浅谈学生宿舍用电管理系统的设计及应用

安科瑞微电网研究院 2023-04-11 600

描述

摘要：各式各样的电器给我们的生活带来了极大的便利，但是，不安全的用电方式也给我们的生活带来了极大的安全隐患，尤其是学生公寓安全用电管理更是学校面临的重要任务。从安全用电角度提出了一套集用电管理、计量、恶性负载智能识别控制、实时跟踪检测等功能于一体的多功能智能用电管理系统。

概述

近年来，为了改善和满足大学生的居住条件，宿舍内的配置由过去满足基本生活需求的设备，到现今设有热水淋浴、空调、电话、电视和电脑高速网络终端，因此，在当前学生宿舍的电气改造或设计中，有必要在电力负荷容量确定时，既要满足目前的负荷要求,又要考虑今后的发展。但是学校又明令禁止学生在宿舍使用热得快、电炉、电饭锅、电熨斗、电磁炉、电热杯、电水壶、暖手宝、电热毯及其它易发生火灾及触电事故的电器，为了消除集体宿舍用电安全隐患，相关方面经常要花费很大的人力、物力、精力去检查宿舍是否使用了大功率用电器，但收效甚微。基于用电安全、电线使用寿命等因素，如何应用科学手段进行科学管理，提出了“集用电管理、计量、恶性负载智能识别控制、实时跟踪检测等功能于一体的多功能智能用电管理系统”，这套系统能自动监测到宿舍是否使用了违章电器，并且能立刻切断宿舍电源，这样能从根本上消除宿舍内使用禁用电器的现象，从而消除用电隐患。

宿舍用电智能管理系统的组成

宿舍用电智能管理系统应用微电子技术精确计量电量，采用专用大规模集成电路与最新的单片处理器及外围芯片技术设计制造。该系统组成：宿舍智能管理模块、数据网关、管理终端机、宿舍管理数据中心机、系统软件。具有安全用电、节能管理、精确计量等功能。

2.1 网络组成：宿舍智能管理模块与数据网关之间为 RS485 总线（MOD-BUS 协议），采用双绞屏蔽线穿钢管敷设手拉手连接；数据网关与管理终端机等设备均为超五类网线以太网连接，放射式组网。

2.2 模块简介：

（1）宿舍智能管理模块：为一路220V 20A 交流电源输入，2-4路16A开关输出的综合智能管理模块。

（2）数据网关：是实现 RS485 转换为以太网传输的网络附件。

（3）管理终端机：是宿舍管理员管理操作终端设备，设置在管理员处，具备管理员权限；可以实现开关灯、售电、违章用电处罚等操作。还能对每间宿舍所住人员进行管理，记录人员姓名、班级、入住时间、离开时间、离开原因等。

（4）宿舍管理数据中心机：是中心处理机，设置在学生管理处，具备管理员权限、程序员权限等高级权限；可以实现入住开户、开关灯、售电、退售、违章用电处罚、毕业销户、与学校相关管理部门数据交换等操作。

宿舍用电智能管理系统的功能

3.1 恶性负载识别功能

模块具备恶性负载识别功能：禁止电炉、热得快、电磁炉、微波炉、电热毯、电吹风机等大功率或者引起接触火灾的负载使用，同时允许 1.2kW~1.5kW 的空调正常使用；其技术基础区别于传统功率限制为主的负载识别技术，传统负载识别技术在限制了恶性负载使用的同时，把功率大于其设定识别起始功率的空调负载也限制了。

3.2 模块灵活的管理功能

一路输入、二~四路输出，可以方便的实现宿舍的管理要求，其输出分别对应照明、插座、空调、卫生间的供电回路；通过管理系统实现分时或分季节对照明、插座、空调、卫生间的供电；比如：晚上 11 时统一关灯，在需要用空调的季节把电扇和空调的电源不关断；在可能无人在宿舍的时间段统一关掉全部电源；在有卫生间的宿舍，在夜间关灯后可以统一转让夜间照明模式，夜间照明模式电源为直流 12V；同时对于需要限制插座用电的宿舍可以单独限制其插座的电源；不需要使用空调电扇的季节统一关掉所有的空调电源。

3.3 精确计量功能

管理中心主机通过通讯网络采集各分散式安全模块的数据信息并进行计算、查询、统计、打印及参数设定，从而实现中心管理的电费计量、预售电管理及安全用电控制等；具有能累计计量支持后付费、低电量报警功能及能计量正负两个方向的电能，双方向能累计，有效防止偷漏电现象。

3.4 软件功能强大

可以实现远程开关灯管理、实时监控、模块参数设定；支持数据库、支持定制；可以集成水表等实现节能管理；支持校园网 WEB 查询、权限登录、分时段自动控制；可实现一卡通系统自动售电。

宿舍用电智能管理系统在实际项目中的应用

在对某所大学新校区宿舍设计当中，综合目前学校普遍存在的用电安全管理隐患以及学校领导对用电安全管理提出的新要求，我们在此次设计中采用了这套智能管理系统。该学校共建 6 栋宿舍楼，4 人一间宿舍，每间宿舍均带有独立卫生间，每间宿舍预留空调插座。根据宿舍特点及用电负荷，在设计中每间宿舍设置配电箱；每层楼强电井内设置一个楼层总配电箱；一层强电井内设置一个总电源进线配电箱。如图 1 所示，每间宿舍终端配电箱处设置宿舍智能管理模块，此模块为 1路 220V 20A 交流电源输入，4 路 16A 开关输出，输出包括照明、插座、卫生间用电及空调用电。模块具备恶性负载识别功能和通过管理系统实现分时或分季节对照明、插座、空调、卫生间的供电，可方便实现宿舍的用电管理要求：

图 1 宿舍终端配电箱系统图

如图 2 所示，该宿舍用电智能管理系统组成：宿舍智能管理模块、数据网关、管理终端机、宿舍管理数据中心机、系统软件。宿舍智能管理模块设置在每间宿舍的终端配电箱处，数据网关设置在每层楼强电井内，管理终端机设置在每栋宿舍值班室内，宿舍管理数据中心机是中心处理机设置在学生管理处。该套系统的工作原理：

（1）每间独立宿舍智能管理模块与数据网关之间为 RS485 总线（MOD-BUS协议），采用双绞屏蔽线穿钢管敷设手拉手连接；

（2）数据网关与管理终端机等设备均为超五类网线以太网连接，放射式组网至每栋楼设置的网络交换机。管理终端机是宿舍管理员管理操作终端设备，具备管理员权限；可以实现开关灯、售电、违章用电处罚等操作。还能对每间宿舍所住人员进行管理，记录人员姓名、班级、入住时间、离开时间、离开原因等。

（3）每栋楼通过六类单模光纤传输数据到学生管理处，通过通讯网络采集各分散式安全模块的数据信息并进行计算、查询、统计、打印及参数设定，从而实现中心管理的电费计量、预售电管理及安全用电控制等；学生管理处的宿舍管理数据中心机具备管理员权限、程序员权限等高级权限；可以实现入住开户、开关灯、售电、退售、违章用电处罚、毕业销户、与学校相关管理部门数据交换等操作。

（4）宿舍用电智能管理系统软件功能强大，可以实现远程开关灯管理、实时监控、模块参数设定；支持数据库、支持定制；可以集成水表等实现节能管理；支持校园网 WEB 查询、权限登录、分时段自动控制；可实现一卡通系统自动售电。以上功能可实现扩展，等需要实现此功能再软件升级开发即可，这样可节省先期资金投入。