安科瑞 戴金花

　　江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

　　摘要：針對(duì)高校學(xué)生宿舍用電管理的復(fù)雜性以及安全用電的管理需求，設(shè)計(jì)了一種學(xué)生宿舍安全用電智能管理終端。測(cè)試結(jié)果表明，智能管理終端可快速識(shí)別接入宿舍回路的惡性負(fù)載，組合控制邏輯共同對(duì)宿舍用電進(jìn)行監(jiān)控，以滿(mǎn)足學(xué)校后勤管理部門(mén)對(duì)學(xué)生宿舍的用電管理需求。學(xué)生宿舍安全用電智能管理終端設(shè)計(jì)

　　關(guān)鍵詞：宿舍用電;智能管理;邏輯控制;負(fù)載識(shí)別

　　0 引言

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及學(xué)生公寓的普及，學(xué)生宿舍的用電情況發(fā)生了巨大變化。學(xué)生宿舍安全用電智能管理終端設(shè)計(jì)

　　科學(xué)、合理地管理學(xué)生宿舍的用電，成為學(xué)校后勤管理部門(mén)面臨的一個(gè)十分重要的課題。綜合調(diào)查比較學(xué)校學(xué)生宿舍的用電情況，總結(jié)學(xué)校用電管理有以下幾個(gè)需求：

　　(1)電力商品化。傳統(tǒng)限時(shí)限量的供電方式和從住宿費(fèi)中平均收取電費(fèi)的方法不適應(yīng)現(xiàn)在用電設(shè)備日趨增多的需求，采取按需購(gòu)電的方式實(shí)行電力商品化是勢(shì)在必行的管理手段。

　　(2)用電安全。為避免學(xué)生在使用非安全用電設(shè)備時(shí)引起火災(zāi)情況，所以應(yīng)考慮超負(fù)荷及惡性負(fù)載識(shí)別自動(dòng)斷電的控制措施。

　　(3)按需控制。為培養(yǎng)學(xué)生良好的生活習(xí)慣，規(guī)范學(xué)生的作息，應(yīng)結(jié)合學(xué)校管理需求對(duì)學(xué)生宿舍的用電回路實(shí)施定時(shí)控制。

　　本文設(shè)計(jì)一種學(xué)生宿舍安全用電智能管理終端，以滿(mǎn)足學(xué)校后勤管理部門(mén)對(duì)學(xué)生宿舍的用電管理需求。學(xué)生宿舍安全用電智能管理終端設(shè)計(jì)

　　1 功能設(shè)計(jì)

　　結(jié)合計(jì)量計(jì)費(fèi)、智能監(jiān)控及識(shí)別、斷送電控制管理的要求，宿舍安全用電智能管理終端設(shè)計(jì)功能如下：學(xué)生宿舍安全用電智能管理終端設(shè)計(jì)

　　(1)累加計(jì)量總用電量，遞減計(jì)量剩余電量;

　　(2)可實(shí)時(shí)檢測(cè)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)等電力參數(shù);

　　(3)支持對(duì)3個(gè)輸出回路(如照明、插座、空調(diào))作獨(dú)立控制;

　　(4)支持預(yù)付費(fèi)控制、負(fù)載識(shí)別控制、時(shí)間控制、強(qiáng)制控制等4種邏輯控制功能;

　　(5)可查詢(xún)各種日志記錄。

　　2 硬件組成

　　宿舍安全用電智能管理終端采用專(zhuān)用功能的微控制單元(Micro Control Unit，MCU)設(shè)計(jì)。整機(jī)的硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)依據(jù)各個(gè)功能模塊而展開(kāi)，包含微處理器、電阻分壓網(wǎng)絡(luò)電壓采樣、電流互感器電流采樣、三路磁保持繼電器控制輸出、鐵電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、液晶顯示、按鍵輸入、有功電能脈沖指示輸出等。硬件組成如圖1所示。學(xué)生宿舍安全用電智能管理終端設(shè)計(jì)　　

　　圖1 硬件組成

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 主程序流程

　　主程序作時(shí)間片及事件的觸發(fā)條件來(lái)管理各個(gè)不同的功能模塊。主程序軟件流程如圖2所示。　　

　　圖2 主程序軟件流程

　　3.2 負(fù)載限制及負(fù)載識(shí)別算法

　　當(dāng)學(xué)生使用純阻性負(fù)載的違規(guī)電器(惡性負(fù)載)時(shí)，極易導(dǎo)致電器火災(zāi)等安全事故，對(duì)學(xué)生的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成影響;當(dāng)學(xué)生使用過(guò)多的常規(guī)電器，但累加用電負(fù)荷過(guò)高，同樣會(huì)造成安全事故。

　　因此，該管理終端從最大功率限制和惡性負(fù)載識(shí)別兩方面需求出發(fā)來(lái)決定負(fù)載控制結(jié)果，以保證宿舍用電安全。

　　最大功率限制的方法比較簡(jiǎn)單，若所有負(fù)載功率和超過(guò)總功率最大值，則判斷為功率超限，必須切斷宿舍供電回路。

　　對(duì)于惡性負(fù)載的判斷，若也采用總功率判斷的方法，則不能夠被準(zhǔn)確識(shí)別。測(cè)試小功率純阻性惡性負(fù)載工作特性時(shí)，可發(fā)現(xiàn)其功率因數(shù)很高。但若直接測(cè)試宿舍總供電回路功率因數(shù)并不會(huì)很高，故本設(shè)計(jì)終端采取增量判斷法，即實(shí)時(shí)檢測(cè)用電回路功率因數(shù)增量，作為判斷惡性負(fù)載的依據(jù)。在宿舍總用電回路總功率為超限的情形下，功率因數(shù)增量超過(guò)最大設(shè)定值，則判斷為惡性負(fù)載接入。功率因數(shù)增量為　　

　　式中：

　　PN——當(dāng)前有功功率;

　　PL——上一時(shí)刻有功功率;

　　ΔP——有功功率增量;

　　QN——當(dāng)前無(wú)功功率;

　　QL——上次無(wú)功功率;

　　ΔQ——無(wú)功功率增量。

　　3.3 邏輯控制方式。

　　3.3.1 強(qiáng)制控制

　　高校宿舍中有部分宿舍會(huì)安排給相關(guān)管理人員和留學(xué)生住宿。這些宿舍往往是不切斷電供電且沒(méi)有負(fù)載、時(shí)間限制等。這種情況下，強(qiáng)制控制功能打開(kāi)，則其他的控制功能將不起作用。另外，高校在有大型活動(dòng)安排時(shí)，需要對(duì)各宿舍回路做統(tǒng)一的斷送電處理，也需通過(guò)強(qiáng)制控制功能實(shí)現(xiàn)。

　　3.3.2 時(shí)間控制

　　高校學(xué)生較多，為統(tǒng)一安排作息，需統(tǒng)一按時(shí)通/斷電，例如06:00~08:00為學(xué)生早晨起床洗漱時(shí)間，應(yīng)保持照明和插座回路處于通電狀態(tài);08:00~11:00為學(xué)生上課時(shí)間，學(xué)生一般不在宿舍，切斷所有回路;23:00~06:00為學(xué)生休息時(shí)間，應(yīng)切斷照明用電，但保證插座和空調(diào)用電回路正常供電;在周末，08:00~23:00，一般學(xué)生不用上課，大多數(shù)時(shí)間均在宿舍，此時(shí)應(yīng)保證所有相關(guān)回路供電。

　　終端為照明、插座、空調(diào)回路均提供獨(dú)立的兩套控制時(shí)段表，方便學(xué)校管理部門(mén)根據(jù)實(shí)際情況在不同的時(shí)刻控制不同的回路通/斷電，滿(mǎn)足定時(shí)控制管理的要求。

　　3.3.3 負(fù)載控制

　　終端為宿舍用電總回路提供負(fù)載控制，可識(shí)別惡性負(fù)載并迅速作出響應(yīng)。

　　3.3.4 預(yù)付費(fèi)控制

　　終端配合遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)先交費(fèi)后用電的功能。學(xué)生可根據(jù)宿舍用電情況自行充值，用以保證宿舍正常用電。當(dāng)學(xué)生用完充值的電能后，終端會(huì)自行切除宿舍用電。學(xué)生若及時(shí)充值，可及時(shí)恢復(fù)供電。

　　3.3.5 組合控制

　　以上4種邏輯控制方式可單獨(dú)使用，也可組合使用。終端可根據(jù)強(qiáng)制控制、時(shí)間控制、負(fù)載控制、預(yù)付費(fèi)控制的組合控制邏輯及優(yōu)先級(jí)共同決定供電輸出回路的通或斷。

　　組合控制邏輯如圖 3所示。　　

　　圖3 組合控制邏輯

　　4 試驗(yàn)結(jié)果

　　惡性負(fù)載識(shí)別測(cè)試結(jié)果如表1所示。

　　表1 惡性負(fù)載識(shí)別測(cè)試結(jié)果　　

　　表2 組合控制邏輯　　

　　由表1可知，管理終端可快速識(shí)別學(xué)生接入宿舍回路的惡性負(fù)載，并給出分閘命令。組合控制邏輯如表2所示，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間段控制、負(fù)載控制、預(yù)付費(fèi)控制等組合邏輯控制，共同對(duì)宿舍進(jìn)行用電監(jiān)控。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　該學(xué)生宿舍用電管理終端具備計(jì)量、監(jiān)測(cè)、控制功能，能夠降低學(xué)校等管理方面電費(fèi)收取難度，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行，有效節(jié)約電能，并為用戶(hù)的合理管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)，是一套切實(shí)可行的用戶(hù)端電能收費(fèi)管理系統(tǒng)。

　　文章來(lái)源：《現(xiàn)代建筑電氣》2015年5期。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 文濤.安全用電管理系統(tǒng)在學(xué)生公寓中的應(yīng)用[J].電子測(cè)試,2013,06(11):64-65

　　[2] 羅輝,喬麗莉,仲冬華.智能安全用電節(jié)能計(jì)量管理系統(tǒng)在高校能源管理中的應(yīng)用[J].智能建筑與城市信.2012(5):68-71

　　[3] 來(lái)曉俊.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院后勤智能用電管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué),2010

　　[4] 胡鑫鳳,周璐,孫一文.基于51單片機(jī)的大學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)[J].電子制作,2013(11):36-38

　　作者簡(jiǎn)介：戴金花，女，本科，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄芙ㄖ┡潆姳O(jiān)控系統(tǒng)。Email：2880157871@qq.com QQ：2880157871 手機(jī)：18860995103 電話(huà)：0510-86179967 傳真：0510-86179963網(wǎng)址：http://www.acrel-et.com/