淺談宿舍智能用電管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

時(shí)間：2022-08-11作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：199

摘要：各式各樣的電器給我們的生活帶來了較大的便利，但是，不安全的用電方式也給我們的生活帶來了較大的安全隱患，尤其是學(xué)生公寓安全用電管理較是學(xué)校面臨的重要任務(wù)。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多功能智能用電管理系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:宿舍安全用電；惡性負(fù)載；智能管理；精確計(jì)量
1概述
近年來, 為了改善和滿足大學(xué)生的居住條件,宿舍內(nèi)的配置由過去滿足基本生活需求的設(shè)備,到現(xiàn)今設(shè)有熱水淋浴、空調(diào)、電話、電視和電腦高速網(wǎng)絡(luò)終端 ，因此,在當(dāng)前學(xué)生宿舍的電氣改造或設(shè)計(jì)中,有必要在電力負(fù)荷容量確定時(shí),既要滿足目前的負(fù)荷要求,又要考慮今后的發(fā)展。但是學(xué)校又明令禁止學(xué)生在宿舍使用熱得快、電爐、電飯鍋、電熨斗、電磁爐、電熱杯、電水壺、暖手寶、電熱毯及其它易發(fā)生火災(zāi)及觸電事故的電器，為了消除集體宿舍用電安全隱患，相關(guān)方面經(jīng)常要花費(fèi)很大的人力、物力、精力去檢查宿舍是否使用了大功率用電器，但收效甚微?；谟秒姲踩?、電線使用壽命等因素，如何應(yīng)用科學(xué)手段進(jìn)行科學(xué)管理，提出了“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多功能智能用電管理系統(tǒng)”，這套系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測到宿舍是否使用了違章電器，并且能立刻切斷宿舍電源，這樣能從根本上消除宿舍內(nèi)使用禁用電器的現(xiàn)象，從而消除用電隱患。
2宿舍用電智能管理系統(tǒng)的組成
宿舍用電智能管理系統(tǒng)應(yīng)用微電子技術(shù)精確計(jì)量電量，采用**大規(guī)模集成電路與較新的單片處理器及外圍芯片技術(shù)設(shè)計(jì)制造。該系統(tǒng)組成：宿舍智能管理模塊、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、管理終端機(jī)、宿舍管理數(shù)據(jù)中心機(jī)、系統(tǒng)軟件。具有安全用電 、節(jié)能管理、精確計(jì)量等功能。
2.1 網(wǎng)絡(luò)組成：宿舍智能管理模塊與數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)之間為 RS485 總線（MOD-BUS 協(xié)議），采用
雙絞屏蔽線穿鋼管敷設(shè)手拉手連接；數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與管理終端機(jī)等設(shè)備均為**五類網(wǎng)
線以太網(wǎng)連接，放射式組網(wǎng)。
2.2 模塊簡介：
（1）宿舍智能管理模塊：為一路220V 20A 交流電源輸入，2-4路16A開關(guān)輸出的綜合智能管理模塊。
（2）數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)：是實(shí)現(xiàn) RS485 轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)附件。
（3）管理終端機(jī)：是宿舍管理員管理操作終端設(shè)備，設(shè)置在管理員處，具備管理員權(quán)限；可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈、售電、違章用電處罰等操作。還能對(duì)每間宿舍所住人員進(jìn)行管理，記錄人員姓名、班級(jí)、入住時(shí)間、離開時(shí)間、離開原因等。
（4）宿舍管理數(shù)據(jù)中心機(jī)：是中心處理機(jī)，設(shè)置在學(xué)生管理處，具備管理員權(quán)限、程序員權(quán)限等**權(quán)限；可以實(shí)現(xiàn)入住開戶、開關(guān)燈、售電、退售、違章用電處罰、畢業(yè)銷戶、與學(xué)校相關(guān)管理部門數(shù)據(jù)交換等操作。
3宿舍用電智能管理系統(tǒng)的功能
3.1 惡性負(fù)載識(shí)別功能：
模塊具備惡性負(fù)載識(shí)別功能：禁止電爐、熱得快、電磁爐、微波爐、電熱毯 、電吹風(fēng)機(jī)等大功率或者引起接觸火災(zāi)的負(fù)載使用，同時(shí)允許 1.2kW~1.5kW 的空調(diào)正常使用；其技術(shù)基礎(chǔ)區(qū)別于傳統(tǒng)功率限制為主的負(fù)載識(shí)別技術(shù)，傳統(tǒng)負(fù)載識(shí)別技術(shù)在限制了惡性負(fù)載使用的同時(shí)，把功率大于其設(shè)定識(shí)別起始功率的空調(diào)負(fù)載也限制了。
3.2 模塊靈活的管理功能：
一路輸入、二~四路輸出，可以方便的實(shí)現(xiàn)宿舍的管理要求，其輸出分別對(duì)應(yīng)照明、插座、空調(diào)、衛(wèi)生間的供電回路；通過管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分時(shí)或分季節(jié)對(duì)照明、插座、空調(diào)、衛(wèi)生間的供電；比如：晚上 11 時(shí)統(tǒng)一關(guān)燈，在需要用空調(diào)的季節(jié)把電扇和空調(diào)的電源不關(guān)斷；在可能無人在宿舍的時(shí)間段統(tǒng)一關(guān)掉全部電源；在有衛(wèi)生間的宿舍，在夜間關(guān)燈后可以統(tǒng)一轉(zhuǎn)讓夜間照明模式，夜間照明模式電源為直流 12V；同時(shí)對(duì)于需要限制插座用電的宿舍可以單獨(dú)限制其插座的電源；不需要使用空調(diào)電扇的季節(jié)統(tǒng)一關(guān)掉所有的空調(diào)電源。
3.3 精確計(jì)量功能：
管理中心主機(jī)通過通訊網(wǎng)絡(luò)采集各分散式安全模塊的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行計(jì)算 、查詢、統(tǒng)計(jì)、打印及參數(shù)設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)中心管理的電費(fèi)計(jì)量、預(yù)售電管理及安全用電控制等；具有能累計(jì)計(jì)量支持后付費(fèi)、低電量報(bào)警功能及能計(jì)量正負(fù)兩個(gè)方向的電能，雙方向能累計(jì)，有效防止偷漏電現(xiàn)象。
3.4 軟件功能強(qiáng)大
可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)燈管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、模塊參數(shù)設(shè)定；支持?jǐn)?shù)據(jù)庫、支持定制；可以集成水表等實(shí)現(xiàn)節(jié)能管理；支持校園網(wǎng) WEB 查詢、權(quán)限登錄、分時(shí)段自動(dòng)控制；可實(shí)現(xiàn)一卡通系統(tǒng)自動(dòng)售電。
4宿舍用電智能管理系統(tǒng)在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用
在對(duì)某所大學(xué)新校區(qū)宿舍設(shè)計(jì)當(dāng)中，綜合目前學(xué)校普遍存在的用電安全管理隱患以及學(xué)校**對(duì)用電安全管理提出的新要求，我們在此次設(shè)計(jì)中采用了這套智能管理系統(tǒng)。該學(xué)校共建 6 棟宿舍樓，4 人一間宿舍，每間宿舍均帶有獨(dú)立衛(wèi)生間，每間宿舍預(yù)留空調(diào)插座。根據(jù)宿舍特點(diǎn)及用電負(fù)荷，在設(shè)計(jì)中每間宿舍設(shè)置配電箱；每層樓強(qiáng)電井內(nèi)設(shè)置一個(gè)樓層總配電箱；一層強(qiáng)電井內(nèi)設(shè)置一個(gè)總電源進(jìn)線配電箱。如圖 1 所示，每間宿舍終端配電箱處設(shè)置宿舍智能管理模塊，此模塊為 1路 220V 20A 交流電源輸入，4 路 16A 開關(guān)輸出，輸出包括照明、插座、衛(wèi)生間用電及空調(diào)用電。模塊具備惡性負(fù)載識(shí)別功能和通過管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分時(shí)或分季節(jié)對(duì)照明、插座、空調(diào)、衛(wèi)生間的供電，可方便實(shí)現(xiàn)宿舍的用電管理要求：

圖 1 宿舍終端配電箱系統(tǒng)圖
如圖 2 所示，該宿舍用電智能管理系統(tǒng)組成：宿舍智能管理模塊、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān) 、管理終端機(jī)、宿舍管理數(shù)據(jù)中心機(jī)、系統(tǒng)軟件。宿舍智能管理模塊設(shè)置在每間宿舍的終端配電箱處，數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)設(shè)置在每層樓強(qiáng)電井內(nèi)，管理終端機(jī)設(shè)置在每棟宿舍值班室內(nèi)，宿舍管理數(shù)據(jù)中心機(jī)是中心處理機(jī)設(shè)置在學(xué)生管理處。該套系統(tǒng)的工作原理：
（1）每間獨(dú)立宿舍智能管理模塊與數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)之間為 RS485 總線（MOD-BUS協(xié)議），采用雙絞屏蔽線穿鋼管敷設(shè)手拉手連接；
（2）數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與管理終端機(jī)等設(shè)備均為**五類網(wǎng)線以太網(wǎng)連接，放射式組網(wǎng)至每棟樓設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。管理終端機(jī)是宿舍管理員管理操作終端設(shè)備，具備管理員權(quán)限；可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈、售電、違章用電處罰等操作。還能對(duì)每間宿舍所住人員進(jìn)行管理，記錄人員姓名、班級(jí)、入住時(shí)間、離開時(shí)間、離開原因等。
（3）每棟樓通過六類單模光纖傳輸數(shù)據(jù)到學(xué)生管理處，通過通訊網(wǎng)絡(luò)采集各分散式安全模塊的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行計(jì)算、查詢、統(tǒng)計(jì)、打印及參數(shù)設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)中心管理的電費(fèi)計(jì)量、預(yù)售電管理及安全用電控制等；學(xué)生管理處的宿舍管理數(shù)據(jù)中心機(jī)具備管理員權(quán)限、程序員權(quán)限等**權(quán)限；可以實(shí)現(xiàn)入住開戶、開關(guān)燈、售電、退售、違章用電處罰、畢業(yè)銷戶、與學(xué)校相關(guān)管理部門數(shù)據(jù)交換等操作。
（4）宿舍用電智能管理系統(tǒng)軟件功能強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)燈管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、模塊參數(shù)設(shè)定；支持?jǐn)?shù)據(jù)庫、支持定制；可以集成水表等實(shí)現(xiàn)節(jié)能管理 ；支持校園網(wǎng) WEB 查詢、權(quán)限登錄、分時(shí)段自動(dòng)控制；可實(shí)現(xiàn)一卡通系統(tǒng)自動(dòng)售電。以上功能可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，等需要實(shí)現(xiàn)此功能再軟件升級(jí)開發(fā)即可，這樣可節(jié)省先期資金投入。
圖 2 宿舍用電智能管理系統(tǒng)圖
5安科瑞宿舍用電管理系統(tǒng)及選型
5.1 系統(tǒng)方案
高校宿舍作為一個(gè)特殊應(yīng)用場合，在傳統(tǒng)的電能管理需求的基礎(chǔ)上有著與其他應(yīng)用場合所不同的要求，強(qiáng)調(diào)的是用電控制管理，如宿舍的時(shí)間管理（按時(shí)熄燈、按時(shí)送電，某一些設(shè)備如空調(diào)不能納入熄燈范圍）、惡性負(fù)載控制、基礎(chǔ)電量設(shè)置等。系統(tǒng)建設(shè)的意義：
方便學(xué)校對(duì)宿舍的用電收費(fèi)，學(xué)生群體眾多，傳統(tǒng)的后付費(fèi)方式已無法滿足校方需求，收費(fèi)管理可與校園一卡通對(duì)接，學(xué)生可以自助繳費(fèi)。
通過技術(shù)手段加強(qiáng)對(duì)宿舍的用電管理，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間定時(shí)控制、惡性負(fù)載檢測、基礎(chǔ)電費(fèi)下發(fā)等適合學(xué)校規(guī)范管理的功能。
人性化的方案設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)單一宿舍內(nèi)的多個(gè)支路的獨(dú)立控制，讓學(xué)生可獲得較高質(zhì)量的宿舍生活提供了支持。
惡性負(fù)載控制（如卷發(fā)棒、電吹風(fēng)、電爐、熱得快、電熱杯等實(shí)施自動(dòng)識(shí)別控制）、夜間小功率設(shè)置、移相插座識(shí)別、負(fù)載學(xué)習(xí)功能（白名單）。
5.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有預(yù)付費(fèi)基礎(chǔ)上增加了宿舍電能管理所需的各種功能，解決了高校宿舍電能管理問題。

5.3系統(tǒng)功能
AcrelCloud-3100學(xué)生宿舍版預(yù)付費(fèi)云平臺(tái)是與ADM130（一進(jìn)三出）或ADF300L（多回路計(jì)量箱）預(yù)付費(fèi)電能表配套的云平臺(tái)。它是以電能管理網(wǎng)站和集中抄表軟件為主，包括服務(wù)器，通訊管理機(jī)在內(nèi)的集成系統(tǒng)。針對(duì)高校宿舍這一特殊應(yīng)用場合研發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)電能監(jiān)控、時(shí)間管理、惡性負(fù)載管理、預(yù)付費(fèi)管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。
批量操作：系統(tǒng)支持對(duì)宿舍進(jìn)行批量設(shè)置，批量初始化、批量下發(fā)基礎(chǔ)電量、批量設(shè)置負(fù)控、批量設(shè)置時(shí)控等，方便學(xué)校進(jìn)行統(tǒng)一管理。
惡性負(fù)載自動(dòng)識(shí)別控制：對(duì)不允許使用的發(fā)熱電器（如電爐、熱得快、電熱杯等）實(shí)施自動(dòng)識(shí)別控制，發(fā)現(xiàn)這些發(fā)熱電器自動(dòng)斷電。惡性負(fù)載暫停時(shí)間和次數(shù)可通過軟件設(shè)定。 
基礎(chǔ)電費(fèi)：可以設(shè)置每月給學(xué)生下發(fā)的免費(fèi)輔助電費(fèi)，覆蓋式下發(fā)，不累計(jì)。
時(shí)間控制功能：支持較多8個(gè)時(shí)段設(shè)置宿舍供電斷電，方便管理學(xué)生宿舍作息 。
對(duì)接一卡通支付：系統(tǒng)支持中間庫，接口等方式對(duì)接學(xué)校一卡通，方便學(xué)生自助購電 。
一進(jìn)三出：ADM130電表支持較多三回路輸出，各回路單獨(dú)分合閘、惡性負(fù)載、時(shí)控等設(shè)置。
遠(yuǎn)程售電：操作員可以通過后臺(tái)給宿舍進(jìn)行電費(fèi)充值，學(xué)生也可以通過學(xué)習(xí)一卡通、學(xué)校微信公眾號(hào)進(jìn)行自助充值。
遠(yuǎn)程集中抄表：抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)上傳到云平臺(tái)，快速便捷，免去人工抄表 。
遠(yuǎn)程控制：可對(duì)任意一塊電表執(zhí)行遠(yuǎn)程拉閘或保電等一系列遠(yuǎn)程控制操作，方便管理。
5.4系統(tǒng)設(shè)備選型
6小結(jié)
擁有諸多優(yōu)勢的宿舍用電智能管理系統(tǒng)會(huì)越來越廣泛地應(yīng)用在學(xué)校中，是目前學(xué)校用電管理至關(guān)重要的安全**體系，具有安全用電、節(jié)能管理、精確計(jì)量等功能。同時(shí)希望宿舍用電智能管理系統(tǒng)在實(shí)踐應(yīng)用的過程中不斷地完善和進(jìn)步。


【參考文獻(xiàn)】
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[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2019.11版
[3]雷景惠，閆 浩.宿舍智能用電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺談[J]

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