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    淺談宿舍智能用電管理系統的設計及應用

    發布時間: 2020-06-12  點擊次數: 295次

    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。
    關鍵詞:宿舍安全用電;惡性負載;智能管理;計量
     
    1概述
    近年來, 為了改善和滿足大學生的居住條件,宿舍內的配置由過去滿足基本生活需求的設備,到現今設有熱水淋浴、空調、電視和電腦高速網絡終端 ,因此,在當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,既要滿足目的負荷要求,又要考慮今后的發展。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?;谟秒姲踩?、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”,這套系統能自動監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使用禁用電器的現象,從而消除用電隱患。
    2宿舍用電智能管理系統的組成
    宿舍用電智能管理系統應用微電子技術計量電量,采用大規模集成電路與單片處理器及外圍芯片技術設計制造。該系統組成:宿舍智能管理模塊、數據網關、管理終端機、宿舍管理數據中心機、系統軟件。具有安全用電 、節能管理、計量等功能。
    2.1 網絡組成:宿舍智能管理模塊與數據網關之間為 RS485 總線(MOD-BUS 協議),采用
    雙絞屏蔽線穿鋼管敷設手拉手連接;數據網關與管理終端機等設備均為超五類網
    線以太網連接,放射式組網。
    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)數據網關:是實現 RS485 轉換為以太網傳輸的網絡附件。
    (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,具備管理員權限;可以實現開關燈、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)宿舍管理數據中心機:是中心處理機,設置在學生管理處,具備管理員權限、程序員權限等高級權限;可以實現入住開戶、開關燈、售電、退售、違章用電處罰、畢業銷戶、與學校相關管理部門數據交換等操作。
     
    3宿舍用電智能管理系統的功能
    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 的空調正常使用;其技術基礎區別于傳統功率限制為主的負載識別技術,傳統負載識別技術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,可以方便的實現宿舍的管理要求,其輸出分別對應照明、插座、空調、衛生間的供電回路;通過管理系統實現分時或分季節對照明、插座、空調、衛生間的供電;比如:晚上 11 時統一關燈,在需要用空調的季節把電扇和空調的電源不關斷;在可能無人在宿舍的時間段統一關掉全部電源;在有衛生間的宿舍,在夜間關燈后可以統一轉讓夜間照明模式,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;不需要使用空調電扇的季節統一關掉所有的空調電源。
    3.3 計量功能:
    管理中心主機通過通訊網絡采集各分散式安全模塊的數據信息并進行計算 、查詢、統計、打印及參數設定,從而實現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,有效防止偷漏電現象。
    3.4 軟件功能強大
    可以實現遠程開關燈管理、實時監控、模塊參數設定;支持數據庫、支持定制;可以集成水表等實現節能管理;支持校園網 WEB 查詢、權限登錄、分時段自動控制;可實現一卡通系統自動售電。
    4宿舍用電智能管理系統在實際項目中的應用
    在對某所大學新校區宿舍設計當中,綜合目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。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生間,每間宿舍預留空調插座。根據宿舍特點及用電負荷,在設計中每間宿舍設置配電箱;每層樓強電井內設置一個樓層總配電箱;一層強電井內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、衛生間用電及空調用電。模塊具備惡性負載識別功能和通過管理系統實現分時或分季節對照明、插座、空調、衛生間的供電,可方便實現宿舍的用電管理要求:
     
    圖 1 宿舍終端配電箱系統圖
    如圖 2 所示,該宿舍用電智能管理系統組成:宿舍智能管理模塊、數據網關 、管理終端機、宿舍管理數據中心機、系統軟件。宿舍智能管理模塊設置在每間宿舍的終端配電箱處,數據網關設置在每層樓強電井內,管理終端機設置在每棟宿舍值班室內,宿舍管理數據中心機是中心處理機設置在學生管理處。該套系統的工作原理:
    (1)每間獨立宿舍智能管理模塊與數據網關之間為 RS485 總線(MOD-BUS協議),采用雙絞屏蔽線穿鋼管敷設手拉手連接;
    (2)數據網關與管理終端機等設備均為超五類網線以太網連接,放射式組網至每棟樓設置的網絡交換機。管理終端機是宿舍管理員管理操作終端設備,具備管理員權限;可以實現開關燈、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據到學生管理處,通過通訊網絡采集各分散式安全模塊的數據信息并進行計算、查詢、統計、打印及參數設定,從而實現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據中心機具備管理員權限、程序員權限等高級權限;可以實現入住開戶、開關燈、售電、退售、違章用電處罰、畢業銷戶、與學校相關管理部門數據交換等操作。
    (4)宿舍用電智能管理系統軟件功能強大,可以實現遠程開關燈管理、實時監控、模塊參數設定;支持數據庫、支持定制;可以集成水表等實現節能管理 ;支持校園網 WEB 查詢、權限登錄、分時段自動控制;可實現一卡通系統自動售電。以上功能可實現擴展,等需要實現此功能再軟件升級開發即可,這樣可節省先期資金投入。
     
    圖 2 宿舍用電智能管理系統圖
     
    5安科瑞宿舍用電管理系統及選型
    5.1 系統方案
      高校宿舍作為一個特殊應用場合,在傳統的電能管理需求的基礎上有著與其他應用場合所不同的要求,強調的是用電控制管理,如宿舍的時間管理(按時熄燈、按時送電,某一些設備如空調不能納入熄燈范圍)、惡性負載控制、基礎電量設置等。系統建設的意義:
      方便學校對宿舍的用電收費,學生群體眾多,傳統的后付費方式已無法滿足校方需求,收費管理可與校園一卡通對接,學生可以自助繳費。
      通過技術手段加強對宿舍的用電管理,可實現時間定時控制、惡性負載檢測、基礎電費下發等適合學校規范管理的功能。
      人性化的方案設計,可實現單一宿舍內的多個支路的獨立控制,讓學生可獲得高質量的宿舍生活提供了支持。
      惡性負載控制(如卷發棒、電吹風、電爐、熱得快、電熱杯等實施自動識別控制)、夜間小功率設置、移相插座識別、負載學習功能(白名單)。
    5.2系統結構
      AcrelCloud-3100整合高校需求,在原有預付費基礎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系統功能
      AcrelCloud-3100學生宿舍版預付費云平臺是與ADM130(一進三出)或ADF300L(多回路計量箱)預付費電能表配套的云平臺。它是以電能管理和集中抄表軟件為主,包括服務器,通訊管理機在內的集成系統。針對高校宿舍這一特殊應用場合研發,主要實現電能監控、時間管理、惡性負載管理、預付費管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。
     
    批量操作:系統支持對宿舍進行批量設置,批量初始化、批量下發基礎電量、批量設置負控、批量設置時控等,方便學校進行統一管理。
     
    惡性負載自動識別控制:對不允許使用的發熱電器(如電爐、熱得快、電熱杯等)實施自動識別控制,發現這些發熱電器自動斷電。惡性負載暫停時間和次數可通過軟件設定。 
     
    基礎電費:可以設置每月給學生下發的免費輔助電費,覆蓋式下發,不累計。
    時間控制功能:支持多8個時段設置宿舍供電斷電,方便管理學生宿舍作息 。
     
     
    對接一卡通支付:系統支持中間庫,接口等方式對接學校一卡通,方便學生自助購電 。
    一進三出:ADM130電表支持多三回路輸出,各回路單獨分合閘、惡性負載、時控等設置。
     
     
     
    遠程售電:操作員可以通過后臺給宿舍進行電費充值,學生也可以通過學習一卡通、學校公眾號進行自助充值。
    遠程集中抄表:抄表信息通過網關實時上傳到云平臺,快速便捷,免去人工抄表 。
    遠程控制:可對任意一塊電表執行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作,方便管理。
    5.4系統設備選型
     
     
    6小結
    擁有諸多勢的宿舍用電智能管理系統會越來越廣泛地應用在學校中,是目學校用電管理至關重要的安全保障體系,具有安全用電、節能管理、計量等功能。同時希望宿舍用電智能管理系統在實踐應用的過程中不斷地完善和進步。
     
     
    【參考文獻】
    [1] 趙方強,楊旭東. 智能用電管理系統在學校公寓樓設計中的應用.《科技信息》.2011 年 09 期
    [2] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2019.11版
    [3] 雷景惠,閆 浩.宿舍智能用電管理系統設計淺談[J]

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