史数据查询是用户可以查询某一时间段的数据。8数据的采集、入库:数据采集程序，把采集上来的数据通过XML发送到WEB发布程序的后台数据接收程序，WEB发布程序收到数据后并存入数据库中。9数据的补召当主站数据库中没有子站历史上的某一时间的数据时，主站可以通过远程操作项的远程命令发送远程补召，把数据通过XML发往数据采集程序，数据采集程序再把数据发往远端的设备；数据采集程序再把远端设备回送的数据发往WEB发布程序的后台并存入数据库中。10数据的考核和处理数据

25、采集软件把远端表具的数据采集到主站的数据库中，WEB发布软件把采集上来的数据再进行数据的分析加工和处理，并生成用户所需要的各种数据，以便用户在网页上查询出用户想要的数据。第4章 项目实施方案4.1 组织方案为了顺利快速完成能源监控系统工程，我公司本着保质、保量、团结、协作精神进行施工，我公司对工程施工实行现场施工责任制及技术、质检否决制，工程进场施工后公司将委派一名责任员，全面负责材料组织、人员分配、各方协调、工程施工、安全监督、质量检查工作。要求施工员严格按图纸及施工规范，在保证安全、保证工期的情况下组织施工。同时，明晰各施工人员的责任，做到工程施工有据可查，使每个人的利益与工期及质量挂钩。另外为了杜绝弄虚作假现象的发生，公司还指派两名工程师随时的对工地进行检查，对出现的技术、质量问题他们具有决定权，通过这样的双重保证体制