|
【摘 要】介绍了基于RS-485网络的中央空调计费系统的软硬件设计和具体实现。该系统的特点是按使用时间计费，能够实现实时监测，报警功能。具有灵活性、易用性、安全性及丰富的报表功能，满足了现代物业管理的需要。
【关键词】中央空调计费系统 RS-485 时间计费法
引言
近年来，随着人们对环境舒适度要求的提高，建筑物使用中央空调已成为必然趋势。因此，如何使中央空调计费更为公平、合理，具有较大的现实意义。
对于中央空调的能量计费，传统方法是按面积摊算。这种收费方法让用户形成了“用多用少一个样，用与不用一个样”的使用观念，结果造成能量的巨大浪费；空调设备长期高负荷运转，故障率增高；并且这种不合理的收费方法容易引起用户与业主之间的资费纠纷，不适应现代物业管理的需要。
中央空调采用按所使用能量、针对用户独立计费，无疑会为用户提供一个公正、合理、科学的收费依据。采用这种方法可以建立用户的经济利益与其所消耗能理之间的直接联系，从根本上增强用户的节能意识，减少中央空调系统运行成本；由于采用针对用户独立计费，因而可以更加有效的配置能源，较传统方法更适应于现代物业管理。
中央空调按能理计费，在国外已有悠久的历史和成熟的技术，如西门子公司、丹佛斯公司、斯伦贝谢公司都有成熟的产品，符合现代化管理和节能的要求，这一技术在我国也必将得到广泛的应用。
本计费系统采用“时间计费法”，通过计算机将用户消耗的能量转换成人们所熟悉的时间单位，进行计费，更容易让用户理解和接受。
1 中央空调计费系统原理
1． 1计费方案一
将风机盘管的三速开关、电动二通阀的电源都接入采集器，采集器在检测到电子表力二通阀的开通信号及风机盘管风速信号后开始计费，上位机监控系统通过一定的周期轮询采集到数据后，进行分析处理，将各档位状态时间累计，通过给定系数转换成基准时间，汇总统计为独立用户使用时间，按照事先核定的价格，进行计费。多种型号的风机盘管同时使用，以数量最多的一种型号为基准盘管，依据不同型号间的能量比特性系数，将其转换为标准风机盘管的能量值，然后计算其费用。
本方案适用于写字楼的散户及住宅等利用风机盘管未端要求独立计费的较小空调空间，具有投资少，维护方便的特点。
1. 2计费方案二
此方案的实施方案一要复杂一些，并且成本也要高许多。在用户的进、回水管理上各安装一只温度传感器，并在进水管道上安装一台流量计。用流量计计量流过的冷冻水（或热水）流量和进水、回水的温差来计算能量的损耗，同时将温度信号和流量信号接入能量计算器。上位机监控系统根据各能量计算器进行计费。与方案一所用的原理比较，本方案有所进步，在方案一中，系统只能检测出用户用了多长时间的冷冻水（热水），而不知进水、回水的温度，哪怕中央空调系统出了故障它也会依旧计费，但在本方案中，只要进水、回水的温差为零，系统就不会计费，体现了良好的可信度、准确度。
由于投资大，本方案适合需要分层独立计费的大楼或需要精确独立核算的用户（如工厂用冷车间等）。
1． 3计费方案三
如果遇到一幢大楼既要计量到较大的单元（楼层分层计费或某几个功能大区域）又要计量到每一个房间。从性价比和系统复杂度的角度来看，原则上采用方案一和方案二相结合的方法。具体的做法是在楼层（或功能区）的总进水管理道上安装流量计以检测进水流量，并在进水、回水管道上安装温度传感器，由能量计算器统计能量消耗；另外采用方案一统计该楼层每个房间的使用情况，上位机监控系统根据上述两个信息来精确计算该楼台层每个房间的能量消耗量，根据能耗计费。
2 系统设计方案
2. 1硬件结构设计
本系统针对某大厦的具体情况 ，采用第三种方案。具体实现如下：一至三楼为餐饮区，统一计费，安装一只能量表来统计该区的能量消耗。四至十九层为办公区，也安装一只能量表来统计该区的能量消耗。并在该区针对每一用户独立计费，每个房间装有温控开关控制该房间的风机盘管运行。
①网络结构图如图1：
②系统通讯设计
如图1所示，本中央空调计费系统网络结构采用RS-485二线制总线挂接方式，具有两种形式的终端：风机盘管终端和热量表终端。
对于风机盘管终端，由两层隔离的RS-485网络组成： 主干RS-485网络和楼层RS-485网络。每个楼层RS-485网络连接该楼层的所有风机盘管终端，而且楼层RS-485网络之间相互隔离。 这样做的目的是在节约布线的基础上使每个RS-485网络尽可能小，出现故障时影响面小，容易排除故障。
对于能理表终端，由ZR-BUS与RS-485网络组成。热量表通讯采用ZR-BUS协议，因此与能量表连接的网络为ZR-BUS网络，通过通讯协议转换模块（实现能量表厂家自定义协议和MODBUS协议的转换）接入主干RS-485网络。
主干RS-485网络由数据转发模块、通讯协议转换模块及亚当模块（ADAM-4520）组成，由亚当模块实现RS485/RS232转换与PC机进行数据交换，采用MODBUS协议。上位机可根据管理的需要安放在任何位置，通过网络对各现场采集器进行控制和数据采集。系统内每个采集器只需要用一根双绞线连接到相应楼层RS-485网络。每个楼层的采集器通过数据转发模块接入主干RS-485网络。每个数据转发模块最多可挂接32个（如该楼层的采集器数目超过32个，则可增加数据转发模块）。
③系统网络的可靠性设计
如图1所示，系统有两个亚当模块接入计算机。数据转发模块相应分成两部分，分别接入两个亚当模块，这样设计有利于减轻亚当模块的通讯负荷，提高通讯效率，并且在计算机一个通讯串口不能通讯或者其中一个亚当模块出现故障时，便于将所有数据转发模块挂接到另一块亚当模块上，不需要重新布线，而整个系统保持正常运行，从而提高了系统的可靠性。
④本空凋计费系统采集器的接线图如图2：
如图2所示，每个温控开关后接有一个采集器，采集的信号包括风速各档位状态、二通阀开通状诚、有无市电、继电器闭合情况以及检测线路是否正常等。通过与数据转发模块的通讯，将温控开关状态信息向上传送。
2．2软件结构设计
本中央空调计费系统上位机监控系统的数据库采用Access，下位机数据采集部分通讯采用modbus协议。总体设计思路的大致可以分为三部分：计费数据的采集、对所采集的数据进行分析处理及结果数据的发布。由于本系统采用按时间计费，大部分运行程序都是以系统时间为基准来执行计算、统计功能的。
① 计费数据的采集
系统运行时，以分钟为周期依次对所有采集器数据进行采样。
② 数据的分析处理
根据每分钟采集的数据，分析各数据位情况 ，解析出每个温控开关的当前状态值。如果为正常运行状态，则对运行时间数据进行累加。否则显示报警画面，并指示报警位置和报警类型，等待系统管理员进行处理。同时系统对整个空调系统运行状态的监控照常进行，并将每个温控开关当前状态值以及运行时间累加值输入Access数据库中。
每小时末将该小时内的Access数据库中的数据分类、累计、汇总，输入数据库。然后删除该小时里每分钟的数据，这样可以大大减少数据量、节省数据库空间。
每天零点将前一天内的Access数据库中的数据分类、累计、汇总，输入数据库。然后删除前一天里每小时的数据。
每月月初将上月内的Access数据库中的数据分类、累计、汇总，输入数据库。根据热量表读数和风机盘管运行情况确定单价，生成月费用。此后，可根据系统管理员修改的单价生成月费用。
③ 结果数据的发布
可随时通过生成报表查看、打印各温控开关的实时状态信息。每日通过生成报表来查看、打印各种日用量、日运行信息。每月通过生成报表查看、打印各种月用量、费用信息。
计费程序流程图如图3：
2.3系统功能实现
① 分级管理权限
系统设有三级权限，不同的权限能进行不同的操作，每个操作员都有自己的权限和密码。进入系统需要通过密码验证，每个操作员对系统所作的重要操作均有日志记录。只有具有最高权限的系统管理员能够修改、录入数据以及设置参数，同时可对所有操作员进行管理；一般操作员只能查看、打印所需数据；而权限为0的人员仅能查看系统当前状态，无法对系统进行操作。
系统运行时，操作员可通过验证登录系统执行操作，然后通出系统，不影响计费系统的运行。
② 报警
系统的自动监测功能使得操作员不仅对系统所有用户的使用情况一目了然，而且可以及时获知系统故障位置及是否有人窃能。系统具体设置了五种报警类型：通讯失败、无通讯、校验错、检测线断以及无市电，基本包括了所有可能的报警情况，便于系统维护与检修。
③ 自动数据采集
风机盘管运行状态参数、能量表读数均可在上位机监控界面实时读取、分析，极大提高了物业管理的自动化水平。
④ 分时段计费
可分时段设定单价，这样为不同时段使用或实行分时段电价的用户提供方便的服务；对于不实施分时段收费的用户，只要不设置非工作时段，则对于计费没有任何影响。
⑤ 丰富的查询、报表功能
温控开关实时状态、用量、房间用量、用户日报表、统计日报表、用户月报表、统计月报表、收费情况报表、用户信息、设备设置情况、报警情况、运行日志等都可以很方便的查询和打印。每月月初，系统自动生成用户上费用。
⑥ 欠费禁用
超过设定期限而未付费的用户，每天按欠费数额交纳滞纳金。当用户欠费达到一定数额，接到警告或通知后仍未付费时，系统管理员可根据情况在上位机监控系统设置该用户禁用，则该命令下发到采集器，使二通阀关闭，停止对该用户供应冷/暖水。
⑦ 强化上位机处理功能
本计费系统中，采集器和数据转发模块的功能限于采集、转发数据，各种分析、处理、设置功能均由上位机监控系统实现。因为采集器数量很多，采集器和数据转发模块都装在吊顶上，不能够很方便的修改程序适用各种具体情况，因此尽量弱化采集器和数据转发模块的功能，便于系统维护和管理。
3 结束语
计费系统的准确性、灵活性和对异常情况的稽核能力是一个成功的计费系统的关键要素。本文所述的中央空调计费系统，能够获取用户消费资源的真实信息，充分体现了公平消费的理念；能够在计费中实时监测，及时发现问题，保证处理流程的正确执行和中央空调的准确计费。本系统采用数据库集中式管理，能够保证数据操作的一致性和完整性，支持数据库访问权限和系统使用安全，具有很强的可推广性。
参考文献
[1]应晓儿。中央空调冷/热量计费系统概述，制冷空调电力机械。2002.2
[2]曹国朗等。电能自动计量计费系统的开发与应用。供用电 2002.2
[3]李福彬。住宅能耗自动计费系统的研究。合肥工业大学学报（自然科学版）Vol.21 No 2 Apr.1998
[4]朱立彤。智能化住宅小区电、水、煤气自动计量费系统。低压电器2002.2
[5]范庆等。蓄能中央空调系统在区域供热供冷（DHC）中的应用。制冷空调电力机械 2002.1 |
