淺談學生宿舍用電管理系統(tǒng)的設計及應用

更新時間：2023-04-11

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安科瑞陳聰

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。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)。

關鍵詞:宿舍安全用電；預付費；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備,到現(xiàn)今設有熱水淋浴、空調(diào)、電話、電視和電腦高速網(wǎng)絡終端，因此,在當前學生宿舍的電氣改造或設計中,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)生火災及觸電事故的電器，為了消除集體宿舍用電安全隱患，相關方面經(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)設計制造。該系統(tǒng)組成：宿舍智能管理模塊、數(shù)據(jù)網(wǎng)關、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)絡組成：宿舍智能管理模塊與數(shù)據(jù)網(wǎng)關之間為 RS485 總線（MOD-BUS 協(xié)議），采用雙絞屏蔽線穿鋼管敷設手拉手連接；數(shù)據(jù)網(wǎng)關與管理終端機等設備均為超五類網(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開關輸出的綜合智能管理模塊。

（2）數(shù)據(jù)網(wǎng)關：是實現(xiàn) RS485 轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)傳輸?shù)木W(wǎng)絡附件。

（3）管理終端機：是宿舍管理員管理操作終端設備，設置在管理員處，具備管理員權(quán)限；可以實現(xiàn)開關燈、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、開關燈、售電、退售、違章用電處罰、畢業(yè)銷戶、與學校相關管理部門數(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)一關燈，在需要用空調(diào)的季節(jié)把電扇和空調(diào)的電源不關斷；在可能無人在宿舍的時間段統(tǒng)一關掉全部電源；在有衛(wèi)生間的宿舍，在夜間關燈后可以統(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)設定，從而實現(xiàn)中心管理的電費計量、預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)遠程開關燈管理、實時監(jiān)控、模塊參數(shù)設定；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)在實際項目中的應用

在對某所大學新校區(qū)宿舍設計當中，綜合目前學校普遍存在的用電安全管理隱患以及學校領導對用電安全管理提出的新要求，我們在此次設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，每間宿舍預留空調(diào)插座。根據(jù)宿舍特點及用電負荷，在設計中每間宿舍設置配電箱；每層樓強電井內(nèi)設置一個樓層總配電箱；一層強電井內(nèi)設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、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置在每間宿舍的終端配電箱處，數(shù)據(jù)網(wǎng)關設置在每層樓強電井內(nèi)，管理終端機設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)關之間為 RS485 總線（MOD-BUS協(xié)議），采用雙絞屏蔽線穿鋼管敷設手拉手連接；

（2）數(shù)據(jù)網(wǎng)關與管理終端機等設備均為超五類網(wǎng)線以太網(wǎng)連接，放射式組網(wǎng)至每棟樓設置的網(wǎng)絡交換機。管理終端機是宿舍管理員管理操作終端設備，具備管理員權(quán)限；可以實現(xiàn)開關燈、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)設定，從而實現(xiàn)中心管理的電費計量、預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、開關燈、售電、退售、違章用電處罰、畢業(yè)銷戶、與學校相關管理部門數(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)遠程開關燈管理、實時監(jiān)控、模塊參數(shù)設定；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。