淺談學生宿舍用電管理系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

更新時間：2023-05-19 點擊次數(shù)：1031

張心志

安科瑞電氣股份有限公司

摘要：各式各樣的電器給我們的生活帶來了極大的便利，但是，不安全的用電方式也給我們的生活帶來了極大的安全隱患，尤其是學生公寓安全用電管理更是學校面臨的重要任務(wù)。從安全用電角度提出了一套集用電管理、計量、惡性負載智能識別控制、實時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；預(yù)付費；惡性負載；智能管理

1概述

近年來, 為了改善和滿足大學生的居住條件,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,在當前學生宿舍的電氣改造或設(shè)計中,有必要在電力負荷容量確定時,既要滿足目前的負荷要求,又要考慮今后的發(fā)展。但是學校又明令禁止學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。基于用電安全、電線使用壽命等因素，如何應(yīng)用科學手段進行科學管理，提出了“集用電管理、計量、惡性負載智能識別控制、實時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)精確計量電量，采用專用大規(guī)模集成電路與最新的單片處理器及外圍芯片技術(shù)設(shè)計制造。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、宿舍管理數(shù)據(jù)中心機、系統(tǒng)軟件。具有安全用電、節(jié)能管理、精確計量等功能。

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)與管理終端機等設(shè)備均為超五類網(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：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；可以實現(xiàn)開關(guān)燈、售電、違章用電處罰等操作。還能對每間宿舍所住人員進行管理，記錄人員姓名、班級、入住時間、離開時間、離開原因等。

（4）宿舍管理數(shù)據(jù)中心機：是中心處理機，設(shè)置在學生管理處，具備管理員權(quán)限、程序員權(quán)限等高級權(quán)限；可以實現(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 惡性負載識別功能：

模塊具備惡性負載識別功能：禁止電爐、熱得快、電磁爐、微波爐、電熱毯、電吹風機等大功率或者引起接觸火災(zāi)的負載使用，同時允許 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)功率限制為主的負載識別技術(shù)，傳統(tǒng)負載識別技術(shù)在限制了惡性負載使用的同時，把功率大于其設(shè)定識別起始功率的空調(diào)負載也限制了。

3.2 模塊靈活的管理功能：

一路輸入、二~四路輸出，可以方便的實現(xiàn)宿舍的管理要求，其輸出分別對應(yīng)照明、插座、空調(diào)、衛(wèi)生間的供電回路；通過管理系統(tǒng)實現(xiàn)分時或分季節(jié)對照明、插座、空調(diào)、衛(wèi)生間的供電；比如：晚上 11 時統(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；同時對于需要限制插座用電的宿舍可以單獨限制其插座的電源；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 精確計量功能：

管理中心主機通過通訊網(wǎng)絡(luò)采集各分散式安全模塊的數(shù)據(jù)信息并進行計算、查詢、統(tǒng)計、打印及參數(shù)設(shè)定，從而實現(xiàn)中心管理的電費計量、預(yù)售電管理及安全用電控制等；具有能累計計量支持后付費、低電量報警功能及能計量正負兩個方向的電能，雙方向能累計，有效防止偷漏電現(xiàn)象。

3.4 軟件功能強大

可以實現(xiàn)遠程開關(guān)燈管理、實時監(jiān)控、模塊參數(shù)設(shè)定；支持數(shù)據(jù)庫、支持定制；可以集成水表等實現(xiàn)節(jié)能管理；支持校園網(wǎng) WEB 查詢、權(quán)限登錄、分時段自動控制；可實現(xiàn)一卡通系統(tǒng)自動售電。

4宿舍用電智能管理系統(tǒng)在實際項目中的應(yīng)用

在對某所大學新校區(qū)宿舍設(shè)計當中，綜合目前學校普遍存在的用電安全管理隱患以及學校領(lǐng)導(dǎo)對用電安全管理提出的新要求，我們在此次設(shè)計中采用了這套智能管理系統(tǒng)。該學校共建 6 棟宿舍樓，4 人一間宿舍，每間宿舍均帶有獨立衛(wèi)生間，每間宿舍預(yù)留空調(diào)插座。根據(jù)宿舍特點及用電負荷，在設(shè)計中每間宿舍設(shè)置配電箱；每層樓強電井內(nèi)設(shè)置一個樓層總配電箱；一層強電井內(nèi)設(shè)置一個總電源進線配電箱。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。模塊具備惡性負載識別功能和通過管理系統(tǒng)實現(xiàn)分時或分季節(jié)對照明、插座、空調(diào)、衛(wèi)生間的供電，可方便實現(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、宿舍管理數(shù)據(jù)中心機、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)置在每層樓強電井內(nèi)，管理終端機設(shè)置在每棟宿舍值班室內(nèi)，宿舍管理數(shù)據(jù)中心機是中心處理機設(shè)置在學生管理處。該套系統(tǒng)的工作原理：

（1）每間獨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)與管理終端機等設(shè)備均為超五類網(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。管理終端機是宿舍管理員管理操作終端設(shè)備，具備管理員權(quán)限；可以實現(xiàn)開關(guān)燈、售電、違章用電處罰等操作。還能對每間宿舍所住人員進行管理，記錄人員姓名、班級、入住時間、離開時間、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)信息并進行計算、查詢、統(tǒng)計、打印及參數(shù)設(shè)定，從而實現(xiàn)中心管理的電費計量、預(yù)售電管理及安全用電控制等；學生管理處的宿舍管理數(shù)據(jù)中心機具備管理員權(quán)限、程序員權(quán)限等高級權(quán)限；可以實現(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)軟件功能強大，可以實現(xiàn)遠程開關(guān)燈管理、實時監(jiān)控、模塊參數(shù)設(shè)定；支持數(shù)據(jù)庫、支持定制；可以集成水表等實現(xiàn)節(jié)能管理；支持校園網(wǎng) WEB 查詢、權(quán)限登錄、分時段自動控制；可實現(xiàn)一卡通系統(tǒng)自動售電。以上功能可實現(xiàn)擴展，等需要實現(xiàn)此功能再軟件升級開發(fā)即可，這樣可節(jié)省先期資金投入。