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安科瑞電氣股份有限公司
中級(jí)會(huì)員 | 第3年

18702109267

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學(xué)生宿舍用電智能管理終端設(shè)計(jì)

時(shí)間:2023/5/5閱讀:1547
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徐華1  周正波2   畢博3   宗壽松3  楊立海3

(1. 清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司  北京  100084)

(2. 四川省建筑科學(xué)研究院  四川成都  610084)

(3.安科瑞電氣股份有限公司  上海 嘉定  201801)


摘要:針對(duì)高校學(xué)生宿舍用電管理的復(fù)雜性以及用電的管理需求,設(shè)計(jì)了種學(xué)生宿舍用電智能管理終端。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。

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??茖W(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)*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。為避免學(xué)生在使用非用電設(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)種學(xué)生宿舍用電智能管理終端,以滿足學(xué)校后勤管理部門(mén)對(duì)學(xué)生宿舍的用電管理需求。

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,宿舍用電智能管理終端設(shè)計(jì)功能如下:

    (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)可查詢各種日志記錄。

2 硬件組成

    宿舍用電智能管理終端采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。



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)等事故,對(duì)學(xué)生的生命和財(cái)產(chǎn)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)造成事故。

    因此,該管理終端從zui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。

    zui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zui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)zui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)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)安排作息,需統(tǒng)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,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。

    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)化運(yùn)行,有效節(jié)約電能,并為用戶的合理管理提供數(shù)據(jù)依據(jù),是套切實(shí)可行的用戶端電能收費(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.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


表1 惡性負(fù)載識(shí)別測(cè)試結(jié)果

表2  組合控制邏輯

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