摘要：根據(jù)大學(xué)生公y寓用電的特點(diǎn)，從安/全用電的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)跟進(jìn)檢測(cè)等功能于一體的數(shù)字安/全用電管理系統(tǒng)技術(shù)解決方案——學(xué)生公y寓智能控電管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：公y寓惡性負(fù)載安/全電智能系統(tǒng)

0、引言

近年來(lái)，隨著校物流社會(huì)化改G的快速推進(jìn)，為了響應(yīng)國(guó)家創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)的號(hào)召，地方校對(duì)原有校內(nèi)學(xué)生公y寓采用了新的管理模式。地方和等院校努力利用社會(huì)資金，通過(guò)各種渠道和社會(huì)化方式，建設(shè)了一批質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)生公y寓，大大改善了大學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)條件，受到等院校師生的廣泛歡迎。

公y寓內(nèi)從過(guò)去滿(mǎn)足基本生活需求的設(shè)備配置到現(xiàn)在的電熱水器、空調(diào)、電腦、浴霸等。對(duì)學(xué)生公y寓采用限電流、定時(shí)間斷電的傳統(tǒng)用電管理模式，顯然不能滿(mǎn)足大學(xué)生的使用需求。更值得一提的是，被稱(chēng)為惡性負(fù)載的電器，如沸水電爐、“快熱"等產(chǎn)品。這些非法電器的使用給學(xué)生公y寓的用電帶來(lái)了巨大的安/全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)學(xué)生的生命和財(cái)產(chǎn)安/全構(gòu)成了巨大的威脅。為了解決大學(xué)生公y寓安/全用電的諸多問(wèn)題，筆者在原有學(xué)生宿舍集中用電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，從安/全用電的角度提出了一套適合大學(xué)生公y寓的數(shù)字安/全用電管理系統(tǒng)技術(shù)解決方案——學(xué)生公y寓智能控電管理系統(tǒng)。

1、系統(tǒng)的基本要求

（1）下圖為學(xué)生公y寓智能控電管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)中的數(shù)字控制模塊采用智能數(shù)學(xué)模型控制技術(shù)，集電力管理、測(cè)量、惡性負(fù)載智能識(shí)別控制、實(shí)時(shí)跟進(jìn)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)于一體，是學(xué)生公y寓智能控電管理系統(tǒng)的核心部分。

（2）網(wǎng)絡(luò)模式。本系統(tǒng)采用分布式單元控制設(shè)計(jì)原則，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。它不僅可以使用低成本、低網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)要求的RS-485總線(xiàn)，還可以使用大學(xué)校園局域網(wǎng)和中國(guó)移動(dòng)GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。在這里，我們以前一種網(wǎng)絡(luò)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):Windows2000/等主流操作系統(tǒng)XP;內(nèi)存；硬盤(pán)；顯示器等。

2、系統(tǒng)的基本功能和原理

(1)單元控制模塊的基本功能

1.智能識(shí)別控制數(shù)據(jù)采集、傳輸和惡性負(fù)載。二是集成電路芯片。單元控制模塊需要解釋和執(zhí)行系統(tǒng)計(jì)算機(jī)指令。每個(gè)單元控制模塊負(fù)責(zé)8個(gè)房間控制模塊，采用超大型集成電路芯片，集成獨(dú)li的CPU單元和數(shù)據(jù)處理單元。即使數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)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)應(yīng)設(shè)置可靠的電源檢測(cè)電路、看門(mén)狗電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)保護(hù)電路，具有過(guò)載電源、電源自動(dòng)恢復(fù)能力、防雷、過(guò)壓措施，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)驗(yàn)證處理、數(shù)據(jù)塊保護(hù)處理、系統(tǒng)管理程序中的指令冗余等抗干擾措施，使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

(2)房間控制模塊的基本功能

1、測(cè)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，連接或斷開(kāi)房間的總電源。該模塊的關(guān)鍵部件是繼電器，由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y寓智能控電管理系統(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)其用電特性將電器分為電阻負(fù)載和感性負(fù)載。

2、自動(dòng)識(shí)別控制。系統(tǒng)CPU程序自動(dòng)跟進(jìn)檢測(cè)電器瞬時(shí)加電時(shí)的功率點(diǎn)大小，分析后發(fā)出控制指令。如下圖所示，假設(shè)系統(tǒng)設(shè)置的惡性負(fù)載識(shí)別功率為300W，當(dāng)使用超過(guò)300W的阻性負(fù)載（如電爐、“快熱"等）時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出切斷房間電源的指令。當(dāng)房間使用感性負(fù)荷（如計(jì)算機(jī)、充電器等）時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)后識(shí)別為正常電力負(fù)荷，所有正常負(fù)荷不會(huì)累積。當(dāng)房間使用1500W電熱水器時(shí)，系統(tǒng)CPU程序?qū)崟r(shí)跟進(jìn)檢測(cè)到電熱水器的瞬時(shí)加電功率點(diǎn)在展開(kāi)范圍內(nèi)，并將其識(shí)別為正常的電力負(fù)載系統(tǒng)指令。如下圖所示，假設(shè)系統(tǒng)設(shè)置的惡性負(fù)載識(shí)別功率為300W，當(dāng)使用超過(guò)300W的阻性負(fù)載（如電爐、“快熱"等）時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出切斷房間電源的指令。當(dāng)房間使用感性負(fù)荷（如計(jì)算機(jī)、充電器等）時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)后識(shí)別為正常電力負(fù)荷，所有正常負(fù)荷不會(huì)累積。當(dāng)房間使用1500W電熱水器時(shí)，系統(tǒng)CPU程序?qū)崟r(shí)跟進(jìn)檢測(cè)到電熱水器的瞬時(shí)加電功率點(diǎn)處于展開(kāi)范圍，并將其識(shí)別為正常用電負(fù)載。

(4)用電查詢(xún)管理器的基本功能

1、查詢(xún)管理，單獨(dú)控制。每棟學(xué)生公y寓樓都設(shè)置了電查詢(xún)管理器，這是該建筑的中/央控制單元。

2、集成電路芯片。CPU采用新一代工業(yè)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)原理，集成、存儲(chǔ)器、RS232接口、RS485接口、防止程序鎖定的看門(mén)狗時(shí)鐘控制芯片等。電氣查詢(xún)管理器設(shè)計(jì)為壁掛式小箱裝置，顯示面板采用LCD液晶顯示屏，面板采用小數(shù)字鍵盤(pán)。當(dāng)系統(tǒng)管理微機(jī)因某種原因關(guān)閉或人為關(guān)閉時(shí)，電源查詢(xún)管理器可以取代系統(tǒng)管理微機(jī)的部分工作，執(zhí)行建筑物的實(shí)時(shí)電源查詢(xún)功能和定期斷電和供電任務(wù)。

(5)用電管理程序的基本功能

1、設(shè)置房間號(hào)碼。學(xué)生公y寓的建筑號(hào)碼和房間號(hào)碼可以通過(guò)系統(tǒng)微機(jī)中的用電管理程序設(shè)置。例如，第5號(hào)學(xué)生公y寓一樓的第8個(gè)房間，相應(yīng)的系統(tǒng)號(hào)碼為5108。

2、房間定時(shí)限流。每個(gè)單獨(dú)房間的定時(shí)、定量、限電流等單獨(dú)管理控制可通過(guò)系統(tǒng)微機(jī)中的用電管理程序設(shè)置。

3、惡性負(fù)載識(shí)別。通過(guò)系統(tǒng)微機(jī)中的電力管理程序設(shè)置惡性負(fù)載識(shí)別功率，智能識(shí)別非法電器和普通電器。例如，如果識(shí)別功率設(shè)置為300W（識(shí)別功率大學(xué)可根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行調(diào)整），則禁止使用300W以上的電爐、“快熱"等非法電器，正常普通電器（如計(jì)算機(jī)、照明、臺(tái)燈等）。不管功率是多少，都是正常使用的。

4、收費(fèi)管理。通過(guò)系統(tǒng)微機(jī)中的電力管理程序，您可以隨時(shí)為所有房間或每個(gè)房間支付電費(fèi)。針對(duì)校為學(xué)生提供基本定額免費(fèi)電源的要求，電力管理程序設(shè)置了定額免費(fèi)電源自動(dòng)充電功能，并在每月時(shí)間向所有房間或房間補(bǔ)充基本定額免費(fèi)電源。

5、其他功能。該系統(tǒng)還設(shè)置了拖欠自動(dòng)報(bào)J或停電、支付自動(dòng)電源功能、退款管理功能、房屋更換管理功能、公共電費(fèi)共享功能等。這些功能可以有效地解決大學(xué)生公y寓電力管理中遇到的一些日常問(wèn)題。例如，大學(xué)一般每年調(diào)整一次學(xué)生房間，更適用于退款管理功能和房屋更換管理功能。

(6)用電安/全保護(hù)

1、短路過(guò)流保護(hù)。學(xué)生公y寓智能控電管理系統(tǒng)在系統(tǒng)控制柜輸出端設(shè)置短路過(guò)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、非法停電。當(dāng)學(xué)生在房間內(nèi)使用非法電器時(shí)，系統(tǒng)將在5秒內(nèi)切斷房間的總電源；學(xué)生拆除非法電器后，系統(tǒng)可在一分鐘內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)電源，無(wú)需手動(dòng)恢復(fù)，安/全用電非常方便。

(7)遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)J

1、遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)管理微機(jī)上可以完成學(xué)生公y寓智能控電管理系統(tǒng)的所有管理操作，真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)管理微機(jī)與數(shù)字單元控制模塊之間的所有管理數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、存儲(chǔ)和備份，確保管理數(shù)據(jù)的安/全。

2、實(shí)時(shí)監(jiān)控。在系統(tǒng)管理微機(jī)顯示器上，大學(xué)生公y寓每個(gè)房間的電源大小為“★“號(hào)碼多少說(shuō)，"★“房間的實(shí)時(shí)功率越大。當(dāng)鼠標(biāo)指向房間時(shí)，系統(tǒng)立即實(shí)時(shí)顯示房間的實(shí)際功率參數(shù)等值，相當(dāng)于設(shè)置多參數(shù)，同時(shí)顯示虛擬電表。

(8)財(cái)務(wù)管理

1、財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)分析。學(xué)生公y寓智能控電管理系統(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，方便校財(cái)務(wù)管理。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄管理員的所有工作，生成系統(tǒng)日志，系統(tǒng)日志不能修改，避免財(cái)務(wù)作BI。

2、可擴(kuò)展性。學(xué)生公y寓智能控電管理系統(tǒng)預(yù)留聯(lián)網(wǎng)接口，可支持校園一卡通收費(fèi)管理系統(tǒng)的授權(quán)收費(fèi)終端，并提供與校園一卡通對(duì)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)展開(kāi)平臺(tái)是一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中/心的平臺(tái)，建立統(tǒng)一的上下數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)。用戶(hù)只需購(gòu)買(mǎi)安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選擇網(wǎng)關(guān)，掃描代碼，就可以使用手機(jī)和計(jì)算機(jī)獲得所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺(tái)提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安/全監(jiān)控、電能質(zhì)量分析、電力管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報(bào)J記錄、運(yùn)維管理等功能，支持多平臺(tái)、多語(yǔ)言、多終端數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

3.2應(yīng)用場(chǎng)所

本平臺(tái)適用于公y寓租戶(hù)、連鎖超市、小型工廠、建筑管理系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智能城市、變配電站、建筑、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運(yùn)維等領(lǐng)域。

3.3平臺(tái)結(jié)構(gòu)

3.4平臺(tái)功能

3.4.1電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢(xún)、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測(cè)'、遙信、遙控控制，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測(cè)和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢(xún)供配電室內(nèi)各設(shè)備運(yùn)行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)查詢(xún)或打印，提工作效率，節(jié)約人力資源。

3.4.2能耗分析

能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機(jī)結(jié)合起來(lái)，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析與管理，實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提能源質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

3.4.3預(yù)付費(fèi)管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶(hù)及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對(duì)建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；

3）用戶(hù)管理：對(duì)商鋪用戶(hù)執(zhí)行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢(xún)等操作；

4）售電管理：對(duì)已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作；

5）售水管理：對(duì)已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢(xún)等操作；

6）報(bào)表中心：提供售電、售水財(cái)務(wù)報(bào)表、用能報(bào)表、報(bào)警報(bào)表等查詢(xún)，本系統(tǒng)所有的報(bào)表及記錄查詢(xún)，都支持excel格式導(dǎo)出。

3.4.4充電樁管理

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對(duì)各類(lèi)故障如充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營(yíng)的所有功能，包括城市級(jí)大屏、交易管理、財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

3.4.5智能照明

智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，也可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺(tái)遠(yuǎn)程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。

3.4.6安全用電

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(cè)器，對(duì)引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線(xiàn)溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計(jì)分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實(shí)現(xiàn)時(shí)間的排查和治理，達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)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(guò)云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。補(bǔ)充原先針對(duì)“九小場(chǎng)所"和危化品生產(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細(xì)化"的實(shí)際需求。

3.5系統(tǒng)硬件配置

4、結(jié)束語(yǔ)

“學(xué)生公寓智能控電管理系統(tǒng)"應(yīng)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)校學(xué)生公寓用電特點(diǎn)及其急需解決的安全用電問(wèn)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(chǎng)上已有一些技術(shù)產(chǎn)品可以滿(mǎn)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(cè)手段等方面還有待進(jìn)一步提。

參考文獻(xiàn)

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