摘要:本文針對高校學(xué)生公寓用電特點(diǎn),從安全用電角度提出了一套集用電管理、計(jì)量、惡性負(fù)載智能識(shí)別控制、實(shí)時(shí)跟蹤檢測等功能于一體的數(shù)字化安全用電管理系統(tǒng)技術(shù)解決方案———學(xué)生公寓智能控電管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:公寓惡性負(fù)載安全用電智能系統(tǒng)

0、引言

近年來，為響應(yīng)國家創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)的號(hào)召，伴隨著高校后勤社會(huì)化改革的快速推進(jìn)，世界各國高校紛紛采用新的管理模式，對高校后勤進(jìn)行管理。原來的校內(nèi)學(xué)生公寓。各地和高校積極利用社會(huì)資金，通過多種渠道，采取社會(huì)化方式，建設(shè)了一批高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)生公寓，極大地改善了大學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)條件。普遍歡迎學(xué)生。這公寓內(nèi)的配置從過去滿足基本生活需要的設(shè)備，變成現(xiàn)在配備電熱水器、空調(diào)、電腦、浴霸等，傳統(tǒng)的限流斷電的用電管理模式學(xué)生公寓的定時(shí)通電顯然不能滿足大學(xué)生的需求。更值得一提的是所謂的惡性負(fù)載電器，如燒水電爐、“快熱”等產(chǎn)品。這些違章電器的使用，給學(xué)生公寓的用電帶來了極大的安全隱患。對學(xué)生的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅。為解決大學(xué)生公寓安全用電中存在的諸多問題，筆者進(jìn)行了多次調(diào)研，并在原有學(xué)生宿舍集中供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，從安全用電的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一套數(shù)字提出適合大學(xué)生公寓的安全用電。管理系統(tǒng)技術(shù)解決方案——學(xué)生公寓智能控制電源管理系統(tǒng)。

1、系統(tǒng)基本要求

(1) 下圖為學(xué)生公寓智能電控管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。本系統(tǒng)數(shù)字控制模塊采用智能數(shù)學(xué)模型控制技術(shù)，集用電管理、計(jì)量、惡性負(fù)荷智能識(shí)別與控制、實(shí)時(shí)跟蹤檢測等優(yōu)點(diǎn)于一體，是智能用電控制的核心部分學(xué)生公寓管理系統(tǒng)。

?? (2)聯(lián)網(wǎng)方式。本系統(tǒng)采用分布式單元控制原理設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單?？刹捎肦S-485總線組網(wǎng)，成本低，對網(wǎng)絡(luò)布線要求低，也可通過高校校園局域網(wǎng)組網(wǎng)。甚至可以使用中國移動(dòng)GSM無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。這里我們采用第一種聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行技術(shù)分析。

(3)系統(tǒng)微機(jī)基本配置：CPU主頻1.7GHz及以上；操作系統(tǒng)：主流操作系統(tǒng)，如Windows2000/XP；記憶;硬盤;監(jiān)視器等。

2、系統(tǒng)基本功能及原理

(一)單元控制模塊基本功能

1 惡性負(fù)荷數(shù)據(jù)采集、傳輸及智能識(shí)別控制。

2 集成電路芯片。要求機(jī)組控制模塊具有系統(tǒng)微機(jī)指令的解釋和執(zhí)行功能。每個(gè)單元控制模塊負(fù)責(zé)8個(gè)房間控制模塊。它采用VLSI芯片，集成了獨(dú)立的CPU單元和數(shù)據(jù)處理單元。即使數(shù)據(jù)傳輸線路出現(xiàn)故障或斷電也不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。單元控制模塊內(nèi)部必須安裝可靠的電源檢測電路、看門狗電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)保護(hù)電路，具有過載掉電、掉電自動(dòng)恢復(fù)能力、防雷、防過壓措施，并可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)管理程序、數(shù)據(jù)校驗(yàn)處理、數(shù)據(jù)塊保護(hù)處理和命令冗余等抗干擾措施使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

(2)房間控制模塊基本功能

1、計(jì)量。房間控制模塊發(fā)送計(jì)量脈沖信號(hào),執(zhí)行計(jì)量任務(wù)。

2、控制。房間控制模塊執(zhí)行單元控制模塊發(fā)出的指令,接通或斷開房間的總電源。模塊的關(guān)鍵部件為繼電器,可選用新型的大電流電觸點(diǎn)的磁保持繼電器,利用12V電壓的正負(fù)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)。

(3)惡性負(fù)載智能識(shí)別控制的基本原理

1.建立數(shù)學(xué)模型。學(xué)生公寓智能電源控制管理系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生使用電器的動(dòng)態(tài)參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)電器特性將電器分為阻性負(fù)載和感性負(fù)載。

2、自動(dòng)識(shí)別控制。系統(tǒng)CPU程序在電器瞬間通電時(shí)自動(dòng)跟蹤檢測功率點(diǎn)大小，分析后發(fā)出控制指令。如下圖，假設(shè)系統(tǒng)將惡性負(fù)載的識(shí)別功率設(shè)置為300W。當(dāng)使用大于300W的阻性負(fù)載時(shí)（如電爐、“快取暖”等），系統(tǒng)檢測識(shí)別后會(huì)發(fā)出切斷房間電源的指令。當(dāng)機(jī)房使用感性負(fù)載（如電腦、充電器等）時(shí)，系統(tǒng)檢測后識(shí)別為正常電源負(fù)載，所有正常負(fù)載不會(huì)累加。當(dāng)房間使用1500W的電熱水器時(shí)，系統(tǒng)CPU程序?qū)崟r(shí)跟蹤檢測到電熱水器的瞬時(shí)功率點(diǎn)在開啟范圍內(nèi)，也會(huì)被識(shí)別為正常的電負(fù)荷控制指令。如下圖，假設(shè)系統(tǒng)將惡性負(fù)載的識(shí)別功率設(shè)置為300W。當(dāng)使用大于300W的阻性負(fù)載時(shí)（如電爐、“快取暖”等），系統(tǒng)檢測識(shí)別后會(huì)發(fā)出切斷房間電源的指令。當(dāng)機(jī)房使用感性負(fù)載（如電腦、充電器等）時(shí)，系統(tǒng)檢測后識(shí)別為正常電源負(fù)載，所有正常負(fù)載不會(huì)累加。當(dāng)房間使用1500W電熱水器時(shí)，系統(tǒng)CPU程序?qū)崟r(shí)跟蹤檢測電熱水器瞬時(shí)功率點(diǎn)在開啟范圍內(nèi)，也會(huì)被識(shí)別為正常用電負(fù)載。

(4)用電查詢管理器基本功能

1.查詢管理，單獨(dú)控制。用電量查詢管理器設(shè)置在每棟學(xué)生公寓樓內(nèi)，是大樓的中央控制單元。

2.集成電路芯片。采用新一代工控機(jī)的設(shè)計(jì)原理，集成了CPU、內(nèi)存、RS232接口、RS485接口、看門狗時(shí)鐘控制芯片，防止程序鎖死。耗電量查詢管理器設(shè)計(jì)為壁掛式小盒子設(shè)備，顯示面板采用LCD液晶顯示屏，面板配有小數(shù)字鍵盤。當(dāng)系統(tǒng)管理微機(jī)因故停機(jī)或人為停機(jī)時(shí)，用電查詢管理器可以代替系統(tǒng)管理微機(jī)的部分工作，執(zhí)行建筑物實(shí)時(shí)用電查詢功能和調(diào)度等任務(wù)。電源故障和電力傳輸。

(5)用電管理程序基本功能

1.房號(hào)設(shè)置。學(xué)生公寓的樓號(hào)和房間號(hào)可通過系統(tǒng)微機(jī)中的用電管理程序進(jìn)行設(shè)置。例如5號(hào)學(xué)生公寓1樓8號(hào)房間，其對應(yīng)的系統(tǒng)號(hào)為5108。

2.房間定時(shí)器和流量限制。通過系統(tǒng)微機(jī)中的用電管理程序，可以設(shè)置實(shí)現(xiàn)對每個(gè)單獨(dú)房間的定時(shí)、定量、限流的單獨(dú)管理和控制。

3、惡意負(fù)載識(shí)別。通過系統(tǒng)微機(jī)中的用電管理程序，設(shè)置惡性負(fù)載的識(shí)別功率，智能識(shí)別非法用電和普通用電。例如：識(shí)別功率設(shè)置為300W（識(shí)別功率大學(xué)可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整設(shè)置），則300W以上的電爐、“加熱快”等違規(guī)電器一律禁止，正常普通電器（如：電腦）、照明、臺(tái)燈等）無論功率多大，都正常工作。

4.收費(fèi)管理。通過系統(tǒng)微電腦中的用電管理程序，可以隨時(shí)為所有房間或每個(gè)房間支付電費(fèi)。針對高校為學(xué)生提供基本免配額電的要求，用電管理程序設(shè)置了免配額電自動(dòng)充值功能，基本免配額電將補(bǔ)充到所有房間或指定房間在每個(gè)月的指定時(shí)間。

5.其他功能。系統(tǒng)還具備欠費(fèi)或停電自動(dòng)報(bào)警、繳費(fèi)后自動(dòng)送電、退款管理功能、換房管理功能、公用電費(fèi)分?jǐn)偣δ艿裙δ?，這些功能可以有效解決日常使用中遇到的一些問題。大學(xué)生公寓用電管理。比如高校一般每年調(diào)整一次學(xué)生房間，退款管理和換房管理等功能就比較適用。

(6)用電安全保護(hù)

1、短路和過流保護(hù)。學(xué)生公寓智能電源控制管理系統(tǒng)在系統(tǒng)控制柜輸出端設(shè)有短路和過流雙重保護(hù)功能，有效保護(hù)學(xué)生用電時(shí)的人身安全。

2、違規(guī)斷電。當(dāng)學(xué)生在房間內(nèi)使用違章電器時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在5秒內(nèi)切斷房間總電源；學(xué)生拆除違章電器后，系統(tǒng)檢測識(shí)別后可在一分鐘內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)供電，無需人工恢復(fù)，安全用電非常方便。

(7)遠(yuǎn)程控制及實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警

1.遠(yuǎn)程控制。學(xué)生公寓智能電源控制管理系統(tǒng)的所有管理操作都可以在系統(tǒng)管理電腦上完成，真正實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。所有管理數(shù)據(jù)在系統(tǒng)管理微機(jī)和數(shù)字單元控制模塊之間實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)，并相互備份，保證了管理數(shù)據(jù)的安全。

2、實(shí)時(shí)監(jiān)控。在系統(tǒng)管理微機(jī)顯示屏上，大學(xué)生公寓每個(gè)房間的用電量用“★”的數(shù)字來表示，“★”越多，房間的實(shí)時(shí)用電量就越大。當(dāng)鼠標(biāo)指向房間時(shí)，系統(tǒng)立即實(shí)時(shí)顯示所指房間的實(shí)際功率參數(shù)等數(shù)值，相當(dāng)于同時(shí)設(shè)置了一個(gè)多參數(shù)顯示虛擬表。

(8)財(cái)務(wù)管理

1、財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)分析。學(xué)生公寓智能電控管理系統(tǒng)的管理程序還設(shè)置了財(cái)務(wù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)、財(cái)務(wù)分析等功能，方便高校的財(cái)務(wù)管理。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄管理員的所有工作，并生成系統(tǒng)日志。系統(tǒng)日志不可修改，避免財(cái)務(wù)作弊。

2. 可擴(kuò)展性。學(xué)生公寓智能電控管理系統(tǒng)預(yù)留了網(wǎng)絡(luò)接口，可支持校園卡收費(fèi)管理系統(tǒng)的授權(quán)收費(fèi)終端，并可提供與校園卡對接的接口參數(shù)。

3、Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)

3.1概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)是一套基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺(tái)。用戶只需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選擇網(wǎng)關(guān)，安裝并掃描二維碼，即可使用手機(jī)和電腦獲取所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

平臺(tái)提供數(shù)據(jù)駕駛艙、用電安全監(jiān)控、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報(bào)警及記錄、運(yùn)維管理等功能，支持多平臺(tái)、多語言，多終端數(shù)據(jù)訪問。

3.2應(yīng)用場所

本平臺(tái)適用于公寓租戶、小型連鎖超市、小型工廠、樓宇管理系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變電站、樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智慧燈塔、電力運(yùn)維等。

3.3平臺(tái)結(jié)構(gòu)

3.4平臺(tái)功能

3.4.1電力集抄

電力采集模塊可實(shí)現(xiàn)對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警和綜合展示，確保配電室環(huán)境友好。在智能化方面，實(shí)現(xiàn)了供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測、遙信、遠(yuǎn)程控制，對系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室各種設(shè)備的運(yùn)行情況（包括歷史和實(shí)時(shí)參數(shù)，并可根據(jù)實(shí)際情況查詢或打印日、月、年報(bào)表）提高工作效率，節(jié)省人力資源。

3.4.2能耗分析

能耗分析模塊采用自動(dòng)化和信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能源管理等全過程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源全過程生產(chǎn)與使用有機(jī)結(jié)合，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析與管理，實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡，有效利用能源，提高能源質(zhì)量，減少能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗，提高整體能源管理水平的目的。

3.4.3預(yù)付費(fèi)管理

1）登錄管理：管理操作員賬號(hào)及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2) 系統(tǒng)配置：配置樓宇、通信管理機(jī)、儀器、默認(rèn)參數(shù)；

3）用戶管理：對店鋪用戶進(jìn)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程開、關(guān)、批量操作、記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的電表進(jìn)行異地售電、退票、更正、查詢備案等操作；

5) 售水管理：對已開戶的水表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退款、查詢備案等操作；

6）報(bào)表中心：提供售電、售水財(cái)務(wù)報(bào)表、能耗報(bào)表、告警報(bào)表等查詢。本系統(tǒng)所有報(bào)表、記錄查詢均支持excel格式導(dǎo)出。

3.4.4充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和每個(gè)充電樁進(jìn)行持續(xù)采集和監(jiān)控。對溫度保護(hù)、充電器輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺(tái)包含充電樁運(yùn)營的所有功能，包括市級大屏、交易管理、財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)行分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

3.4.5智能照明

智能照明可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對安裝在城市各個(gè)區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明線路的耗電狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，還可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)機(jī)策略配置、后臺(tái)遠(yuǎn)程管理和移動(dòng)管理，等，降低路燈設(shè)施維護(hù)難度和成本，提高管理水平，達(dá)到一定的節(jié)能減掛效果。

3.4.6安全用電

采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測器，用電安全。和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤和統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)做到第一時(shí)間排查處理，杜絕電氣火災(zāi)隱患安全隱患，實(shí)現(xiàn)“防患于未然”的目的。

3.4.7智慧消防

通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現(xiàn)火災(zāi)科學(xué)預(yù)警、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多責(zé)任監(jiān)管的目標(biāo)。填補(bǔ)了“九小場所”和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適用于所有公私建筑，實(shí)現(xiàn)無人值守的智慧消防，實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)化”和“智能化”智慧消防、用電管理“制度化”、“精細(xì)化”。

3.5系統(tǒng)硬件配置

4、結(jié)束語

“學(xué)生公寓智能控電管理系統(tǒng)”應(yīng)是專門針對高校學(xué)生公寓用電特點(diǎn)及其急需解決的安全用電問題,采用智能化數(shù)學(xué)模型控制技術(shù)構(gòu)建的全套數(shù)字化安全用電管理系統(tǒng)技術(shù)解決方案。目前市場上已有一些技術(shù)產(chǎn)品可以滿足一般的集中用電管理要求,但在惡性負(fù)載智能識(shí)別控制技術(shù)和實(shí)時(shí)跟蹤檢測手段等方面還有待進(jìn)一步提高。

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