酒店电能管理系统的设计与实现

潘　藩/郭其一/黄世泽/徐秋勇/仇丁辉/薛宝星

1. 同济大学电子与信息工程学院， 上海 200331 2. 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室， 上海 200331 3. 浙江中凯科技股份有限公司， 浙江 温州 325604 4. 国网河南省电力公司检修公司， 河南 郑州 450036



酒店电能管理系统的设计与实现

0引言

近几年来，受全球经济衰退以及大量新增酒店入市的影响，酒店经营受到了巨大的冲击和挑战。与此同时，外资酒店不断进军中国市场，导致酒店行业的市场竞争愈加激烈。因此，在设法提高营销水平的同时，如何减能增效，从各方面降低成本、增加效益也成为酒店管理层必须重视的问题[1]。

此外，国家节能减排已进入非常时期，要求酒店企业必须加速节能工作，提高能源管理水平，为此，国家相关部门出台了多项适用于酒店的相关管理规定，如《饭店单位综合能耗、电耗限额及计算方法》、《2014-2015节能减排科技专项行动方案》等[1]。

针对国家节能减排的政策要求以及酒店减能增效的实际需求，加强酒店能源监测管理、提高电能利用效率、节约资本等变得尤为重要。

然而，目前酒店电能管理系统自动化程度不高，电能数据多为人工抄录，不仅费时、费力、效率低，而且容易出现错误，无法及时获取实时数据进行分析，酒店用电情况也不能实时反馈给管理人员，因此需要建立一套电能管理系统，既能实时采集电能数据，提高电能数据抄录效率，又能为酒店管理人员提供实时用电数据以便及时调整用电策略[1-2]。

本文提出了一种以可通讯电表为核心器件的电能管理系统。该系统基于现场总线和工业以太网，实现了酒店电能数据的实时采集，能够对采集的电能数据进行分时、分区、分类比较，还能通过分析历史数据进行电能预测，既提升了酒店节能减排的效率，又提高了酒店管理水平。

1电能管理系统的设计

1.1系统拓扑结构

该系统由1台监控主机、1台数据库服务器、通信网关、交换机、协议转换模块及一些现场电表组成。采用Modbus-RTU、ModbusTCP、PROFIBUS多总线方式组网。

1.2系统工作原理

现场电表的各变量数据通过Modbus-RTU、ModbusTCP、PROFIBUS总线上传至上位机。由于所用电表为DTSD1352，只支持Modbus协议，故要加装协议转换模块，将Modbus协议转换为ModbusTCP协议以及PROFIBUS协议。系统正常运行时，通过上位机可以直接查看各电表的参数及运行状态，从而直观地了解酒店用电情况。本系统数据库通过交换机、监控机及Web发布系统进行数据交换，数据库提供数据存储调用服务，其他机器与Web客户可以随时访问数据库。酒店内任意一台电脑通过身份认证后都可以访问该系统，通过系统界面，可以直接查询用电历史情况并进行能耗预测，根据预测值对酒店内的用电情况做出及时调整规划，从而实现酒店用电的科学管理[2]。1.3系统硬件组态

1.3.1系统架构

系统采用三层网络结构，分为现场设备层、网络通信层和系统管理层[3]。图1为该系统的整体架构图。

图1　系统结构图

现场设备层采用可通讯的电表，能够采集包括当前总有功电能、当前总有功峰电能、当前总有功平电能、当前总有功谷电能以及功率因数、有功功率等在内的用电参数，并通过通信模块将这些信息传送给主机，从而实时了解酒店的用电情况。

网络通信层介于现场设备层和系统管理层之间，是现场设备层与系统管理层实现通讯的桥梁。该层主要由一些通讯设备组成，可实现其上下两层之间的数据传输及数据交换。一般来说，网络通讯层的设备包括网关、交换机及通讯电缆等，在实际应用中，可以根据每个项目的实际情况，选择相应的通讯设备[3-4]。

系统管理层通常设于控制室内，由高性能监控主机、模拟屏、打印机及UPS不间断电源等组成。通常，监控主机采用装有组态软件的高性能工控机，将现场设备采集到的数据经过网络通信层实时显示在人机界面上，实现电能管理系统的监控和管理功能[5-6]。

1.3.2可通信电表介绍

本系统采用DTSD1352型三相电子式多功能电表作为现场设备层的可通信电表。该电表除了用于计量三相有功电能外，还可选配RS485通讯功能，方便用户进行电能抄录和管理，具有精度高、体积小、安装方便等优点，还可实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量、统计和分析以及无功电能计量及电压、电流、功率等电量的测量。1.4系统软件组态

系统人机界面采用某公司开发的三维力控组态软件，其基本的程序及组件包括：工程管理器、人机界面、数据库组态、I/O设备组态、后台组件和复合组件等，各部分协调配合可以实现本系统功能[7]。

1.4.1人机界面设计

三维力控提供了丰富的界面制作素材，用户能够根据自己的想法及需要自行设计界面。既可以把系统分成多个界面，每个界面展示一个主要内容，同时还可以把界面设计成动态的，实时反映现场设备的状况。

1.4.2设备组态

三维力控软件在进行软件组态时需要对所用设备进行配置，包括设备名称、设备描述、更新周期、超时时间、设备地址等，如图2所示。

图2　设备组态示意图

1.4.3数据库组态

三维力控软件在进行软件组态的同时也需要对数据库进行组态，先建立想要测量的数据点，再将这些数据点与设备相连，数据点必须与设备一一对应，并且与相应设备中的寄存器地址相对应，如图3所示。

图3　数据库组态示意图

2电能管理系统功能

1)友好的人机界面

该系统具有友好的人机界面，能够实现多界面切换及界面导航功能。在界面上可直接查询每一层的用电情况，包括当前总有功电能、当前总有功峰电能、当前总有功平电能、当前总有功谷电能以及功率因数、有功功率等参数，并能从界面显示的饼状图中直观查看当日每一层的用电对比分析情况及上一工作日用电量的对比分析情况。电能管理系统人机界面示意图如图4所示。

图4　电能管理系统人机界面

2)数据采集处理

本系统通过对现场电表各参数进行实时采集，将采集得到的数据直观地显示在人机界面上，并储存于数据库中。系统通过导出数据就可以完成全部电表的抄表任务，在提高了抄表效率的同时也提升了酒店的自动化管理水平。

3)专家报表查询

本系统提供报表查询功能，不仅可以根据自己的需要自行设计报表格式及内容，还可以对报表进行导入、导出及打印操作，如图5所示。

图5　专家报表

4)事件记录

系统的日志程序中能够记录该系统的各种操作及状态变化，需要时用户可以通过查询事件记录来维护系统。

5)Web发布

通过Web发布功能，用户只需在浏览器中输入主机IP地址并通过身份认证即可远程访问本系统的所有界面、查询实时数据及向现场设备发送指令。

6)能耗预测

三维力控软件可以通过设置功能将采集到的实时数据自动保存为历史数据，并能将数据导出保存为Excel表格形式。此外，还可以将导出的历史数据导入MATLAB中，利用神经网络对未来几天所需用电量进行预测，为酒店管理人员对用电策略的及时调整提供参考，不仅能充分利用电能，还能节约资本。

3测试与结论

本文基于可通讯电表的电能管理系统，采用三维力控组态软件，通过Modbus-RTU、ModbusTCP、PROFIBUS 等多总线架构，实现了电表数据的采集及远程监控功能。该系统在示范工程中经过长时间的通电运行后，系统运行性能稳定，网络状况良好，特别是在远程抄表，数据存档分析，电能分时、分区、分类分析，电能预测等方面大大提高了效率，真正实现了酒店用电的科学管理。

参考文献

[1]阳淑瑗. 酒店在线能耗监测管理系统建设分析[J].中小企业管理与科技,2014(12):66-67.

[2]张平泽,高权,马赛. 基于SCADA的能源管理系统的开发[J]. 现代建筑电气,2010(8):62-66.

[3]徐秋勇, 郭其一, 黄世泽,等. 基于控制与保护开关的智能配电系统研究[J]. 智能建筑电气技术, 2015(5):23-26.

[4]吴潇俊,黄世泽,郭其一,等. 基于可通信控制与保护开关的智能配电系统设计[J]. 低压电器,2013(11):46-49.

[5]朱懿，蒋念平. MODBUS协议在工业控制系统中的应用[J].微计算机信息,2006(22): 118-120.

[6]陈德仙,郑登峰,俞国勇,等. 基于MODBUS协议的智能配电系统设计[J].江苏电器,2007(4):25-28.

[7]王春. 基于组态软件的PLC实验教学系统[D].四川:西华大学,2009.

Design and Actualizaion of Energy Management System for Hotel

Pan Fan / Guo Qiyi / Huang Shize / Xu Qiuyong / Qiu Dinghui / Xue Baoxing

潘藩1/郭其一1/黄世泽2/徐秋勇1/仇丁辉3/薛宝星4

1. 同济大学电子与信息工程学院， 上海 200331 2. 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室， 上海 200331 3. 浙江中凯科技股份有限公司， 浙江 温州 325604 4. 国网河南省电力公司检修公司， 河南 郑州 450036

摘要针对国家节能减排的政策要求以及酒店减能增效的实际需求，提出了以可通讯电表及现场总线为核心的电能管理系统。该系统具有友好的人机界面，能够实现数据采集处理，电能数据的分时、分区、分类比较分析，Web发布，报表查询及电能预测等功能，提高了酒店的电能管理水平。

关键词电能管理系统数据采集Modbus通信技术

AbstractTo meet the requirements for the national energy policy and actual demand of the hotel to minimize energy consumption and maximize profits, an energy management system based on the field bus and ammeters with communication function is introduced here. The system has a friendly human machine interface, supports the function of data acquisition and processing, web release, report query, comparison of energy data and energy forecast.

Keywordsenergy management system, data collecting, Modbus, communica-tion technology