魏明艳
深圳机械院建筑设计有限公司 广东深圳 518027
摘要：采用LonWorks现场总线技术因其很强的开放性、兼容性、灵活性、安全性、可靠性和可互操作性，使自动化系统中通信可靠、便捷，已被广泛应用于智能建筑领域。本文针对办公建筑和大型公共建筑高能耗的问题，对基于Lonworks总线技术建立建筑能源监管系统设计进行分析探讨，以期实现建筑能耗远程监测和节能控制，达到建筑节能的目的。
关键词：LonWorks技术；能源监管系统；布线系统
前言
随着我国经济的高速发展，建筑能耗，特别是国家机关办公建筑和大型公共建筑高耗能的问题日益突出。据统计，办公建筑和大型公共建筑年耗电量约占全国城镇建筑总耗电量的22%，办公建筑和大型公共建筑的节能对于“十一五”期间实现建筑节能20%至关重要。
1.项目简介
本案例设计的大厦是办公大楼，建筑面积约35000m2，地上25层，地下室3层。大楼内采用的能源种类有：电能、水、燃气、燃油。大楼有2路高压供电线路，变电所有4台变压器，其中，1#低压室的2台800KVA的变压器给大楼楼层供电，2#低压室的2台630KVA变压器给2台离心式冷水机组供电。变电所有4条低压总进线和86条低压出线回路（包括备用回路）。大楼有1路自来水总供水管，有1路厨房用燃气管路和1路锅炉房供油管路。大楼1-25层为省级机关办公楼层，共9家单位（包括物业），每个楼层有照明总进线、备用照明2路低压进线，其中照明总进线在楼层配电箱内分为：照明、插座、开水炉、空调末端、新风机回路。
2.能源监管系统结构及技术原理
本能源监管系统采用Lonworks分布式控制网络技术，实现对该大厦内的各种能耗进行分项精确计量，计量数据远程传输，数据采集与存储，数据统计与分析，数据发布与远传；以实时监测能源消耗数据为依据，为该大厦的能源监控与有效节能提供有效手段，实现被监控的办公楼层节电10%以上。
2.1能源监管系统总体结构
该大厦能源监管系统由监控中心、主干网、监控子网组成。在设备相对集中的区域设置了5个监控子网，其中子网1为变电所子网，其它4个子网为楼层监控子网。监控中心通过internet网将该大厦的能源数据传输到上一级的能源监管中心。
2.2能源监管系统监控中心
在能源监管中心设1台监控工作站、1台100M以太网交换机、5台网络控制器，网络控制器通过以太网与监控中心的监控工作站连接。
2.3能源监管系统子网
（1）楼层监控子网
根据该大厦楼层的设备分布情况，楼层设4个监控子网。每个配电回路的电力监控终端通过LonWorks控制网络（78K双绞线网）与相应子网的网络控制器直接相连。监控子网内的电力监控终端通过网络控制器与监管中心的监控工作站进行数据传输。
（2）变电所监控子网
变电所子网设1台网络控制器，将变电所的电力监控终端通过LonWorks控制网络与网络控制器直接相连，智能水表、智能油表和智能燃气表的485接口通过双绞线与智能网关相连，智能网关通过LonWorks控制网络与网络控制器连接。监控子网内的电力监控终端通过网络控制器与监管中心的监控工作站进行数据传输；智能水表、智能油表和智能燃气表通过智能网关和网络控制器与监管中心的监控工作站进行数据传输。
3.能源监管系统技术实现
3.1计量装置选型及配置
监测大楼电能参数的计量装置选用江苏联宏自动化系统工程有限公司自行研制生产的PM100D电力监控终端，该电力监控终端经过大量的工程实践证明是性能可靠、计量精确、技术成熟先进的多功能电力监控计量仪表，并已通过电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心的型式试验（编号：05075）和国家电网公司自动化设备电磁兼容实验室的委托型式检验和EMC检验（<远动主检>字第231号、<远动主检>字第231-EMC号）。主要技术指标如下：遥信功能：5路开关量输入、干接点输入；遥测功能：三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、电能等；测量精度：电压0.2级、电流0.2级、有功功率0.5级、无功功率0.5级、功率因数0.5级、有功电度0.5级、无功电度0.5级；遥控功能：3路继电器输出、可以直接控制接触器分合；LonWorks 双绞线接口（TP/FT-10A）和电力载波接口，可方便的接入LonWorks现场控制网络。
为了满足办公大楼的供电系统分项计量，对办公大楼变电所的低压总出线和各低压出线回路配置PM100D（监测）电力监控终端，对消防类出线回路不予监测，消防类设备的用电量可通过低压总出线与其他回路用电量的差值求得，这样，变电所需要配置36台PM100D（监测）电力监控终端。在大楼自来水总进水管加装1块智能水表，1～3楼的自来水直供水管加装1块智能水表，2路水箱出水管加装2块智能水表。共加装4块智能水表。在大楼锅炉进油管前面加装1台智能油表。在厨房内燃气公司的燃气表后面的管路上安装一台智能燃气表。
按照以上能耗计量表计配置，即可满足该大厦能耗的分类分项在线计量要求。并可统计出电能按照照明插座、空调、动力和特殊类的实时和累计数据。
对于办公楼层1～25层，由于目前每层的照明回路和插座回路接有不能断电的设备，如计算机网络、安保、应急照明、通信、各部门服务器等，因此，为每个楼层的照明总进线、备用照明总进线，以及照明分回路分别配置一台PM100D（监测）电力监控终端，对这些回路只监测不控制，系统运行过程中通过监测这些回路的实时电流或功率，可以看出其负荷是否正常，是否还有节能潜力，并对照实时监测数据通过对各部门的用能设备工作负荷与工作时间分析，通过管理手段将能耗降至最小；对每个楼层的空调末端、开水炉和新风机回路分别配置一台PM100D（监控）电力监控终端，可在非工作时间关闭这些设备，避免无谓的电能浪费；插座回路不配置电力监控终端，其用电量可通过照明总进线与其他五个分回路用电量的差值求得。这样楼层要配置79台监控型电力监控终端和76台监测型电力监控终端。办公楼监控楼层计量装置配置如下图：
3.2现场监控网络配置
采用双绞线传输网络。根据该大厦的设备分布情况，监管系统分5个现场监测子网。
办公楼层共设4个子网。在大楼1～6层设一个子网，7～13层为1个子网，14～20层为1个子网，21～25层为一子网。子网通过双绞线接入网络控制器，网络控制器放在大厦监控中心内，大楼每个楼层PM100D电力监控终端分别接入4个子网中的一个。这样，大楼1～6层子网的网络控制器共接入41个电力监测终端，7～13层子网的网络控制器需要接入的PM100D共42台，14～20层子网的网络控制器需要接入的PM100D共42台，21～25层子网的网络控制器需要接入的PM100D共30台。
4.能源监管系统功能
4.1能源分项计量
满足建设部提出的办公建筑能耗分项计量的要求，计量该大厦内电能、水、燃气、燃油的能耗情况，并将电能按照明插座、空调、动力和特殊类进行分类，将能源数据上传到上一级的能源监管中心。
4.2楼层控制节能
实现对办公楼层开水炉、空调末端、新风机的远程控制，实现非工作时间上述设备的关闭，减少无谓的电能浪费。
4.3系统软件功能
自动采集大楼的水、电、气、油能耗计量数据并存储在中心数据库。对采集的各种计量数据采用每年每平方米的能耗量和每年每人（常驻人员）的能耗量两个能耗指标来评价其能源利用效率。
系统按日、月、年打印或显示电、水、气、油等能耗报表。
采用棒直图显示一种或多种建筑能耗的消耗值大小；用棒直图显示不同部门之间的能耗对比值；用饼图显示各项能耗的所占比例，用趋势图显示一种或多种建筑能耗的变化趋势。
列表显示最大/最小能耗值。
对系统网络设备及所有智能计量装置实施网管，设备有故障立即报警。
5.结束语
本系统已投入运行，系统运行可靠稳定，实现了该大厦内能源的分项计量，并实现楼层设备的远程监控，有效节约了楼层用电。提高了大楼能耗数据的可靠性、正确性和实时性，减轻了操作人员的负担。
参考文献：
[1]GB/Z20177.1―2006控制网络LONWORKS技术规范第1部分[S]
[2]GB/Z20177.3―2006控制网络LONWORKS技术规范第3部分[S]
论文作者:魏明艳
论文发表刊物:《基层建设》2015年3期供稿
论文发表时间:2015/9/6
标签：子网论文; 楼层论文; 终端论文; 回路论文; 能源论文; 控制器论文; 网络论文; 《基层建设》2015年3期供稿论文;