一套完整的能耗监控管理系统设计方案
发布于 2021-04-05 17:40
前言
大家好，我是薛哥。能耗监测管理系统已经成为各个类型项目的标配了，但是我们还有很多人对这个方面不是很熟悉，今天的解决方案，可以帮助到你！
智能化弱电工程 终将渡过成长的海
01
正文
1、能耗监测管理系统
1.1系统概述
本职教园整个园区的节能监管平台项目建设是以《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》等相关技术导则为基础，实现以下几个目的：部分区域实现分户监测、计量与集中管理；清晰描述本市职教园内各学校总的用能现状，找出本市职教园能源管理存在的问题，提供能源管理工作改进的方向；实现本职教园各学校建筑能耗的分析统计与审计，向上一级能耗监测系统数据中心上传数据；使本职教园各建筑能源管理部门对能源系统进行有效的监测与管理；为本职教园各所学校的节能降耗研究、设计与建造提供参考数据。
1.2系统需求
基础平台的建设。
在公共数据平台、统一身份认证平台、信息门户基础平台建设的基础上，在全园区引入低碳绿色理念，建立绿色校园规划，建立有效的领导班子，建立管理的标准和评价体系。这些班子和标准体系的建设是推动节能监管的最根本的保障。
以提供服务为主要目标，用服务促进管理进步。尽量提供更多的应用服务，以服务促进管理进步，以管理促进绿色园区的建设。在扩展应用服务的过程中，切实落实关于节能的各项规章制度，在技术节能的基础上，通过管理实现绿色园区的建设。
节能终端的建设
终端节能在本职教园的节能减排工作中占据着非常重要的地位，目前很多公共建筑普遍采用诸如节能灯、节电开关、照明调压、节水阀门、节水器具、红外冲便等方式进行终端的改进，甚至有的公共建筑采取了风电互补、光电互补以及各种智能设备等高技术手段，但是这些措施到底能否节能，能够节约多少能耗，无法进行量化，无法进行考核。通过能源监管平台系统不仅可以发现传统设备的问题，找出建设对象，同时也可以对节能终端的节能情况进行量化和考核。
对本市职教园整个园区建筑节能监管工作统筹规划，为后期建设提供节能优化。
本市职教园能源监管平台的整体规划将对本市职教园园区内各个建筑能耗相关的各个方面、各个层次、各种参与力量、各种正面的促进因素和负面的限制因素进行统筹考虑，理解和分析影响节能监管系统建设的各种关系，从全局的视角出发，对节能监管的基本问题进行总体的、全面的设计，确定建设目标，选择和制定实现目标的路径和战略战术，并提出体制和业务的改进建议，从而可以尽量规避规划的缺陷和不足，从根本上减少风险。根据本市职教园的实际需求情况，能源管理系统针对本市职教园的各单体用电、用水量进行能源管理。
1.3布点原则
根据本市职教园整个园区各建筑的布局情况，进行能耗监测管理系统设计，在公共建筑内设置总的监控管理平台，进行统一的管理及分析，在各所学校的各个建筑内进行前段智能水表、电表的设置。其中学生宿舍楼水、电均监测到各个宿舍，其他建筑的水、电均监测到各单体建筑的楼层。
系统通过数据采集器，对智能水表、电表进行数据采集，网络传输数据至能耗检测平台。能耗监测平台设置在园区物业管理中心（公共建筑内），接收并存储园区内监测建筑和数据采集器上传的数据，并对其进行处理、分析、展示和发布，统计数据报表，了解能耗的使用趋势，达到节能的目的。可上传至上级能耗管理平台。
本职教园项目校园能耗监测系统前端采集器布设遵循按需布设，合理安排的原则。整个项目仅对需要监测的楼栋、楼层和单体宿舍进行能耗监测管理。
²智能电表：
本项目智能电表主要布设在公寓宿舍楼每个房间以及其余单体楼栋的楼层配电箱，在以上区域以及各单体楼总配电柜分别布设了三相、单向智能电表，其中楼层总表、单体楼总表均采用三相智能电表，同时要求表具具有远程抄表功能。智能电表可集分路计量、集中管理、负载与安全控制、收费管理和数据查询与报警等功能于一体。
²智能水表：
本项目智能水表主要布设在各单体楼，采用集散式的布设原则，每栋楼分别设置智能总水表，每层设置智能分水表，个别区域设置房间表。
水表采用大口径表，该种表具集中了水平螺翼式水表和旋翼式水表的优势，采用全流量检测，被测水流为轴向水流，低进高出，测量精度很高，尤其在低流量下，精度高于其他类型水表。结构设计上，取消蜗轮蜗杆传动机构，由叶轮直接驱动计数器，极低的始动流量。内置不锈钢滤网，确保了产品长期稳定的工作。
1.4设计内容
1.4.1系统结构
1)基础服务平台
包括：统一身份认证、公共数据、能耗计量、统一通讯、监控审计。
统一身份认证：提供统一管理多个应用系统的用户和身份认证功能，提高应用系统用户管理的水平，减少系统权限管理混乱、安全隐患难以发现的问题出现。通过使用该系统，用户不须记忆不同的密码和身份，为业务系统提供一致的权限服务模型，通过信息门户平台实现单点登录，整体上避免重复投资。
公共数据库：对数字节能监管、数字后勤乃至本市职教园的各种结构化数据，包括数据库、数据仓库、数据集市中的数据进行统一管理的平台。采用统一的数据交换平台集成全园区的异构数据。公共数据库平台的建设将统一本市职教园各业务系统的数据标准，整合各应用系统的共享数据信息，同时为上层综合应用提供一致准确的数据来源和积累。
能耗采集：基于工业实时Web服务、国际标准OPC服务、现场设备组态等为核心技术，实时采集各项能耗数据并写入公共数据平台，为上层各个应用提供坚实有效的数据支撑。
统一通讯：包括email，即时通信，短信网关等通信方式，对上层应用提供统一的调用接口，所有应用系统无需重复开发。
监控审计：监控并记录所有的操作，对所有操作进行审计。
2)节能监管各类应用系统
本市职教园各单体的能耗计量管理系统。该系统的设计与建设充分符合住房和城乡建设部《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据采集技术导则》要求，对各能耗点实现分户、分项、分类实时计量。并通过Web发布的形式，使得各级管理人员不管身处何时何地，都可以轻松地对本市职教园各单体的各区域的用电、用水情况进行监控与管理。采用该系统还可以和“能耗指标体系”充分配合，实现用水电的管理和指标执行情况的监督、费用结算、数据统计分析等多项功能，为实现园区内部各学校各部门用电的量化管理提供了必备条件。
3)数字节能监管保障体系
²信息标准体系：为各个系统定义统一的标准，包括信息标准、编码标准、接口标准、数据交换标准、管理规范、实施规范、维护规范等，是保障数字节能监管系统规范、可靠运行的基础。
²信息安全体系：包括网络接入安全、数据存储安全、应用访问安全、安全管理制度等各个层面的安全体系建设将贯穿数字节能监管建设始终。
²运维保障体系：包括系统监控、系统管理、项目管理、维护服务等，是保障数字节能监管系统安全可靠运行的重要支撑体系。
园区能耗监测系统主要由现场计量仪表设备、数据采集设备、后端监测及分析平台组成。数据采集设备提供丰富的I/O接口模块，负责对园区内的水、电、空调等能耗数据进行采集、分析、处理和存储，并根据数据管理中心的需要定时上报各项能耗数据。
1、计量仪表设备
²智能电表
智能电表采用模块化集中式单相智能电表、三相智能电表，可集分路计量、集中管理、负载与安全控制、收费管理和数据查询与报警等功能于一体，可具有如下功能：
自动计费功能：实现按户用电自动计量、自动计费。
售电方式：管理人员通过PC机或POS机可以直接售电，并打印售电收据或与一卡通联网，自动售电。无费自动断电：当预购电量已用完，则该房间自动断电。负荷限制：可以限定房间的最大用电负荷。
恶性负载自动判别：当使用有危险性较大的大功率用电电器（如电炉、热的快、电热毯等）时，系统将会自动检测并自动关断电源防止火灾事故的发生。主要应用于学生宿舍区域。
不断电设置：指定房间可以只计量，无费断电及其他功能可以不执行，如值班室、洗衣房等。定时开关功能：用于作息时间自动化管理。远程控制通断电：对某一房间的用电进行通断控制。电量查询功能：通过电量显示屏输入房间号查询房间的总用电量和剩余电量，无须通过PC机查询。查询恢复功能：查询后将在被查询的位置上停留5分钟，此时如房间正在用电，可看见该房间的电表度数在增加，5分钟后自动恢复循环显示状态。
循环显示功能：电量显示屏可以循环显示房间号和该房间的用电量。
剩余电量告警功能：剩余电量只有10度以下时，循环显示将要断电的房间号和剩余电量。通讯诊断：当系统通讯不正常时，系统自动提示通讯出错，提醒管理人员尽快处理故障。系统备份功能：当电表受到严重破坏时，通过该功能可以调取各用户的用电信息。
防窃电功能：采用大规模微电子集成电路，可自动检测电路运行参数，杜绝了窃电事故发生的可能性。历史记录功能：通过PC机能查询购电次数、购电时间、每次购电量以及总购电量和剩余电量。免费用电量设置：系统可对每个房间的每月的免费基础用电量进行单独的设置(针对宿舍)。
本用电系统可不依赖PC机，单独运行。PC机只用于购电及详细查询购电历史纪录等。
断电自动来电：可以按照设定的时间在断电后自动来电。
²智能水表
大口径表：集中了水平螺翼式水表和旋翼式水表的优势，采用全流量检测，被测水流为轴向水流，低进高出，测量精度很高，尤其在低流量下，精度高于其他类型水表。
结构设计上，取消蜗轮蜗杆传动机构，由叶轮直接驱动计数器，极低的始动流量。
内置不锈钢滤网，确保了产品长期稳定的工作。
²数据采集设备
配置数据采集设备，对水电用量进行采集。
针对园区管理模式，本次采用预售电采集模式，信息采集与控制设备应为智能型参数测控单元，可测量交流电路中电压（有效值）、电流（有效值）、功率因数、有功功率和有功电度数。采集到的数据可以通过集中器上传到上位机。
电能信息采集与控制设备可以根据用户的需求对多项参数和断电功能进行设置，以满足不同应用场合的需求。
²能耗监测平台
建筑能耗监测平台是有效掌握建筑能耗，从而提出和控制节能的手段。整个系统可分为四个模块：数据采集系统(现场仪表、现场数据采集设备)、通信信道、主站系统、信息浏览，系统结构如下图所示。
系统通过数据采集设备从现场仪表读取数据，通过通信信道（以太网、GPRS）传送至主站系统数据库，主站系统对数据进行汇总、分析，数据最终以网页的方式显示。
【系统平台结构图】
1.4.2系统功能介绍
1、系统用户管理功能
用户组管理：本模块设置使用系统的用户组，将用户分组管理，便于进行各类权限管理，您可以指定该用户组的用户登录后，自动打开的页面。
对用户组进行菜单级授权，属于该用户组的用户登录后，只能看到授权后的功能菜单。
对用户组进行部门级授权，属于该用户组的用户登录后，只能操作授权后的部门。
对用户组进行建筑级授权，属于该用户组的用户登录后，只能操作授权后的建筑。
档案信息管理：内容包括楼宇信息、设备信息、楼宇设备信息、单位或部门信息、单位或部门的设备信息、楼宇单位或部门信息、计量单价、分类分项计量信息、给水管网信息。
楼宇信息管理：管理各个区域的楼宇信息和分布情况，根据建筑楼宇的不能功能分类支持不同的附加属性。
设备类型管理：支持各种属性，并支持属性如类型编号、类型名称、所属类型、描述信息、设备状态、支持的通讯类型及规约等、生产厂家、满码值等。
楼宇设备管理：管理监测楼宇的各种表计，包括电量、水耗量、燃气量(天然气量或煤气量)、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量、其它能源应用量，如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等，并支持安装时间、安装地址、所属部门、操作密码等。本次项目中只采集分项电能数据，水汽热等计量设备可考虑后期分批接入。
计量单位管理（分类分项管理）：每一种建筑类型都有自己的计量标准；同时每一栋建筑又可以在标准分类和分项的基础上进一步划分出更细的分项成为建筑自定义的分类或分项。
分户管理（楼层管理）：监测点可属于不同分户(楼层)。
采集参数管理：可选定某区域、某建筑类型或指定楼宇，对其设置采集方案包括采集频率、采集数据类型等。
分项计量管理：可根据需要配置相关计算表达式，统计分类或分项数据。不同楼宇由于布局和耗能设备类型和数量不同，对于一些未设置自动化采集的监测点但可以通过已有监测点计算出来或者对于没有安装分项表的可通过计算加减乘除得到。
2、能耗数据采集
支持带数字接口的电表、水表、燃气表、流量计等的数据采集。
通道支持串口、拨号、GPRS、CDMA、网络等通讯通道。
支持数据传输正确性检验，异常数据自动标识。
支持并行处理，可以同时对多个设备进行数据采集。可以实现采集任务在多台前置机间的自动分配、实时均衡，也可以实现手动分配。
可提供准485串口，且提供标准的串口扩展模组。
低功耗板贴处理器，可根据运行负载选择灵动到四核处理器。
集成B/S架构的SCADA软件，支持近两百种通讯协议，能够完成数据采集和协议转换功能。
集成能源计量软件，提供计费、碳排放量等能源管理功能。
能耗数据符合大型公建导则的分类分项的模型，数据上传的方式符合大型公建导则的传输协议。
采集通信协议：支持Modbus、DL/T645-2007、CJ/T188-2004，GB/T19582-2008等近200中通信协议，满足各种设备需求，每个接口独立可配置，规约具备易扩展性，采用规约库方式，接入新的规约不需要改变原程序的框架。
采集周期：电耗、水耗量等数据15分钟，运行及环境参数1秒到10分钟可以配置。
数据处理方式：解析协议，接收数据的加、减、乘、除运算、添加附加信息。
存储内容：能耗数据、系统及环境数据、数据类别、采集时间。
具有本地接口和web配置/维护功能，可以通过web实现远程监视和控制。
网络功能：接收命令，上报故障，数据加密，断点续传，DNS解析。
内置WindowsCE5.0操作系统和WebAccess软件。
可以实现工程的编程、数据库配置、报警设定和时间表等远程组态功。
强大的CE操作平台，开放式的数据网关，可满足客户各种开发需求。
集成函数功能块，不仅可以进行数据采集也可以完成智能控制。
对现场电表等能耗采集设备进行智能诊断，并提供故障报警。
可以根据数据信息提供数据异常报警。
3、能耗数据处理
分两个阶段处理：
采集的报文数据经过解析后，得到原始数据，原始数据先做合法性及完备性检验。主要依据以下几大方面进行校验：
超过最大、最小的理论值（如：水用量值为负值或者是一个很大，而实际不可能出现的用量数据）、增量超理论值（如：水用量值每15分钟的使用增加量m，依据以往的经验，在15分钟内使用水量最大可能为n，如果m>n，标明水耗已经超过理论值，该数据就可能有问题）、无效特征值。由于各种原因，采集器有时候不能正确采集到计量装置的数据，就会协定一个特征值（如：-10），表示该数据为无效数据。
能源管理系统的能耗数据的综合统计、分析主要围绕以下几个功能来实现的：
建筑分类能耗数据小时、日、月、年等时间段内的统计、计算。
建筑分项能耗数据小时、日、月、年等时间段内的统计、计算。
建筑单位面积平均能耗计算。
建筑人均能耗计算。
各建筑能耗标煤转换计算和统计。
4、生成能耗数据统计图表
方便实现客户端查询和各级管理人员的查询，查询界面能自动适应各级管理人员的要求，通用性好、灵活性强；为保证今后系统报表功能的正常运行，适应用户机构变化，系统具有报表自定义功能，方便用户自行对报表样式进行修改调整。
系统支持灵活的条件组合查询和对比分析，各类统计分析的数据可灵活采用饼图、折线图、曲线图等多种图表方式直观的展示，展示信息均可下载、EXCEL输出及手工、定时打印功能。
支持大屏幕输出，可向大屏幕输出当前系统画面；系统具备能耗数据汇总、能耗公示数据统计功能；具备支路能耗对比分析、分类分项的对比、对标分析等功能；
具备能耗累计用量、实时监测、运行记录等功能。
原始采集数据
查询当前建筑各支路的逐时、逐日、逐月、逐年的能耗数据。
曲线图：
柱状图：
分类能耗图表
可按小时、日、月、年查看当前建筑各分类能耗；
可查看当前建筑分类能耗的总量、人均能耗、单位面积能耗值、能耗折标煤；
可分析当前建筑各种分类能耗占总能耗环比，并根据比例逐月、日、小时分解；
能耗分解柱图：
分项能耗图表：
可按小时、日、月、年、时段查看当前建筑各分项能耗；
可查看当前建筑分项能耗的总量、人均能耗、单位面积能耗值、能耗折标煤；
可分析当前建筑各种分项能耗占总能耗环比，并根据比例逐月、日、小时分解；
能耗数据公示
包含能耗总览信息，另添加对标结果、与计划值等的比较，并列出与历史同期比较结果（上升或下降的值及比例），还可根据需要添加环保数据。
比例分析
当前建筑各分类、分项占总能耗的比例。
对比分析
当前建筑各类各项各支路能耗与历史同期分年、月、日进行对比分析。
能耗趋势分析
当前建筑分类分项能耗值趋势分析
分年、月、日多曲线趋势分析
6、GIS地理信息系统
系统以GIS引擎为核心，通过多级能耗模型中的配置信息和模型信息，将实时信息组件中获取的实时信息生动直观地呈现在Web页面上；除了可以在浏览器中帮助开发者实现地图浏览的基本效果，比如放大（ZoomIn）、缩小（ZoomOut）、平移（Pan）等常用操作之外，还可以进行选取面、选取线、要素选择、图层叠加等不同的操作，甚至可以对已有的GIS操作和数据支持类型进行扩充，为其赋予更多的功能。
【园区能耗系统GIS定位图】
7、能耗预警管理系统
实现多种预警类别，例如：定额管理——超额预警；给水管网——管网异常预警等。
实现多种预警方式，例如：短信、OA、邮件等。
8、建筑能耗统计
建筑基本信息采集与统计，含建筑物基本信息调查，建筑近年能耗水耗账单采集与统计；运行管理节能及行为节能调查（含建筑用能管理制度）、建筑内人员行为节能调查；在建筑分类能耗统计的基础上增加建筑分项电耗，包括照明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电；能耗指标统计：全年总能耗量、分类能耗、全年总水耗量、分类水耗、全年建筑单位面积能耗量、全年建筑单位面积水耗量等指标、分项能耗指标等。
同类建筑用能对比，查询月的环比增幅与同比增幅；
根据建筑日用能情况，可按用能性质或用能类型划分能耗，同时提供查询月每天的环比增幅与同比增幅功能；
根据建筑月用能情况，可按用能性质或用能类型划分能耗，同时提供查询年每月的环比增幅与同比增幅功能；
建筑按能耗性质的年统计或月统计；
建筑域按能耗类型的年统计或月统计。
部门/学校能耗明细查询：针对某一时段内某部门/学校的能耗明细数据查询功能。
部门/学校能耗数据统计：部门/学校基本信息采集与统计，含部门/学校基本信息调查，部门近年能耗水耗账单采集与统计；部门/学校分类能耗；部门/学校耗能设备或系统基本信息采集与统计；能耗指标统计：全年部门/学校总能耗量、部门/学校分类能耗、全年部门/学校总水耗量、部门/学校分类水耗、全年部门/学校人均能耗量、全年部门/学校人均水耗量等指标、分项能耗指标等。
部门/学校能耗数据分析：部门/学校用能对比，查询月的环比增幅与同比增幅；根据部门/学校日用能情况，可按用能性质或用能类型划分能耗，同时提供查询月每天的环比增幅与同比增幅功能；根据部门/学校月用能情况，可按用能性质或用能类型划分能耗，同时提供查询年每月的环比增幅与同比增幅功能；部门/学校按能耗性质的年统计或月统计。
1.4.3系统平台管理流程
系统软件包括（空调智能监控平台，系统管理平台，网关服务器平台三块构成）
总体方案分为五层结构：客户终端层、应用服务层、核心数据层、网络通讯层、现场设备层。如下：
校园能耗监测平台流程图：
系统采用B/S架构，采用内嵌加密通信协议的具有符合国家标准的RS485接口的设备，建成了一个具有极佳感官体验和技术性能的远程可视化节能监管系统。
实现以下的功能与技术指标：
多样的设备通信接口支持；支持有线网络的通讯接入，如局域网、广域网；支持标准串口的通讯接入，如232、485；为各类不同厂商的硬件产品，提供统一数据访问标准接口。
支持通用的数据库存储管理；支持多种类型的数据库服务器，如Oracle、MSSQLServer、DB2；支持检测数据的实时存储备份，在网络或数据库发生异常情况下，保障数据的完整性；支持自定义外部存储，将实时检测数据无缝切入其它应用管理系统。
短信报警与查询服务平台；实现了基于XML方式的网页短信服务；实现了设备检测分级报警的短信告警通知。支持通用的可编程智能网关；支持有线网络的通讯接入，如局域网、广域网；支持标准串口的通讯接入，如232、422、485；支持多数据服务器通讯及接收命令、上报故障、数据加密、断点续传、DNS解析；
具有可编程功能和逻辑程序实时控制功能；可定制数据存储（周期和内容），存储容量达1GB。
实时监控主界面：
空调控制界面图：
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