遠端校園電能監控系統之應用實例

校園電能監控系統 國立高雄第一科技大學為因應全國教育經費的短絀與校園基金的壓力，應用校園網路，以 PC-based 控制器為中心，配合視覺化人機介面，設計發展「遠端遙控之電能監控系統」，分析並掌控全校各大樓用電情況與用電品質，大幅提昇用電效率，發展電力之需量控制與自動卸載機制，進行即時線上遠端需量控制，避免超約用電罰鍰，節省學校電費支出。 校園遠端遙控電能監控系統，以PC-based控制器為基礎，自行開發控制程式與人機界面及資料擷取系統，提供既經濟又有效的方法進行電力監控。本系統之核心在於資料之傳輸及透過網路寫入功能的提昇，系統之開放式模組化控制器(OMC)除能對電能提供最適當之需量控制外，藉由PC-based圖控人機界面(HMI/DAS)，電能監控系統能便捷地蒐集到電力資料及對電力需量做出最有效的控制。在執行HMI/DAS系統的前端電腦上，我們開發設計了許多有用的圖形界面、簡報工具及直觀的動畫界面。遠端遙控之電能監控系統所取得之電力資訊，透過區域網路進行資料的流通，使得使用者不論身處何地，只需連上網路，便能進行系統的遠端監視及控制。

系統架構 本系統以 PC-based 控制器為中心，經由RS485連接線讀取VIP多功能電錶所收集之電力參數，透過校園網路將電力數據傳回監控電腦，輔以自行發展之視覺化人機介面動畫畫面，在監控電腦上進行即時用電分析與監控、歷史用電資訊回顧、用電資訊報表、警報與事件之檢閱、用電比較橫條圖及用電需量控制機制與卸載等功能。

圖一 系統架構圖

圖二 系統動作流程圖

VIP多功能智慧型電錶：為電子式多功能智慧型電錶，能測量數據包 括：V、I、P. F VIP多功能智慧型電錶：為電子式多功能智慧型電錶，能測量數據包 括：V、I、P.F.、var、W等， VIP電錶除能經由RS485電纜線與個人電腦連接外，亦可以相同連線方式與其他設備相連接。每隻電錶均擁有獨自的位址，使用者可經由軟、硬體進行設定、控制，下圖所示即為VIP多功能智慧型電錶之外觀圖。 圖三 多功能智慧型電錶(VIP)

Fama PC-based控制器：為一種開放式控制器，使用語言為IEC 61131-3國際標準語言。與傳統的控制器相較，Fama PC-based控制器的優點在於開放式程式設計功能、資料處理、資訊的連結及可透過網路進行遠端控制等。圖四所示為Fama PC-based控制器的外觀圖。 圖四 Fama PC-based控制器外觀圖

高階語言模組(HLL)：高階語言模組(High Level Language Module；簡稱HLL)是用來與ASCII設備(如VIP電錶)連線溝通的模組。在HLL模組的程式中，對不同的ASCII設備各有不同的通訊參數及通訊格式設定，設定正確才能與ASCII設備正常連線、擷取數據資料。HLL模組採用高階C語言撰寫應用軟體，程式易於維護。 圖五 HLL模組外觀圖

軟體規劃 遠端遙控之電能監控系統主要的軟體共分成兩部份，其一為硬體間的通訊軟體，另一為監控電腦上之人機介面，分述如下： 硬體通訊軟體：為置於PC-based 控制器之步進階梯程式，此程式是利用Fama Paradym-31工具軟體的環境發展、設計而成。Paradym-31是一套視窗作業系統，以圖形方式編輯、模擬、下載及監控應用程式，支援多種語言撰寫程式。   圖控人機界面：係以「Intellution-Fix」軟體編製而成，Fix是一套視覺化圖形界面軟體工具，同時擁有資料收集管理及監督控制等功能。

系統功能 圖控系統還包括了電力即時監控、警訊控制、事故偵測、資料收集、趨勢圖、報表及安全系統設定等多種強大功能，各主要功能之說明如下： 警報系統: 使監控人員可完全掌握監控過程之突發狀況，一旦有發生警報，便可在第一時間藉由喇叭發出音鳴聲響警示監控人員並記錄，作出迅速且有效的處理。 事 件: 功能在於能將警報點發生時間、警報點數值、警報點型態及進行警報點確認時間等都記錄下來並儲存成檔案。

需量控制: 是節約能源的利器，功能為當系統用電超過預設值時，系統能在等待時間終了後，依監控人員所輸入之卸載順序自行進行卸載動作，等到警報消失後再依據反向順序恢復卸載系統；系統亦具有手動操作模式，可由監控人員視目前狀況決定卸載及復歸順序。 安全系統: 安全系統是系統中利用安全密碼來管理使用者行使權限高低的功能，方法是透過系統設定安全設定，定義使用者的身分等級及所能行使系統功能的項目，可以防止不肖者或不法入侵者蓄意進入及對系統進行破壞。

系統成效 遠端遙控之電能監控系統已成功地安裝在國立高雄第一科技大學，並已全天候執行校園之電能監控。如下所示分別為即時電力數據、動態圖形橫條圖、需量控制等之功能圖示。

圖六 即時電力數據

圖七 動態圖形橫條圖

圖八 需量控制

結論 遠端遙控之電能監控系統除可達到抑制尖峰負載，使電力公司舒緩供電壓力外，本系統尚具下列優點： (1)掌控校園即時用電情況 (2)免除人工抄表時間與支出 (3)記錄分析歷史用電資訊 (4)提供決策參考基準資料 (5)遠端遙控卸載不當用電 (6)有效提昇校園用電情形 (7)避免尖峰用電超約罰款 (8)避免額外電廠開發污染 (9)增進產學業界互助流通 (10)教學、服務、研究合一 本系統不僅可提供中小型企業即時控制和自動控制流程訊息的最佳解答，且能成功地管理系統可靠度、軟硬體的可維護性及系統的可伸展性。相信對於企業、機關及學校在自動化電能監控上有所助益，進而提昇能源的使用效率，達成節約能源目標，亦是虛擬電廠之實現者。