第1章 能源计量系统

1. 系统概述

      XXX创智谷大厦工程为广东省深圳市项目位于龙华新区，龙胜路以东、建设西路以南，交通便利,项目总用地面积17727平方米。本项目由三栋小于100米的塔楼组成，包括产业研发用房，产业配套用房(宿舍），设4层裙房，其中一、二层为产业配套用房(小型商业服务设施）及公共配套设施，三、四层为产业生产用房。

      TKD-CAS空调计费系统，为现代化的建筑智能化提供了解决方案，适用范围广，针对写字楼以及商业楼宇设计，充分考虑国人的使用习惯，具有使用方便、功能强大和可靠性高等特点。

      TKD-CAS空调计费系统为集中式抄表方式，利用单独铺设的线路实现远程抄表，实现了自动抄表功能。系统可以自动读取时间档位传感器、水电表等读数并计算出各住户应该交纳的费用，系统软件同时提供报表功能。

      TKD-CAS空调计费系统是一个灵活的3级/4级网络（小规模使用没有区域管理器是三级）即：上位机微机管理系统（中央站）、能耗分项管理器、TKD系列采集管理器及时间档位传感器或水/电/气表。通过IntraNet/InterNet等网络和远地计算机组成更大的城域或行业级网络。

2. 需求分析

本系统以国际标准、国家标准和国家有关规范标准作为设计依据，包括：

  《智能建筑弱电工程设计与施工》（09X700）

  《户用计量仪表数据传输技术条件》（CJ/T188-2004）

  《智能建筑设计标准》（GB/T50314-2006）

  《民用建筑电气设计规范》

  《中华人民共和国国家标准—公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）

  《民用建筑节能管理规定》

  《时间法集中空调分户计量装置》（GB/T 29580-2013）

  项目的空调设计图纸

  《民用建筑节能条例》

  《中华人民共和国节约能耗法》

  《企业能耗审计技术通则》

  节能监测技术通则》

  《工业企业能耗管理导则》

  《深圳经济特区建筑节能条例》

  ISA-95 MES标准

  IEC61970的CIM参考模型，等等。

       针对目前国内外能耗数据采集系统的水平，我公司提出如下的设计原则：

◆ 系统应具有集中统一的管理能力，为系统管理大大提供方便

       根据实际的管理体制，公共安全管理是集中统一的，因此，我们的系统具有多级集中统一的管理中心，并实施科学合理的管理，使监控技术发挥最高的效用。

◆ 系统应具有开放性、可扩性、兼容性和灵活性

       以安全为核心，系统具有开放性，能有机地与其它系统连接，融合成一个整体。系统范围大小差异很大，要求系统能适合多种规模，要有较强的可扩性；能随时适应对系统的扩容要 求。系统具有很强的兼容性和灵活性，能适应产品的升级换代，是系统设计的一个重要思想。

◆ 系统的设计和产品的选择应标准化、规范化

       系统的设计和产品的选择标准化，规范化是必须的。

◆系统必须具有安全性、可靠性、容错性

       系统设备的安全性可靠性是个非常重要的指标。为避免操作人员误操作等，致使系统工作不正常，要求系统具有较强的容错性和自检功能。

◆ 合理的性能价格比

在系统设计时，从实际出发，在有限的价格下，追求最高的性能。

莱蒙创智谷大厦是由3栋大楼组成，每栋楼都设有不同数量的VRV空调室外机和VRV风机盘管末端。其中，A楼共设计有风机盘管末端572个；C楼共设计有风机盘管末端836个；裙房共设计有风机盘管末端557个，现要求对该项目的空调用量进行分户计量收费。

楼层分布点位如下：

 

 

 

 

3. 总体设计

本系统要求采用分布式部署，充分发挥各构件的运算能力，将系统效能、处理速度发挥到极致，技术特点与效益要求表现在以下几个方面：

3.1 模块化设计

       TKD采集管理器/控制器是一种基于工业标准开发的强大的数据采集终端，它有主控CPU、电源管理、接口模块和网络通讯模块以及软件工具组成，充分体现通用性和傻瓜化设计的高度统一：

提供了业界主流的上行接口模块:RS485/RS422/RS232

32 系统集成

       TKD-CAS空调计费系统需要承担的重要工作之一就是在底层的工控系统和上层的计划系统间加工与传递信息，进行系统间的纵向整合。集成接口标准的制定使得TKD-CAS空调计费系统能与各自动化系统快速无缝集成，功能的合理划分使得系统应用更加方便，层次更加清晰，资源得到更有效的利用。在统一规划下，TKD-CAS空调计费系统不仅可以与各自动化系统实现数据集成，还可以实现应用集成、业务集成。

3.3  实时监测

       TKD采集管理器支持通过RS485方式与控制中心组建成一个强大的数据通讯网络，系统具有极强的实时性强，现场事件信息从检测上传到控制中心并上显示。

3.4 应用方式简单

整个系统的配置和管理可以通过本地和远程两种方式进行，简单易用，节省安装维护人员。

3.5 安全性高

为了满足数据安全性的需要，系统提供了MLP多级密码机制，操作员必须通过密码才能访问系统。所有操作均保持历史记录，建议用户定期（半年或一年）为历史记录做归档备份，这样可以确保历史记录永久保存。系统控制中心和采集管理器、控制器之间的通讯基于严格加密的数据传输方式，确保了数据的可靠性、完整性。另外，系统中采集管理器实现了多处理器相互监控机制，彼此可以监视对方的运行状态，必要时采取安全处理措施，保障系统稳定可靠运行。产品选型

4. 系统设计说明

4.1 方案确定

对于本项目，本着节约成本，系统适用性强的原则，我公司设计如下计费方案供业主选择。本方案在日后功能分区化分上比较灵活，方案如下：

在每台风机盘管上安装1个时间型计费器，以采集本台机器的运行时间；在每台室外机上安装一块三相电表，以计量室外主机的用电量；月底根据每个楼层内所有风机盘管的运行时间及室外主机的用电量对用户的空调能耗进行分摊。多用多交费，少用少交费。

    （1）时间采集

根据设计图纸，在每台风机盘管设备的末端安装1个时间计费器，并在相应楼层弱电井内设计安装1台或以上与该楼层内的时间型计费器数量匹配的采集器，以采集该层楼内风机盘管的运行时间当量，月底根据风机盘管运行的时间以及室外机的用电量得出每台空调的用量。

     （2）设备型号及数量

本方案针对不同区域的每层楼为不同的多家用户而设计，直接计量到每个末端室内机，日后在区域化分上灵活多变，只需在软件中设置用户的风机台数及归编到一个用户名下即可。

以上方案所需配置的设备型号及数量为：

 

 

  时间型计费器：TKD-A-1采样器是集中央空调计费、采集、传输功能集成一体的装置，主要应用于商业、工业及民用建筑。并对风机盘管的供冷或供热运行时间分档位进行累计和保存。

  采集管理器：采用TKD-VS系列记录TKD-A-1时间型计费器在不同档位的累计时间，该设备最多可接64个TKD-A-1。

三相电表：考虑到系统建设的稳定性和可靠性，对于该项目中的电表都建议采用直读表具，输出接口统一为RS485，且要求符合相关的行业标准。

能耗分项管理器：采用TKD2000能耗分项管理器采集和记录具有RS485智能输出接口的电表数据。

通信网络：TKD-CAS空调计费表系统采用RS485现场总线通信，将能耗分项管理器/采集器（TKD2000/TKD-VS系列）通过总线的方式有效的连接起来。

    （3） 时间型计费系统工作原理

        中央空调计费装置实时对风机盘管的运行状态和电动阀状态进行检测。如下图，当系统提供制冷或制热，且用户电动阀门打开，用户风机盘管有效运行，开始计费。月底根据风机盘管所用时间及楼层热量表所计量冷热量，软件系统进行自动计算并分配能耗。用户使用空调总耗能量为：

Q=P×T

其中：Q：风机盘管的总耗能量

P：风机盘管在用户使用档位的冷量（换热功率）

T：用户在该档位的有效运行时间

4.2 系统设计目标

当TKD-CAS空调计费系统实现部署后，该系统能完全实现预期的技术要求：

a)完善的远程无人抄表计费功能：实时抄读、故障报警、断电后数据保护、费用自动核算、资料管理、报表管理、统计分析、公共区域用量分摊、数据综合分析、用户查询、报表打印等。

b)简单方便的扩展性：在无需增加其他设备的情况下，只须增加分项管理器的数量即可实现系统的扩展。 同时，预留与莱蒙创智谷大厦空调计费系统水系统接入接口，实现全程自动控制功能，通过信息共享，做到用多则多交费，用少则少交费，提倡全民行为节能的意识。为企业走向绿色节能做好坚实的信息化基础。

c)良好的系统兼容性：TKD-CAS空调计费表系统可对集成商开放数据接口，通过数据库共享方式集成到系统管理平台，在建筑的集成管理平台上可远程数据采集及结算的所有操作。

d)稳定可靠的运行：本系统采用集散式结构，模块化设计，具有强大的抗干扰和抗雷击能力，每个信号输入接口均有光电隔离，能准确地对传输线路状况进行检测，能有效地消除各种干扰保证数据的准确。

4.3 系统设计功能

（1）数据采集

       系统可准确可靠地采集各电表、时间计费器的数据并存贮；抄表时间可任意设定，手工或自动抄表；可按用户类型分批或逐个用户进行抄表。

（2）预付费管理

       系统可实现预付费管理，对用户进行先收费，在使用电表、空调等能源，若出现用户欠费，或少于阀值对用户进行欠费关断处理。尽可能减少管理人员损失。

（3）资料管理

       包括仪表/采集设备管理、用户档案资料管理、费用数据管理以及系统运行日志管理等。

（4）实时监测

       具有按用户类型分批或逐个监测电表、时间计费器的情况。

（5）分时段计量

       系统自动将各种计量仪表、依据用户需求，分成不同的时间段进行设置，计量收费

按分钟采集 每过指定分钟采集一次数据

按小时采集 每小时指定分钟时采集一次数据，如00:20表示0:20 01:20 02:20 03:20 ... 23:20 采集一次，一天共计24次

按天采集 每天的指定时间采集一次，如00:20表示仅 00:20 采集一次

按周采集 指定的星期几的时间采集一次，如星期一 00:20 表示每周一的 00:20采集一次

按月采集 指定月份的时间采集一次，如1号 00:20 表示每月1号 00:20 采集一次，一年共计12次

分段采集 每天的高峰时段用量1、低谷时段用量2、平常时段用量3分别采集一次，一天共计三次，具体设置如图示

 

 

（6）统计分析

       各类数据的统计分析功能，可用户、日、月、季、年统计；根据用户类别/户表类别/月份统计等多种形式。

 

  （7）报表管理

       系统提供自定义报表功能，也提供Excel格式的电子表格输出功能。用户可在线、方便的建立和修改报表的格式和内容，对人工修改的内容均加以标识。报表可以方便地进行打印（包括拷屏、定时、召唤、定点打印等）。报表内容主要包含以下部分：

  各用户使用情况及趋势

  报警信息报表

  用户费用报表

  分时段用空调情况报表

  用户自行定义的其它报表

（8）公共区域费用分摊

       楼层公共区域费用分摊：楼层公共区域的空调所产生的费用，可根据每个单位的建筑面积，起租（入伙）、退租时间自动计算分摊费用。

设置用量均摊规则。

基表点：实际产生费用的表点。

基表点1费用 = （基表点1使用量 + 基表点2使用量 + 基表点3使用量） / 计费器使用量 * 基表点1使用量 * 单价

（9）报警管理

      提供全方位的报警功能。可在画面中变化显示提醒值班人员现场发生的异常，不同级别的报警可在所有操作员站上接收，报警没有确认时保持闪光。报警内容主要有：越限报警，设备故障报警，系统自诊断报警，电源故障报警，通信故障报警、网络故障报警等；

      ●系统自动跟踪采集来的状态数据和测量数据，其自身也实时自检，有异常情况时立即生成事项记录并实时存储和发布；

      ●发生报警事件时，自动推出报警画面和事项跟踪窗来显示事件内容，并伴有声音或语音报警（选配），通知值班人员及时处理；

      ●系统对事项按照严重程度的不同，显示不同的图符标记，并分类统计和显示；

      ●提供实时和历史事项的浏览功能，采用简单易用的树状图管理，事项分类清晰，并按时间排列显示；

      ●各工作站上可分别组态需要显示、报警和打印的事项类型，并可选择需要关注的监测点，进行信息过滤。

（10）阶梯费率设置

      系统软件可配合各种仪表实施阶梯水电价，空调价，进行计量和记录的功能。从而实现阶梯费用生成。

1）费率设置

①电费、水费、供冷费、供热费、燃气费

单费率：按单一固定价格计费。

阶梯费率：按使用量处在的阶梯计费。如图 3-5-6，使用量为0~500Kw，电费单价为1.0元，使用量为500~1000Kwh，电费单价为1.2元，使用量在1000Kwh以上，电费单价为1.5元。

分段收费：按各使用时间段计费。如图 3-5-7，高峰时段用电单价为1.5元，低谷时段用电单价为0.8元，平常时段用电单价为1.0元。

 

                                   

②空调制冷费、空调制热费

设置空调计费模式和单价信息。

基础费：基础使用费，计费方式 总费用 = 基础费 + 实际使用费用。

（11）数据查询

      可依据用户档安信息对计费数据进行实时查询，可分楼层、用户、表计等信息进行数据查询。

（12） 数据分析

按条件筛选数据记录，比较分析能量消耗情况。

天台账：查询指定日期楼层业主的能源用量或读数。

月台账：查询指定月份楼层业主的能源用量或读数。

年台账：查询指定年份楼层业主的能源用量或读数。

用电/用水/能量/空调/用气/蒸汽对比：按业主/楼层/楼宇对比任意年月份使用量。

用电/用水/能量/空调/用气/蒸汽同比：按业主/楼层/楼宇对比上一年月份使用量。

用电/用水/能量/空调/用气/蒸汽环比：按业主/楼层/楼宇对比上一月份使用量。

线损分析/损耗分析/渗漏分析：按年/月/日分析线路损耗，必须提前设置总表和分表，如图3-7-7进行主表/分表设置。

线损率 = （总表读数 - 分表总读数（分表1 + 分表2 + ...）） / 总表读数 * 100%

（13）系统扩展性

预留与OA系统以及物业管理系统接入接口，实现全程自动控制，并通过信息共享，做到用多则多交费，用少则少交费，提倡全民行为节能的意识。为企业走向绿色节能做好坚实的信息化基础。

4.4 系统设计要点

（1）数据通讯

所有的采集管理器和控制器通过一条RVVPS2×0.75mm²的屏蔽双绞线连接到物业管理中心，通过一台通信转换器TKD-485CV进入监控管理主机，监控管理主机运行监控管理软件VEMS，对采集到的数据进行数据处理，费用核算，报表打印等，从而实现远程数据采集及结算。

（2）抗干扰

系统的主要设备均采用工业标准器件生产，且内部都设计有相对隔离电路，大大提高了系统的稳定性，并且做好的电磁兼容性（EMC/EMI）测试，使系统的硬件性能得到充分发挥而不会影响其它设备的运行。

另外，在系统施工中，采用带多层屏蔽的线缆和执行严格的施工工艺也大大提高了系统抗干扰能力。

（3）系统供电（可选）

TKD-CAS空调计费表系统采用集中供电的方法，通过一条RVV2×2.5mm²的电源线连接每台采集/控制/管理器进入管理中心的UPS不间断电源。

5. 主要设备技术参数

6. 监控中心

监控中心的主要任务是提供给TKD-CAS空调计费表系统的各种应用，分享信息化带来的成果。

主要包括计算机硬件系统和软件信息系统两大系统，其中计算机硬件系统主要设备有监控工作站电脑、网络集线器等；软件信息系统主要包括：计算机操作系统软件、数据库软件、监测管理软件系统综合管理平台（VEMS V3.1）和其它配套信息系统软件。

（1）监控工作站

监控工作站是操作员与中央空调计费系统的人机接口，它在控制中心计算机监控系统中既作为服务器又作为工作站，操作员通过它可以详细了解有关用户用空调的设备运行状态，数据监测情况。

系统中配置1台监测工作站，选用 DELL 的PowerEdge SC440系列工作站，基本配置为：

 类别： 塔式

  处理器描述： 标配1个奔腾双核 E2180处理器

最大处理器数量： 1

  CPU类型： 奔腾双核

  最大内存容量： 4GB

  内存大小： 2GB

  内部硬盘架数： 2个3.5英寸非热插拔硬盘

  磁盘阵列卡： 可选SAS5i/R for SAS或SATA RAID

  硬盘大小： 160GB

  网络控制器： 内置千兆以太网控制器(Broadcom)

  扩展槽： 共5个I/O插槽

（2）监控管理软件

VEMS软件系统的软件架构设计采用网络分布式体系结构，以软总线和组件为基础共同组成系统底层的数据交互接口，组成了一套强大的中央空调管理应用平台。

VEMS软件系统的核心内容，包括数据采集、监控、分析、处理、存储等工作，实现资料管理、报表管理、报警管理、趋势记录、结算累计、线损分析、统计分析，费用报表生成等功能。

7. 现场仪表设备

（1）时间型计费器 TKD-A-1

TKD-A-1采样器是集中央空调计费、采集、传输功能集成一体的装置，主要应用于商业、工业及民用建筑。并对风机盘管的供冷或供热运行时间分档位进行累计和保存。并将信号传送到TKD-VS采集管理器。

  产品特点

  性价比高

  施工方便

  不需要供电

  适用于温控器或三速开关的风机盘管系统

  设计要点

TKD-A-1与TKD-VS之间的联接线为RVV2x0.3mm²的线材，TKD-A-1与风机档位联接线为RVV2X1.0mm²的线。

（2）采集管理器TKD-VS

TKD-VS采集管理器是对TKD-A-1、TKD-A-2、TKD-B-1、TKD-B-2时间型计费器进行管理的设备。时间型计费器用来检测风机盘管的运行状态，并将这种状态传送给TKD-VS产品进行时间的累积，存储，并传给中心站。

  产品特点

  8-64点灵活配置，可有效节省投资，又可以使网络简单明晰。

  外壳采用IP65级机箱，防尘防水。

  准确可靠地采集各表的数据并存贮；

  具有断线报警功能，自动记录断线时间、断点线路编号；

  具有表信号线被破坏报警功能，防止恶意盗用发生；

  技术参数

  设计说明

1、TKD-VS采集器与档位传感器之间线材选用RVV2X0.3mm²

2、向上通讯接口线材选用RVVPS2X0.75mm²

根据楼层盘管数，合理选择TKD-VS的通道数。（每一通道对应一个风机盘管即一个档位传感器）

 

 

（3）能耗分项管理器TKD2000

TKD2000管理器是深圳市天创达科技有限公司独立自主研发的数据采集设备，将数据采集和现场总线技术无缝结合。

TKD2000能耗分项管理器内部具有一个高性能的微处理器，可以完成I/0信号的采集、量值转换和滤波处理等，数据的存储周期和上报周期可以根据用户需要自行灵活设置，多点组网的方式非常灵活，采用高效实时的INTRANET网络通讯方式（出厂标配，也可根据用户需要提供其它通讯接口方式），同时，支持GPRS等无线传输网络通讯。监控中心的建立也是非常容易，目前流行的能耗监测管理平台、组态软件都可以直接接入可以满足大多数用户的需求。标准化的智能总线接口可以连接RS485/232/MBUS等智能仪表，是小规模过程信号实施计量监测采集的最佳手段。

  基本功能及特点

  采集传输控制一体化，提高了系统可靠性，降低了成本

  采用工业级超低功耗高性能的嵌入式处理器 

  用户可以编程的量程转换和报警上下限设定

  内设工业时钟，精确计时

  自动定时上报和事件触发上报功能

  支持断点续传，保持数据完整性

  远传数据包必须进行AES加密处理

  支持多个数据中心（服务器）并发发送数据

  支持3路RS232/RS485/MBUS方式的用户数据接口（可选）

  最大支持对64台计量装置进行数据采集；可同时对不同厂家不同协议的电表、水表、燃气、冷（热）量表等计量装置等各项数据进行采集管理；

  上行接口：RS485/以太网/GPRS/CDMA可选，同时，提供一个本地调试监测接口；

  内置大容量FLASH存储器，数据自动记录，支持历史数据检索

  通讯协议完善，组态软件支持，用户免开发， 支持Mod-bus通讯协议，且必须同时支持DL/T 645-1997、CJ/T 188-2004、 GB/T 19582-2008、GB/T17215.321-2008、GB/T6968-1997、CJ/T224-2006标准的通信协议

  具备采集周期可以从5秒以上任意时间灵活配置

  提供用户设置软件，开放式接口，方便与组太软件及其它软件连接；

  工业级设计，稳定可靠，坚固耐用；

  技术指标：

  电源电压：220Vac±20%

  功率消耗：<10VA

  日历时钟误差：<1s/D(23℃)

  存储空间：256—512K，最大可扩展到4G

  通讯接口：RS485/RS232/MBUS通讯速率 1200~9600bps

  GPRS通讯速率:9.6Kbps

  100Base-T 以太网（RJ-45）

  工作温度范围：-30℃--70℃

  相对湿度： ≦95℅

  外形尺寸：300 mm（长）* 230mm（宽）*150mm（高）

  满足《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采集技术导则》、《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》对数据采集器的要求，满足用户提出的其它功能要求

  符合国家和行业的相关电磁兼容性标准3级以上要求

（4）三相电能表（RS485）

DTS系列三相四线电子式有功电能表，其采用了国外先进的专用双向电能计量数字电路芯片及SMT制造工艺。其特点是双向功率测量及计数、防窃电、高精度、高可靠性、高过载、功耗低、重量轻、低成本。该产品符合GB/T17215.321-2008标准中对三相电子式电能表的全部技术要求。通讯规约符合DL/T645-1997的要求。

  主要特点

  双向有功电能计量，长期工作不需调校

  三相电源供电，一相(DSS)或两相(DTS)断电，计量准确性不受影响

  具有缺相指示功能（可选）

  宽电压、电流、工作温度范围

  带MCU

  可选485通讯

  使用范围

  环境温度：–30 ℃ ～55 ℃ ，相对湿度不超过85 %

  工作电压范围

  220/380V （-20%～+45%），频率范围：50/60Hz±5%

  产品规格

产  品   型  号	准确度等级	规格		电能测试脉冲常数
DTS系列	1. 0	3*220/380V	3*1.5(6)A	6400imp/kW·h
			3*10(60)A	400imp/ kW·h
			3*10(40)A	400imp/ kW·h
			3*20(100)A	200imp/ kW·h

  技术指标

  功率消耗： 电压电路≤2W和10VA（各相）

              电流电路≤2VA

  通讯波特率: 1200BPS～9600BPS  默认为1200BPS

  环境条件： 标定工作温度－20～＋45℃   
           极限工作温度－30～＋55℃
           相对湿度≤85%

  重量：    约1kg

   外型尺寸：228mm×145mm×68mm

（5）网络集线器TKD-485CV

TKD-485CV是用来将RS485信号转换为RS232信号，由于RS485总线型结构会因雷电或电力电缆感应电压引起的瞬变干扰而损坏器件我公司特别推出了TKD-485CV通用型RS232-RS485转换器，它采用国际上最先进的收发芯片，采用多级抗雷击及瞬变干扰措施（1、半导体类气体防雷管，2、自恢复保险管，3、瞬变电压抑制管），使您的设备和通信得到可靠的保护。

  技术参数

8. 设备清单

  根据项目编制。