刘彩坤 王 焕 徐振杰 李春海
【摘 要】自然资源的储量是非常有限的，属于不可再生资源。例如水资源、石油资源和煤炭资源等。为了能使企事业单位和大中专院校等更好的完成资源调配，在传统的智能控电系统的基础上，研发了一套新一代能源管理系统，对能源供应进行监测，以便实时掌握能源状况，为实现能源自动化调控，同时方便计量和成本核算工作。下面介绍下新一代能源管理系统的设计思路和研发解决方案。
【关键词】VS2008；NXP；能源管理系统
引言
美国、英国、印度、瑞士等国以及国内北京、上海、山东、深圳等地的一些企业都看好能源管理系统的前景，纷纷投入人力财力进行相关产品的开发。随着各国政府提倡节约的鼓励性政策的推出，以及公民和企业节能意识的不断提高，国内外生产节能产品的企业将会逐步开发出适应市场需要的多功能、全方位、使用多种节能单元的能源管理系统。能源管理系统投入批量生产后，将会带动电子元器件；压力、流量、温度传感器；光敏、可燃气体、烟雾探测器；可编程区域控制器、无线通讯发射接收系统以及新型节能产品等电子产业的发展，将会促进这些产业产品的升级换代和工艺技术水平的提升，对社会能源管理的发展有重要意义。
1．系统架构及特点
新一代能源管理系统涵盖水电气计量和控制，通过计算机、网络对能源使用情况进行远端采样并实施控制的能源管理。系统物理流程图如下：
能源管理系统的前身一般为智能控电系统，实现多个用户的电量计量和计量循环显示，自动或者人为方式实现灵活的供电停电控制，过载限止及恶意电阻性负载的识别，收费、结算和用户欠费停电，抄表、数据保存和查询、打印，短路保护：当相线与中线直接相连时自动断开电路以避免对电网和人身造成损害，公共负载可实现半压全压节能控制，供电时段可按时间按日自由设置，系统设有严密的分级加密保护功能。
新一代能源管理系统在此基础上增加了实现用户用水用电的实时计量，精度可提高到0.5级，保留其他功能扩容的余地，如增加消防、防盗等功能，针对不同的用户需求，设计出不同配置的终端设备，对需要节能控制的负荷加装节能开关，实现无人时自动断电，考虑了系统效率分析、节能效益分析、电费按峰谷平段分别计价等特殊要求，可在任意时间、任何地点查看控制点的数据并进行控制，增加系统的自诊断功能，使维修人员在上位机上就可判断出故障点，建立一个开放的、互动的无线局域网，实现与互联网的通信，实现人机通信界面的人性化设计，使操作更加简洁方便。
从硬件架构上分析，依据产品接口模块数量多，且种类丰富的特点，产品采用模块化的设计思想，能够快速开发设计并利于功能扩展。为了保证监控与采样设备的高性价比，采用高性能的NXP单片机。为了便于安装与调试，通讯方面采用了一WIFI等无线通讯为主，以太网和RS485方式为辅的方案。
从软件架构上分析，该系统属于上位机监控软件和嵌入式软件相结合，为了保证产品的稳定性、高效性、安全性，上位机软件系统采用了Microsoft Visual Studio 2008应用平台开发环境，数据库采用Oracle10i，操作系统适应于Windows2000、WindowsXP、Windows7和Window8等；监控与采样终端采样嵌入式rtos实时系统。软件亦采用了模块化的设计思想，多线程的处理方式。
2．系统设计
2.1系统软件设计
基于软件架构的模块化设计思想，从总体设计架构和各个功能模块进行介绍。
2.1.1总体设计架构
新一代能源管理系统主要分为系统初始化模块、数据管理模块、资源管理模块、系统分析模块和web发布模块。由于软件功能相对复杂，为了更好地实现软件系统功能，选择了VS2008应用平台开发环境，采用多线程的设计方式，不仅程序运行稳定，而且调试方便，易于扩展。总体架构图如下：
2.1.2功能模块设计
系统初始化模块主要负责整个系统初始运行数据准备，可以人工录入，也可以数据库或文本文件方式导入。初始化楼宇及房间配置子模块负责控电单位的控电楼宇名称、数量、地理位置以及楼宇中的层数、各层的房间数、各个房间的号码、房间名称以及房间内的用电设备的名称、型号、功率等的输入；初始化用电控制器子模块负责用电集中器、用户终端机具的安放位置（包括：楼宇名称、楼层号、该机具体的编号、控制的房间名称、所控用电点的地址号或房间号等标识）、运行参数值等；初始化操作员及权限配置子模块负责设置能源管理系统操作员的数量及标识（操作员名、口令、权限等）。
数据管理模块负责完成整个系统运行或管理数据的读取、中间处理、按要求的输出工作。输出格式可有两种：各种格式的报表和图形（各种曲线图）。其中包括三个功能子模块：用电数据抄报运算子模块负责完成控电单位各个控电点（用户终端）所存储的水电气相关数据的抄报或读取。将各种读取的原始数据经过系统运算产生各种管理数据。数据备份恢复主要完成各种原始数据和管理数据的备份和数据损坏后的恢复功能。数据的统计与计算子模块负责将相关信息进行处理供资源管理与系统分析适用。
主要完成各种管理数据的规定输出，包括用户要求的各种报表、各种分析图形等。
资源管理模块主要功能是根据管理数据和系统设置的各种控制值，完成用户的用电功率、负荷、时段设定，同时根据管理需要可完成用户的停送电水气、限电水气功能。其中包括三个功能子模块：电水气控制子模块主要完成控电单位各个控电点的用电负荷控制以及水和气的控制。电水气控制参数的设定负责进行控制。其他控制包括用户停送电等控制等。
系统分析模块主要功能是根据用户终端所存储的数据，完成用户电水气事故的预防、分析；完成用户电水气异常数据的分析，对其进行控制，杜绝浪费。其中包括两个功能子模块：故障分析、负荷分析主要通过分析各个用户终端所存储的电水气数据，完成对各种用电事故的初步判断，完善管理，杜绝后患。异常分析主要通过分析各个用户终端所存储的电水气数据，完成对各种电水气异常的判断，以让用电单位，采取措施，完善管理，防止能源的浪费。
Web发布模块体现了软件的系统架构为B/S架构设计的先进性与实用性。具备良好的人机交互界面。
2.2硬件设计
监控与采样终端采用高性能的NXP单片机进行设计，不仅主芯片资源丰富而且性能优良，是工业级芯片的成熟的产品。在嵌入式开发领域内是研发人员热衷的选择。设计框图如下：
电源模块负责整个设备的供电，为了保证设备的稳定运行，设计了交直流两路电源，并能够在线进行无间断智能在线切换。同时两路电源还实现了交直流混用。
液晶模块负责设备的人机交互功能，为了实现良好的效果，选用了5.0寸彩色液晶触摸屏，操作简单便捷。
网络接口模块具备2路以太网接口，即可应用于调试也可与楼间集中器进行通信。
串行口接口模块即可具备RS232、RS485 和WIFI接口功能，模块即插即用，简单方便。
存储模块负责历史数据的存储，采用双1G的工业级宽温SD卡。能够存储90天的历史数据。下图为简易的通信示意图：
3．结束语
新一代能源管理系统的出现时符合社会发展的规律的。资源的高消耗已成为制约中国经济快速增长的一大瓶颈。而日常生活中，社会资源的无效消耗现象比比皆是，如到处都可以看到的长明灯，长流水现象。国务院近两年多次向全国人民发出号召，开展资源节约活动，努力建设资源节约型社会。国务院要求加快资源节约新技术、新设备、新产品的推广应用；推行合同能源管理、节能融资担保等新机制，培育和发展节能节水技术服务体系，为企业提供节能节水技术服务，努力降低资源费用支出。节约资源，迫在眉睫，为支持节约型社会的建设，节约能源，开发了新一代能源管理系统。
参考文献：
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[7]梁永宏、张浩、陈宇；《一种可配置能源管理系统的研究与设计》
[8]吴倩倩、陈耕国；《高效的能源管理系统的设计与实现》
[9]李小萌、王坚、戴一如；《高效的能源管理系统的设计与实现》
作者简介：
刘彩坤（1977-），女，河北保定人，汉族，本科，主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端
王焕（1978-），女，河北石家庄人，汉族，专科，主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端
徐振杰（1979-），男，河北石家庄人，汉族，专科，主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端
李春海（1979-），男，河北石家庄人，汉族，本科，主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端
论文作者:刘彩坤,王焕,徐振杰,李春海
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年11月供稿
论文发表时间:2016/1/26
标签：管理系统论文; 能源论文; 模块论文; 终端论文; 数据论文; 系统论文; 水气论文; 《工程建设标准化》2015年11月供稿论文;