互联网时代智能建筑中低压配电系统方案探讨

核心提示：全球能效管理专家施耐德电气始终秉持“善用其效、尽享其能”的公司理念，以最佳解决方案为目标市场的最终用户提供服务，以数字化、智能化、互联网技术提升合作伙伴、客户的使用体验。立足当下着眼未来，施耐德电气在全球同步推出Smart Panel低压配电智能系统方案，为终端客户提供智能选择的同时，也为施耐德电气的合作伙伴创造更多的市场机会。　　 1. 引言

　　来自世界企业可持续发展委员会（WBCSD）的数据显示，到本世纪中叶2050年，全球用能需求将会翻番，而其中楼宇的用能会占到大多数国家总能耗的40%。在全球面临能耗短缺的大背景下，解决楼宇高能耗问题将帮助减少碳排放、降低对于全球变暖和气候变化的影响。近年来，我国政府出台了一系列发展和推广绿色建筑的政策法规，楼宇业主和运营商亟需相关解决方案与服务，以符合行业标准与国家法规，构建绿色建筑，提升品牌溢价的同时也大大降低运营成本，从而使得节能增效在楼宇领域存在着巨大的市场空间和发展潜力。

　　我国改革开放后经济得到了空前迅速的发展，近年来随着我国社会老龄化的加剧，人口红利也在逐步的消失。在此背景下供配电系统设备的规模逐渐增大，复杂程度不断提高，企业对供配电系统精细化、透明化、智能化管理的需求也逐渐显现。由此带来的是企业用人成本不断上升，对专家资源的需求更为迫切。因此在低压配电领域对供电的连续性、安全性和可靠性要求更高，用户对设备的精细化管理、实时响应需求也日益凸显，使得配电系统的智能化已然成为未来发展的必然趋势。

　　全球能效管理专家施耐德电气始终秉持“善用其效、尽享其能”的公司理念，以最佳解决方案为目标市场的最终用户提供服务，以数字化、智能化、互联网技术提升合作伙伴、客户的使用体验。立足当下着眼未来，施耐德电气在全球同步推出Smart Panel低压配电智能系统方案，为终端客户提供智能选择的同时，也为施耐德电气的合作伙伴创造更多的市场机会。

　　 2.Smart Panel低压配电智能系统方案

　　2014年，施耐德电气在全球发布Smart Panel低压配电智能系统方案，在各个国家都取得的良好的市场效应，在我国随着Smart Panel的不断推广，其概念为更多合作伙伴和最终用户所了解并认可，相应的在全国由Smart Panel低压配电智能系统方案所构建的智能化项目也逐步进入到实际运作阶段。Smart Panel低压配电智能系统方案是一系列智能组件和通信设备的结合应用,可依托远程管理服务而形成的一体化系统方案。它是智能配电系统与互联技术的完美结合，是够构建低压配电物联网的完美方案，是工业以太网在现场总线领域的进一步发展，必将带来低压配电系统一次里程碑式的革命。

　　Smart Panel低压配电智能系统方案通过采集测量、智能互联、节能增效简单三步开启用户的节能之旅。采集测量的实现主要依托施耐德电气MT框架断路器、NSX塑壳断路器控制单元的嵌入式测量、通信、控制等功能及终端配电产品的状态上传、控制命令下达及脉冲电能的计量、通信等功能，以及施耐德电气的多功能仪表的高精度计量、通信功能；智能互联依托于施耐德电气一系列智能通信组件实现ULP、Modbus协议到以太网TCP/IP协议的转换，使得底层开关设备、多功能仪表采集的丰富信息以方便快捷的工业以太网形式传输到后台系统，甚至可通过专用的网关将本地局域网内综合能耗数据（电、水、气等）以及设备运维信息推送至云端服务器以获得施耐德电气专业化的远程能源管理和远程设备运维管理服务；节能增效环节中Smart Panel系统方案将通过多种便捷、可靠、友好的呈现方式（FDM128柜门显示、模块内嵌网页显示、后台服务器监控软件显示、远程能源管理&远程设备运维管理平台显示）让设备运维人员在设备维护的过程中清楚了解设备的运行状态，让用户业主轻松掌握企业能耗状况，以制定下一步可行的节能举措。

　　下图为完整的Smart Panel系统架构图，Smart Panel低压配电智能系统方案依托于如下智能组件和通信设备来实现能效和设备管理。


　　Smart Panel低压配电智能系统方案从系统的智能化程度和功能实现角度可分为三种主要方案，包括Smart Panel基本方案和两个增值方案（1.远程能源管理&远程设备运维管理方案；2.POI电柜医生方案），不同方案可以满足不同用户的差异化需求，并为用户带来相应的方案价值，如下表：


　　Smart Panel基本方案致力于能效管理和设备管理，适用于绝大部分低压配电系统，尤其是智能绿色楼宇建筑中的低压配电系统，设备层面通过智能断路器（带嵌入式测量功能的控制单元）、多功能仪表、以及智能终端配电模块实现数据的采集和控制命令的执行，网络通信层通过柜内设置的IFE、Smartlink等智能网关实现现场总线协议到工业以太网协议转换的同时，完成了强弱电一体化，其丰富的信息为后台多种应用提供便捷可靠的数据接口，以实现本地柜门显示单元、后台监控管理软件等对数据的获取及呈现。

Samrt Panel在基本方案的基础上可通过本地系统增加专用网关将本地网络连接至互联网，实现远程管理的增值方案，远程管理增值方案包括两部分：远程能源管理和远程设备运维管理，用户只需要通过浏览器进入网站，输入用户名、密码登陆系统，即可浏览本企业的能源管理信息和设备运维管理信息，实现系统信息的互联网远程访问。远程能源管理是通过专用网关将本地局域网中的综合能源数据定期发布到云端服务器上，在服务器上通过施耐德内嵌的专业化能源管理软件（EnergyMost）对数据进行处理和专业化的图形呈现，此方案尤其适用于分布式的楼宇建筑和连锁商铺，可以将物理空间上分散的数据汇总呈现，方便业主和能源管理人员统一掌握管理企业的用能情况，并基于此优化企业的能耗使用，以达到节能增效、降低运营成本的目的；远程设备运维管理方案是专用网关将局域网内的实时电气量、实时开关量、设备信息（触头磨损、分合闸次数、订货号、软件版本号等）、报警、故障等上传到云端服务器，内嵌的远程设备运维管理软件（FacilityMost）会对其做分类呈现，并配合手机移动端的APP实现对故障报警的推送，通过APP派单功能由维护人员实时响应排除故障并在系统中做详细的图文记录，用户亦可根据需要导出各种报告文件做备案或作为交付验收文件，此方案同样在分布式的站点优势明显，并在有无人值守需求的站点可以得到更好的应用，可以大量节省人力成本、降低系统运营管理成本。

　　Smart Panel在基本方案的基础上可以通过增加POI“电柜医生”组件实现对配电系统中重要设备和回路的全生命周期监控。POI“电柜医生”通过对环境温度、湿度、震动信息，对断路器测量及设备信息的获取来做分析和建议，可以实现设备的故障预警、设备老化评估、上下级选择性校验、故障定位及安全恢复合闸指导等功能。POI“电柜医生”增值方案适用于对供电连续性、安全性、可靠性要求苛刻的领域，例如医院、轨道交通、机场等。

　　Smart Panel方案中数据的获取结合了传统的通过多功能表计获取信息的方式和新型的通过智能断路器控制器获取信息的方式，在实际方案设计中可平衡功能性要求、扩展性需求、物理空间、经济性等指标来选择具体的方案组合，大多数项目中关键设备、重要回路优先使用断路器的内嵌式测量方案，普通出线回路可根据实际需求来选择用断路器通信方案或传统多功能表计通信方案。断路器嵌入式测量方案是断路器控制单元智能化程度提升所带来的新功能，并成为低压断路器发展的新方向。两种方案各有优势，具体功能差异对比如下表。


　　3.Smart Panel关键元件介绍

　　Smart Panel低压配电智能系统的构建依赖于一系列的通信设备和智能组件，通过这些元件完成智能化系统的设备信息集成，这些元件是在考虑用户需求、使用习惯的基础上推出的，旨在通过一种简单、便捷、可靠的方式完成配电柜强弱电一体化，实现在低压配电系统中的物联网构建，具体元件信息如下图：


　　FDM128：彩色触摸屏柜门显示单元，可以同时获取最多8台设备的电气参数，并可实现有权限的监控功能。程序预设定，免调试，即插即用。
　　FDM121：柜门显示单元，可以获取单台框架或塑壳断路器的电气参数，并可实现监控功能。
　　IFE：智能网关，可同时支持1（ULP）+19（Modbus）台设备的通信，将ULP（开关内部高速通信方式）和Modbus协议转换为以太网协议；支持内嵌网页显示，自动识别设备。
　　IFE1：智能网关，支持单台框架或塑壳断路器的通信，能够将ULP转换为以太网协议。支持内嵌网页显示功能，即插即用。
　　IFM：Modbus通信模块，适用于单台NSX塑壳断路器，将ULP转为Modbus协议。
　　IO：输入输出应用模块，主要采集上传框架，塑壳断路器的位置触点信息及其它开关量信息并上传到IFE智能网关，6个数字输入，3个数字输出，1个模拟量输入。
　　ComX200：Com’X200能源服务器，具有以太网接口，可获取电、水、气等数据以有线或无线的方式推送数据到云端生成能源管理界面。2个模拟输入，6个数字输入。
　　PM5560：PM5000系列多功能仪表，提供0.2S级高精度计量，并具备双以太网口的通信。
　　Smartlink Eth：主要采集A9(微断)系列产品的状态及电能等信息，提供一个以太网接口和Modbus 主站接口，可实现设备的远程集中控制，并具备内嵌网页显示，操作功能。
　　Smartlink Modbus：主要采集A9（微断）系列产品的状态及电能等信息，提供一个Modbus从站接口，可实现设备的远程集中控制。
　　POI：“电柜医生”，产品包括工业PC、I/O模块、短路测试仪、无线合闸按钮，可动态监控低压配电系统，以实现故障预警、故障诊断及系统恢复。内嵌网页显示，诊断界面。

　　4.结束语

　　Smart Panel是集硬件、软件、服务于一体的整体系统解决方案，致力帮助用户轻松实现能效和设备管理；Smart Panel符合楼宇建筑配电发展的未来趋势，是发展智慧城市、智能电网的必要设备；Smart Panel是大数据时代下的必然产物，是智能设备与互联技术的完美结合，从此开启了配电系统数字化之旅。经过施耐德电气严格的验证和审核，Smart Panel能够被用户安全放心使用，我们期待与您共同推动楼宇建筑进入智能时代，用科技点亮智慧城市。