物联网(Zigbee)合同能源管理Word格式文档下载.doc
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与目前普遍应用的wi-Fi、Bluetooth等短距离无线通讯技术相比较,Zigbee的特点主要有:
图2Zigbee网络拓扑分类
(1)工作周期短、收发信息功耗较低,并且RFD(ReducedFunctionDevice,简化功能器件)采用了休眠模式,不工作时都可以进入睡眠模式。
(2)低成本。
通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码。
(3)低速率、短延时。
Zigbee的最大通信速率达到250kb/s(工作在2.4GHz时),满足低速率传输数据的应用需求。
Zigbee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。
相比较,蓝牙需3~10S、Wi-Fi需3S。
(4)近距离,高容量。
传输范围一般介于10~100m,在增加RF发射功率后,亦可增加到1~3km。
这指的是相邻节点间的距离,若通过路由和节点间通信的接力,扩展后达到几百米甚至几公里。
Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构。
由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点。
(5)高可靠性和高安全性。
Zigbee的媒体接入控制层(MediumAccessControl,MAC)采用CSMA/CA的碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突。
Zigbee还提供了3级安全模式,包括无安全设定、使用接人控制清单防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AdvancedEncryptionStandard,AES)的对称密码,以灵活确定其安全属性。
(6)免执照频段。
采用直接序列扩频在工业科学医疗(IndustrialScientificMedical,ISM)频段,分别为2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。
3Zigbee性能参数
Zigbee采集器/终端主要参数见表3。
表3
型号参数
ANEZB-485
Zigbee采集器
ANEZB-GTW
Zigbee网络终端
无线
频率范围
2.41GHz~2.48GHz
RF信道
16
接收灵敏度
-94dbm
发射功率
-27dbm~25dbm
天线
外置SMA天线
网络拓扑
网状
寻址方式
IEEE802.15.4/Zigbee标准地址
网络容量
最大255个节点
通信接口
工业以太网
波特率
9600bps(默认)、4800bps、2400bps、1200bps可选;
通信协议
MODBUS-RTU协议
LED指示
网络状态指示
绿灯
POWER指示
红灯
数据指示
电源
辅助电源
220VAC
功耗
4W
电磁兼容
浪涌电压4000V
快速瞬变群脉冲4000V
静电8000V
机械尺寸
89×
76×
74mm
工作温度
-20℃~65℃
储藏温度
-40℃~85℃
4Zigbee接线方式
4.1Zigbee采集器见图4.1
图4.1ANEZB-485采集器接线
4.2Zigbee网络终端见图4.2
图4.2ANEZG-GTW网络终端接线图
5外形与安装尺寸(mm)
5.1Zigbee采集器见图5.1。
图5.1ANEZB-485采集器外形及尺寸
5.2Zigbee网络终端见图5.2。
图5.2ANEZB-GTW网络终端外形及尺寸
5.3安装方式
采用35mm标准导轨安装,见图5.3。
图5.3Zigbee模块安装方式
6合同能源管理的意义
合同能源管理是发达国家普遍推行的、运用市场手段促进节能的服务机制。
节能服务公司与用户签订能源管理合同,为用户提供节能诊断、融资、改造等服务,并以节能效益分享方式回收投资和获得合理利润,可以大大降低用能单位节能改造的资金和技术风险,充分调动用能单位节能改造的积极性,是行之有效的节能措施。
根据《中华人民共和国节约能源法》和《国务院关于加强节能工作的决定》(国发〔2006〕28号)、《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》(国发〔2007〕15号)等文件精神,加快推行合同能源管理,促进节能服务产业发展是必然趋势。
安科瑞合同能源管理系统结合自身产品研发优势,根据现场实际情况采用现场总线或无线通讯中的一种或多种结合的最优化的组网方式,实现远程变配电监控、电能集抄与质量管理,同时也为用户节约了大量的一次投入成本。
公司研发的系统组态平台集成了国内外多种工业现场通讯规约,如IEC60870-5-101/102/103/104、CANBus、PorfiBus、DNP、CDT、ModBus等,以及最新的IEC61850通讯体系,可支持大量的第三方智能化设备或进口设备的接入,先进的系统架构支持信息共享和Web发布,解决了配电监控信息孤岛的难题。
专家报表的自动生成大大减轻了值班人员的工作量,提高节能管理的工作效率。
7能源管理系统计量体系宜选电力仪表
建立合同能源管理系统,应先建立计量体系。
数据先于决策,节能始于计量。
为了不重复投资,造成浪费,能源管理系统应与配电系统一体化,直接在配电系统中采集能耗数据。
电能计量宜采用电力仪表作为内部管理电表,不宜用收费电表。
在电能管理中,供电部门一般会在总进线处安装收费电表。
考虑内部电能计量与节能管理的需要,在用户安装收费电表的基础上安装电力仪表,用于内部电能管理。
因此用户可自主选择采购,但应注意制造商是否有电力仪表(电能部分)的计量许可证。
电力仪表可以完成对各回路、各功能区的分项电能数据的采集,通过后台电能管理系统完成电能分项计量。
表7收费电表与电力仪表之比较
内容
收费电表
电力仪表
外形图
安装方式
挂壁式安装,应单独设置电表箱,不易安装在低压柜、动力箱、照明箱内
导轨式安装,易安装在动力箱、照明箱内
嵌入式安装,易安装在低压柜、动力箱的门板上
通讯规约
DL/T645规约与配电系统不兼容
Modbus协议或DL/T645规约,Modbus协议可与配电系统兼容
8合同能源管理表计的选型方案
8.1高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表
图8.1ACR330ELH电力仪表
该表为电能质量分析仪表,主要功能有:
LCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F、S);
四象限电能计量、复费率电能统计;
THDu,THDi、2-31次各次谐波分量;
电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算;
电网电压电流正、负、零序分量(含负序电流)测量;
4DI+3DO(DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警);
RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。
外形尺寸:
120×
120mm,开孔尺寸:
108×
108mm。
适用于高压重要回路或低压进线柜,见图8.1。
8.2低压联络或出线回路选ACR220ELH电力仪表
图8.2ACR220ELH电力仪表
该表主要功能有:
LCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F);
四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计;
4DI+2DO;
RS485通讯接口、Modbus协议。
96×
96mm,开孔尺寸:
88×
88mm。
适用于低压联络柜、出线柜,见图8.2。
8.3动力柜、照明箱选ACR120EL电力仪表或导轨式电表
图8.3ACR120EL电力仪表
ACR120EL电力仪表主要功能有:
2DI+2DO;
开孔尺寸80×
80mm,开孔尺寸72×
72mm。
适用于动力柜,见图8.3。
图8.4DTSD1352导轨式电表
DTSD1352导轨式电表主要功能:
电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约可选。
126×
74mm,7模数。
适用于动力柜,见图8.4。
图8.5DTSF1352导轨式电表
DTSF1352导轨式电表主要功能:
电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约可选。
适用于照明箱的三相电能计量,见图8.5。
图8.6DDSF1352导轨式电表
照明箱DDSF1352电表主要功能:
74mm,4模数。
适用于照明箱的电流、电压测量;
单相电能计量,见图8.6。
9Zigbee无线抄表解决方案
不管是有线还是无线,抄表系统总会受到环境、距离和场合等因素的影响而各有其不同的解决方案。
基于Zigbee抄表系统也不会脱离这个约束,它也会由环境、距离和场合等因素的影响而异,有不同的解决方案。
由于Zigbee的定位是短距离的通信,应用于写字楼、办公楼、宿舍楼、工厂等无线抄表网络时,它所考虑的因素相对要少。
图9为Zigbee无线集抄系统单个子网组成示意图,整个系统前面阐述的系统体系结构的组成一样,主要由上行网络工业以太网和下行网络Zigbee无线局域网络组成。
整个子网主要由电表、Zigbee采集器以及Zigbee网络终端组成。
电表可以采用ACREL的1352系列卡式电能表和ACR网络电力仪表等,它们与Zigbee采集器之间采用RS485通讯,采用MODBUS通信协议;
Zigbee采集器下面最多可以连接32个表;
由于MODBUS地址有限,整个Zigbee子网中最多能连接255个表;
为了保障通信连接的可靠性,有的时候要视环境和距离的情况,需要多加几个路由功能的网络节点(Zigbee采集器配置成路由功能),以保证有些孤远节点的通信正常;
另外考虑到无线网络的拥塞度和实时性传输,建议整个子网中的无线节点(即Zigbee采集器)的个数不应大于60个,这样能保证网络中的通信质量。
每个Zigbee子网都有各自的ID识别和频段的划分,这样可以帮助扩充更多的表计数。
图9Zigbee无线集抄系统单个子网组成示意图
10基于Zigbee合同能源管理系统的应用实例
图10.1为Zigbee能源管理系统,远程通信网络采用工业以太网络,网络中电表的通信协议采用MODBUS-RTU协议。
整个系统中监控主机通过以太网按照TCP/IP协议把MODBUS-RTU命令数据传递给Zigbee网络中心节点,网络中心节点再通过单点对多点的通信模式,以广播的方式把命令数据帧传递给Zigbee无线网络中的各个Zigbee采集器,通过Zigbee采集器传递给485总线上的各个表计,如果表计的地址与命令帧中所涉及的地址吻合,则做出相应的数据回复,通过原路返回给监控主机。
整个系统可以监测整个厂区或整幢楼宇等的各个分项的电能计量,譬如一个厂区路灯耗电量、各个办公室的耗电量、各条生产线的耗电量等等,还可以以报表的形式分析该工厂在一段时时间内的各个分项能耗占总能耗的百分比,以便工厂了解这段时间里的各个分项的能耗,以制定出往后能耗管理方案,已达到节能减耗的效果。
目前整个系统在江苏安科瑞实施运行,按照分项计量的原则,把厂区内的各路进线和出线进行分项计量,图10.2就是该厂区的配电图,整个系统对所有的进线回路进行监控,并全部使用Zigbee采集模块进行数据采集监控,其中包含电流、电压、电能等参数,及一些简单的开关量的控制。
系统还对一些支路进行监视,譬如生产线、办公楼、空调等等进行全方位的监视,这样方便工厂了解各项数据,以便制定更详细的节能方案。
图10.1Zigbee能源管理系统
图10.2厂区配电图
该项目整个Zigbee能源管理系统采用的无线模块为21个,包括各类表记82个块。
图10.3为Zigbee能源管理系统中的通信图,它列出了整个系统包含的所有表计。
其中配电室的14个表通过485总线连接到一个Zigbee采集模块进行无线通信,各个空调插座由于比较分散,各采用一个Zigbee采集模块,等等。
具体视表计的离散情况,集中在一起的用485总线连接一个模块,分散的分别连接一个模块。
以这样的方式比较灵活,减少布线带来的困难。
图10.3Zigbee能源管理系统通信图
整个系统运行良好,已经在现场运行了一段时间。
图10.4为一段时间内主进线电流趋势图,它实时反映了工厂这段时间内的电流情况,从而反映整个厂区的负荷情况。
图10.4一段时间内主进线电流趋势图
图10.5为一段时间内的进线回路各项参数的具体数值,它详细地记录了进线回路三相电压、电流、有功电能、无功能电能、功率因素、频率参数。
整个厂区各回路电能汇总如图10.6所示,它记录了一段时间内各个回路的耗电情况,包括各回路进行柜的总电能及分支电能。
图10.5一段时间内的进线回路各项参数
图10.6各回路电能汇总
11系统报价
单位:
元(RMB)
名称
型号
单位
面价
备注
监控主机
IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/166xDVD/KB+MS/D-Link530+外设
台
8500
均可用户自备,以当时市场价格为准,该报价仅供参考
显示器
三星19寸液晶显示器
3000
三星22寸液晶显示器
3800
打印机
HPLaserJet1020A4
2500
EPSON-LQ1600KIIIHA3
4000
UPS电源
山特C1KS
5000
山特C2KS
6500
通讯机柜
1200×
600×
600
面
2200×
通讯转换
扩展卡ACRNET-PCI/4
块
扩展卡
串口服务器ACRNET-PORT(2口)
只
串口服务器
串口服务器ACRNET-PORT(4口)
5500
通讯前置机ACRNET-UC02(2口)
通讯前置机
通讯前置机ACRNET-UC04(4口)
6000
通讯前置机ACRNET-UC08(8口)
11500
通讯管理机ACRHMI
30000
人机界面
组网设备
网络交换机EDS-208
局域组网
网络交换机EDS-408
监控软件
Acrel监控组态软件V6.0
系统组态软件
图形组态软件
电能管理软件
数据库软件
套
3万
设备数量1~10
4万
设备数量11~20
6万
设备数量21~40
8万
设备数量41~80
10万元以上
设备数量80以上
双机版
单机价格×
1.5
数据转发
每+1用户
Web发布
每+1用户(总用户数≤5)
Zigbee
无线模块
1200
1500
ACR330ELH
4860
ACR220ELH
4280
ACR120ELH
3580
导轨式安装电表
DTSD1352
2050
DTSF1352
DDSF1352
注:
Zigbee无线模块、电力仪表、导轨式安装电表可按上述报价的70%优惠供应。
12结束语
能源日益紧张,节能降耗是社会发展的必然选择,而合同能源管理系统为用户提供了一个良好机制。
通过Zigbee无线模块与电力仪表建立能源管理的计量体系,可以减少重复投资,省掉布线,使用户电力智能监控与能源管理一体化。
系统在世博VIP酒店、苏州创业园、广州亚运会网球中心等项目中运行,取得了较好的社会效益和经济效益。
上海安科瑞电气股份有限公司
上海市嘉定区马东工业园育绿路253号
网址:
邮编:
201801
南京地区销售经理:
王红伟
15950495232(南京)
18502115232(上海)
021-69158316
传真:
021-69158157
电子邮箱:
350647269@
11
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- 联网 Zigbee 合同 能源 管理