核电试验大楼能源数据采集系统方案

1、.核电试验大楼 自动化监控及管理系统上海工业自动化仪表研究院检测仪表部2012-10一、 前言随着我国社会与经济的高速发展，我们的生活和工作方式有了很大变化，对物质生活和文化生活的需求也不断提高，向文化教育、休闲娱乐、社会联系等更高层次发展，因此人们的工作环境除了要满足基本功能要求外，在舒适、便利、安全方面提出了更高的要求的同时，更向智能化、节能型发展，智能型、节能型楼宇已成为当前的发展主流。因此，作为智能楼宇管理系统（IBMS）的一个重要的子系统楼宇自动化监控系统的建设则显得尤为重要。传统的楼宇设备的管理维护，是基于人工定期查看及凭工作经验进行的，缺乏设备的长时间运行数据和设备工作信息，而这

2、些对于设备的维护和运行都是至关重要的。由此可见，建设先进的、可靠的楼宇自动化设备管理系统已到了刻不容缓的地步。一般楼宇自动化管理系统要求对送排风设备（如：送排风机）、给排水设备（如水池、生活水泵等）、电梯（包括客梯、消防梯）、照明设备、供电设备（如高低压回路、高低压开关等）及火灾报警设备、智能空调系统进行系统的、自动的管理。我部设计的楼宇自动化管理系统正适应了这一需求。该系统技术先进、性能稳定、质量可靠、操作方便，已成功应用于：海烟大酒店、上海市烟草局科教大楼等多个项目中。 相对于一些国外知名品牌的楼宇自动化管理系统，该系统具有自主化程度高、造价低廉、实用简便、性价比优特点，非常适合于一些中小

3、型的楼宇自动化监控系统。二、 方案简介核电试验大楼自动化监控及管理系统（方案）（以下简称管理系统）由现场设备采集单元、采集控制服务器和数据服务器、人机操作界面共三部分组成。图1 系统总体框架图通过在大楼中安装的各种传感器（其中包括水表、电表、液位、压力传感器、温度传感器等）将数据实时的传输至智能模块，再经网线将相关数据传输到数据库，最后由服务器运算处理后，在客户端显示，起到对现场的实时监控及能源的平衡管理！如下图2所示。图2 系统网络结构图对于变配电系统、智能空调系统、电梯系统、其他（安防、消防）系统可采用协议接入。客户端通过监控软件可以实时或定时查询各设备的现场运行工况及各种参数，并进行相关

4、处理，如：各种报警信息、报表的生成及打印、数据的存储等。1. 现场设备采集单元现场设备采集单元主要由各种现场传感器、现场模块箱1 现场模块箱的详细配置请参见现场模块箱简介。、串口服务器、交换机等组成。其主要功能是现场信号采集、处理和传输。现场信号先由传感器采集获取后通过现场信号线将各类信号传送至相应的智能模块，模块将数据进行处理后通过RS485总线将数据传送至串口服务器，再由串口服务器的经网线传送至交换机，最后传送至服务器。 现场数据主要有以下几个部分：按类型分：可分为能源部分和可扩充部分。能源部分有：1) 水能源管理系统l 检测设备内容详细监测点请参照本方案附件中的水能源管理系统监测点分布图

5、。l 预期实现功能a) 实时监控各设备用水点的用水量、各水箱的液位和各水泵的运行状况，动态显示各设备的运行状况，并做出相应的故障报警，及时有效地处理各种故障和操作问题；b) 追忆各用水点的用水记录；c) 任意用水点，任意时期用水量比较；d) 用采集的数据实行水平衡的工作，有效排除漏水点；e) 记录水泵等的运行累计时间,平衡投运与停用操作，有效提高设备利用率；f) .通过对生活水箱的液位,各水泵进出口压力监测，保证生活用水的供给，保证水泵机组运行安全；g) 可任意时间历史数据查询、比较，查询均可以曲线和柱状图形式显示；h) 均可实时、追忆查询以日、月、年等形式打印查询报表。l 项目设计现状a)

6、生活用水由市政直径65毫米水管供给（为0.15MPAa）生活水箱后由总管分给个楼层；b) 由柳州路和漕宝路两路市政用水接成环进入中心大楼消防系统,其管道口径均为200毫米；c) 现地库各泵组和水箱,水池运行的检测只有就地显示仪表,没有供远传处理的采集仪表；d) 生活用水没有计量仪表。l 设备配置方案a) 拟安装市政用水总表,直径65毫米带远传水表1个；b) 1-6楼安装直径15毫米带远传水表6个；c) 空调补水安装直径15毫米带远传水表1个；d) 市政进水，各稳压泵出口，各消防泵出口分别安装远传式压力变送器； e) 生活水池和集水水池装液位变送器提供水箱水位控制和越限报警；f) 各泵组安装启停

7、信号传感器；g) 在生活水箱的进口安装带发讯装置的水表。2) 压缩空气能源管理系统l 检测设备内容详细监测点请参照本方案附件中的压缩空气能源管理系统监测点分布图。l 预期实现功能a) 实时监测压缩气源的压力和流量（总管）； b) 实时监测中心各用户的气流量；c) 提供各检测点用气的情况；d) 动态检测气平衡，消除漏气和隐患；e) 可任意时间历史数据查询、比较，查询均可以曲线和柱状图形式显示；f) 均可实时、追忆查询以日、月、年等形式打印查询报表。l 项目设计现状 气源由院区压缩机房供给（为0.7MPa）总管50球阀，由大楼中心四层夹层进入四、五层共计21个用户其管道口径均为15毫米.( 配装1

8、5球阀）。l 设备配置方案 21个气用户的管道分别安装压力变送器和气流量传感器。3) 电力能源管理系统l 检测设备内容详细监测点请参照本方案附件中的电力能源管理系统监测点分布图。l 预期实现功能a) 系统显示中心大楼电力系统配置网络；b) 动态显示各自动开关、断路器的运行状态,对过流,过压,故障开关提示报警；c) 三相电压、电流、有功、无功及功率因素的电性能检测；d) 用采集的数据实行电平衡的工作，有效排除漏电点；e) 可任意对象、时间、日期对电功率、用电量等参数进行追忆查询； f) 可任意时间历史数据查询、比较，查询均可以曲线和柱状图形式显示；g) 均可实时、追忆查询以日、月、年等形式打印查

9、询报表；h) 实时显示分析重要用电设备的用电情况。l 项目设计现状a) 动力电源引自院内10KV低压配电屏；三相四线,（380V/220V）.分6路进入研发中心.配电总量为787.9KW；b) JXAI-JXA5/PLA-PLA5为常用电源，JXB1/PLB1为备用电源；c) 常用电源PAL1-PAL4开关柜上均设计装有智能电量表； d) PAL1-PAL4下属各开关均按楼层和重要用能设备设计装有数字电度表；(仅PAL5下属各开关没装）； e) 设计图纸中未见系统的电能源管理装置。l 设备配置方案a) 要求PLA1-PLA5上的智能电量表均有通讯输出接口； b) 要求PAL1-PAL4下属各开

10、关各路的数字电度表均带有通讯输出接口；c) 在PLA5所属、地库照明、车库排风、客货电梯、排水泵、消防水泵、屋顶的排烟和弱电电源的主回路上装数字电度表；要求同上；d) 建立计算机电能源管理系统。4) 大楼环境温湿度管理系统l 检测设备内容详细监测点请参照本方案附件中的大楼环境温湿度管理系统监测点分布图。l 预期实现功能a) 实时监测空调室内机进口温度,动态显示各房室温湿度的变化，对各办公地点的空调使用情况进行监督；b) 根据实时的温湿度及时调节风量输出；c) 保持环境温湿度稳定 、可靠，保证各实验室的工作质量；d) 可任意时间历史数据查询、比较，查询均可以曲线和柱状图形式显示；e) 均可实时、

11、追忆查询以日、月、年等形式打印查询报表；f) 机组,房室温度出现异常系统及时报警。l 项目设计现状a) 没有设计反映室内空调机出口温度的仪表；b) 没有设计反映大楼各房室温湿度的仪表。l 设备配置方案a) 拟在各房室内安装温湿度传感器（大约52个）；b) 拟在室内空调机出口安装温度传感器；c) 所采用的传感器均带模拟420mA或数字输出。5) 通风新风空调设备管理系统空调部分：l 检测设备内容详细监测点请参照本方案附件中的通风新风空调设备管理系统监测点分布图。l 预期实现功能a) 系统显示中心大楼空调配置网络,动态显示室外机组运行参数的变化，实时显示室内机组运行情况,实现故障缺陷报警、记录；b

12、) 监测各空调机组运行，平衡各机组运行时间、延长设备运行时间、提高运行质量，利于设备的保养和维护；c) 通过机组进出口水温压的测量，及时调节空调机组的输出或投运台数，提高设备的使用率,提高环境舒适度,节约能源；d) 通过对冷却塔的液位等运行情况监测，保证冷却水的供给，保证空调机组运行安全；e) 可任意时间历史数据查询、比较，查询均可以曲线和柱状图形式显示；f) 均可实时、追忆查询以日、月、年等形式打印查询报表智能新风管理系统:l 传统新风系统: a) 传统新风系统由于并非出于自动控制状态, 存在着能耗高的问题. 新风的引入会导致室内空气的温度和湿度的变化. 实际使用情况下, 通常采用减少新风或

13、者间断运行新风系统的不当方式来减少能耗.b) 人体, 设备, 家具及装修材料都会排放或散发污染气体. 减少新风会直接影响人体的健康. 国家已经对室内新风有了明确规定, 欧美的标准更是在中国标准之上.c) 目前新风系统中大多都没有包含PM2.5的处理设备.l 采用全热交换器进行焓热交换:l 采用带能量监控的新风控制系统:a) 对室内空气质量进行监测, 并对新风系统进行自动控制.采用自动控制的新风系统即可以避免室内产生空气污染, 也可以避免不必要的能源浪费.b) 采用新的能源计算方式对室内空调能耗进行计算和统计.l 项目设计现状a) 现设计1#-6#空调室外机组6组。均装于建筑的顶楼。另外二组为新

14、风室外机；b) 空调机组均无能源输入,输出参数检测仪表；c) 没有室内机组运行检测,不能了解室内机运行情况；d) 空调室外机组用电均设计配备电能表进行计量。l 设备配置方案a) 各空调机组以通讯接口形式提供该空调机组的运行各类参数（运行状态、温度、压力等）；b) 在各室外机组的进出口管道上加装温度和压力传感器；c) 冷却塔槽上安装液位变送器；d) 各室内机组安装启停信号传感器；e) 各房间安装CO2传感器。可扩充部分有：1) 电梯设备运行管理系统l 检测设备内容详细监测点请参照本方案附件中的电梯设备运行管理系统监测点分布图。l 预期实现功能通过电梯各楼层摄像和轿厢内摄像信息及电梯运行信息有机组

15、合：a) 实时监视电梯运行的过程，及时报警并告知故障信息；b) 有效监控重要场所的人物进出情况，并保存摄像记录，保证安全；c) 若有安全需求，电梯也可以设置门禁；d) 可任意时间历史查询电梯运行参数，人物进出的追忆查询。l 项目设计现状 各楼层电梯停靠口和轿厢内均设计有摄像探头l 设备配置方案a) 电梯控制器需提供记载有该设备运行各种开关、时间等电梯运行技术参数的通讯接口；b) 与已有的梯房楼层和轿厢的摄像信息，实现共享； 通过电梯各楼层摄像和轿厢内摄像信息及电梯运行信息有机组合：建立电梯运行动态画面,完成设备和安全管理2) 地下车库管理系统车库入口l 检测设备内容详细监测点请参照本方案附件中

16、的地下车库管理系统监测点分布图。l 预期实现功能a) 根据安全考虑，对车库使用者权限进行管理，只有获得相应权限的车辆才能进出车库；b) 实时监测地下车库的使用情况，同时，将车库中的车辆的数据传入数据库进行记录； c) 根据监测情况实时显示剩余车位，并将其显示在车库入口的显示屏上，提醒司机车库的车位使用情况。d) 紧急联动，当大楼发生火灾等事件时，车库管理系统接收消防信号将道闸打开，让员工迅速撤离；l 设备配置方案根据我院车库规模，采用一进一出地下车库停车场管理系统。主要包括：入口控制部分：道闸、车辆检测器、入口控制机；出口控制部分：道闸、车辆检测器、出口控制机；管理中心部分：电脑、停车场管理软

17、件、IC卡发行器等在车库入口处安装指示屏，显示车库剩余车位。3) 门禁安保系统·· 单门门禁系统示意图l 检测设备内容详细监测点请参照本方案附件中的门禁系统监测点分布图。l 预期实现功能a) 实时监测各房门的开关状态并记录下进出者信息；b) 任意门可对员工进行考勤记录；c) 停车卡和门禁卡实现一卡通； d) 实时监测各房门状态在强开、超时未关、刻意破坏等情况时及时报警；e) 紧急联动，当大楼发生火灾等事件时，门禁系统接收消防信号将房门全部打开，让员工迅速撤离；f) 均可实时、追忆查询以日、月、年等形式打印查询报表；l 项目设计现状 暂时对于大楼的门禁系统的配置的具体情况还不

18、是很清楚。l 设备配置方案 根据安全考虑可以对不同的实验室及办公室安装不同等级的门禁系统，安装联网门禁系统。2. 采集控制服务器和数据服务器服务器由两部分组成，采集控制服务器和数据服务器，两者相互独立。采集控件服务器主要是对各个智能模块发送来的数据进行接收、检测和处理后再将数据存储至数据服务器。数据服务器主要工作是数据的存储和备份，并提供上位机或其他终端查询服务。1) 数据采集处理：对所有采集数据进行处理，并将其存入数据服务器；2) 数据传输：将转换好的数据传送到数据采集服务器；3) 数据服务器:保存所有参数，实时数据以及历史数据。3. 人机操作界面1) 实时数据显示：显示各个采集点的实时数据

19、；2) 状态报警：对各报警点实时监控，当出现异常时进行报警；3) 数据汇总：对数据库中的数据汇总分析，可优化系统运行；4) 报表系统：各种报表输出；5) 参数设置：操作人员对系统运行等参数进行设置。三、 现场模块箱简介：以下是现场模块箱组成示意图图3 现场模块箱组成示意图现场模块箱主要功能有：为各个测试点提供电源，并进行数据采集、转换及预处理。如上图所示，现场模块箱由空气开关、保险丝、24V电源、串口服务器、智能模块、交换机和接线端子组成。24V电源主要是给智能模块、串口服务器和交换机提供工作电压。智能模块接收现场的脉冲信号、模拟信号和开关量信号经其计算处理后通过RS-485通讯总线将数据传送

20、至串口服务器。串口服务器2个RS485端口转换成网口，将数据通过网线转到交换机，最后发送给服务器。四、 智能模块简介：采集系统中用到的智能模块有MZNMK-1001，MZNMK-1020，MZNMK-1040。1. MZNM-1001简介：智能模块MZNMK-1001其主要功能是对脉冲型流量进行结算。l 具有RS-485通讯功能，可将智能模块放在现场，通过RS-485通讯总线接口将数据传送到控制中心。l 具有独立的设定、显示、累计工作功能。l 同时计量8个通道的流量结算。l 具有设定超时自动恢复显示功能l 具有循环显示和按显示键单显功能l 脉冲方式输入l 全隔离l 电源24V2. MZNM-1

21、020简介：智能模块MZNMK-1020是针对工业用8个通道开关量输入1个开关量输出或第2通道频率输入而研制开发的。l 具有RS-485通讯功能，可将智能模块放在现场，通过RS-485通讯总线接口将数据传送到控制中心。l 智能模块MZNMK-1020具有独立的操作、设定、显示、控制功能。l 8个通道开关量输入或第2通道频率输入;1个开关量输出。l 全隔离l 具有记忆功能l 电源24V3. MZNM-1040简介：智能模块MZNMK-1040具有8个通道16位分辨率模拟量输入、1个8位分辨率模拟量输出(用于自校)、带有显示窗口、设定键盘的功能模块。它可以根据用户的需要，设置相应的参数，就可独立运

22、行和结算。l 具有RS-485接口，采用国际标准的Modbus通讯协议，可与上位机通讯l 8个通道16位分辨率模拟量输入、1个8位分辨率模拟量输出l 全隔离l 电源+24V在采集系统中我们将使用MZNM-1001模块采集水表和气流表的数据，来获得水表和气流表的累积值和瞬时流量。使用MZNM-1020模块来采集各开关量的开闭状态。MZNM-1040模块来采集各种模拟量信号如压力、温度、液位、湿度等。五、 现场数据采集点统计及设备安装表1数据采集点及设备统计表表1是系统中的所有数据采集点及设备的统计表。为了布线方面和系统稳定，我们以楼层来划分区域。即每一层的数据都接至该层的现场模块箱，该层的所有模

23、块箱通过网线接至该层的交换机，再由一根网线直接与机房的总的交换机相连。（注：为了各个楼层的彼此不受影响，我们将在每个楼层都安装一台交换机，管理该层的所有数据。各楼层的交接机应该以并联的方式接至总的交换机。）六、 系统管理软件系统软件组成：后台服务器采用Linux操作平台，数据库为MongoDB，上位机采用WindowsXP/Win7操作平台，系统的各子系统应用软件采用Python开发。1. Python简介：python是一种面向对象、直译式计算机程序设计语言， Python语法简捷而清晰，具有丰富和强大的类库。它常被昵称为胶水语言，它能够很轻松的把用其他语言制作的各种模块（尤其是C/C+）轻

24、松地联结在一起。常见的一种应用情形是，使用python快速生成程序的原型（有时甚至是程序的最终界面），然后对其中有特别要求的部分，用更合适的语言改写。Python在设计上坚持了清晰划一的风格，这使得Python成为一门易读、易维护。python是免费的，guido van rossum于1990年开始开发python， python最初设计为一种取代 amoeba分布式操作系统abc的脚本语言，但不久这种新型编程语言很快就发展成可以解决相当多问题的利器，现在更引入到了多种平台。python品质超群，由于它的开源本质，Python已经被移植在许多平台上（经过改动使它能够工作在不同平台上）。如果你

25、小心地避免使用依赖于系统的特性，那么你的所有Python程序无需修改就可以在下述任何平台上面运行。这些平台包括 Linux、Windows、FreeBSD、Macintosh、Solaris、OS/2、Amiga、AROS、AS/400、BeOS、OS /390、z/OS、Palm OS、QNX、VMS、Psion、Acom RISC OS、VxWorks、PlayStation、Sharp Zaurus、Windows CE甚至还有PocketPC、Symbian以及Google基于linux开发的android平台！python区别于其他面向对象语言的关键有两点。首先，python强调空格和编码结构，从而令开发者的代码具有良好的重用性。其次，执行脚本之前无须编译pyth