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学生宿舍安全用电智能管理终端设计
摘要：针对高校学生宿舍用电管理的复杂性以及安全用电的管理需求，设计了一种学生宿舍安全用电智能管理终端。测试结果表明，智能管理终端可快速识别接入宿舍回路的恶性负载，组合控制逻辑共同对宿舍用电进行，以满足学校后勤管理部门对学生宿舍的用电管理需求。
关键词：宿舍用电；智能管理；逻辑控制；负载识别
 
0 引言
    随着社会经济的发展及学生公寓的普及，学生宿舍的用电情况发生了巨大变化。科学、合理地管理学生宿舍的用电，成为学校后勤管理部门面临的一个十分重要的课题。综合调查比较学校学生宿舍的用电情况，总结学校用电管理有以下几个需求：
    （1）电力商品化。传统的供电方式和从住宿费中平均收取电费的方法不适应现在用电设备日趋增多的需求，采取按需购电的方式实行电力商品化是势在必行的管理手段。
    （2）用电安全。为避免学生在使用非安全用电设备时引起火灾情况，所以应考虑负荷及恶性负载识别自动断电的控制措施。
    （3）按需控制。为培养学生良好的生活习惯，规范学生的作息，应结合学校管理需求对学生宿舍的用电回路实施定时控制。
    本文设计一种学生宿舍安全用电智能管理终端，以满足学校后勤管理部门对学生宿舍的用电管理需求。
1 功能设计
    结合计量计费、智能及识别、断送电控制管理的要求，宿舍安全用电智能管理终端设计功能如下：
    （1）累加计量总用电量，递减计量剩余电量；
    （2）可实时检测电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数等电力参数；
    （3）支持对3个输出回路（如照明、插座、空调）作立控制；
    （4）支持预付费控制、负载识别控制、时间控制、强制控制等4种逻辑控制功能；
    （5）可查询各种日志记录。
2 硬件组成
    宿舍安全用电智能管理终端采用功能的微控制单元（Micro Control Unit，MCU）设计。整机的硬件系统实现依据各个功能模块而展开，包含微处理器、电阻分压网络电压采样、电流互感器电流采样、三路磁保持继电器控制输出、铁电数据存储、液晶显示、按键输入、有功电能脉冲指示输出等。

学生宿舍安全用电智能管理终端设计
3.2 负载限制及负载识别算法
    当学生使用纯阻性负载的违规电器（恶性负载）时，易导致电器火灾等安全事故，对学生的生命和财产安全造成影响；当学生使用过多的常规电器，但累加用电负荷过高，同样会造成安全事故。
    因此，该管理终端从大功率限制和恶性负载识别两方面需求出发来决定负载控制结果，以保证宿舍用电安全。
    大功率限制的方法比较简单，若所有负载功率和过总功率大值，则判断为功率限，必须切断宿舍供电回路。
    对于恶性负载的判断，若也采用总功率判断的方法，则不能够被准确识别。测试小功率纯阻性恶性负载工作特性时，可发现其功率因数很高。但若直接测试宿舍总供电回路功率因数并不会很高，故本设计终端采取增量判断法，即实时检测用电回路功率因数增量，作为判断恶性负载的依据。在宿舍总用电回路总功率为限的情形下，功率因数增量过大设定值，则判断为恶性负载接入。
3.3 逻辑控制方式。
3.3.1 强制控制
    高校宿舍中有部分宿舍会安排给相关管理人员和留学生住宿。这些宿舍往往是不切断电供电且没有负载、时间限制等。这种情况下，强制控制功能打开，则其他的控制功能将不起作用。另外，高校在有大型活动安排时，需要对各宿舍回路做统一的断送电处理，也需通过强制控制功能实现。
3.3.2 时间控制
    高校学生较多，为统一安排作息，需统一按时通/断电，例如06:00~08:00为学生早晨起床洗漱时间，应保持照明和插座回路处于通电状态；08:00~11:00为学生上课时间，学生一般不在宿舍，切断所有回路；23:00~06:00为学生休息时间，应切断照明用电，但保证插座和空调用电回路正常供电；在周末，08:00~23:00，一般学生不用上课，大多数时间均在宿舍，此时应保证所有相关回路供电。
    终端为照明、插座、空调回路均提供立的两套控制时段表，方便学校管理部门根据实际情况在不同的时刻控制不同的回路通/断电，满足定时控制管理的要求。
3.3.3 负载控制
    终端为宿舍用电总回路提供负载控制，可识别恶性负载并作出响应。
3.3.4 预付费控制
    终端配合远程预付费售电管理系统可实现先交费后用电的功能。学生可根据宿舍用电情况自行，用以保证宿舍正常用电。当学生用完的电能后，终端会自行切除宿舍用电。学生若及时，可及时恢复供电。
3.3.5 组合控制
    以上4种逻辑控制方式可单使用，也可组合使用。终端可根据强制控制、时间控制、负载控制、预付费控制的组合控制逻辑及级共同决定供电输出回路的通或断。
4 试验结果
恶性负载识别测试结果如表1所示。
    由表1可知，管理终端可快速识别学生接入宿舍回路的恶性负载，并给出分闸命令。组合控制逻辑如表2所示，可实现时间段控制、负载控制、预付费控制等组合逻辑控制，共同对宿舍进行用电。

安全用电管理平台的使用，可以帮助各运维企业智能调度技术人员实时发现电气线路和用电设备存在的安全隐患（如：线缆温度及漏电等），防止电气火灾的发生。该服务系统能解决用电单位电气线缆老旧，小微企业无电工、肉眼无法直观系统即时排查电气隐患、隐蔽工程隐患检查难等难题，将发现的安全隐患即时通过该服务系统向用电单位管理人员发送预警信息，用电单位开展治理，消除潜在安全隐患。推广使用安全用电平台，是从源头上预防电气火灾的措施，是引导企业牢固树立安全意识、落实安全生产经营企体责任，推进企业牢固树立安全生产（经营）技防、物防建设，强化企业（经营）安全生产硬件基础，建立健全企业隐患排查治理机制和提升企业本质安全水平的有力抓手。
0 引言
    随着社会经济的发展及学生公寓的普及，学生宿舍的用电情况发生了巨大变化。科学、合理地管理学生宿舍的用电，成为学校后勤管理部门面临的一个十分重要的课题。综合调查比较学校学生宿舍的用电情况，总结学校用电管理有以下几个需求：
    （1）电力商品化。传统的供电方式和从住宿费中平均收取电费的方法不适应现在用电设备日趋增多的需求，采取按需购电的方式实行电力商品化是势在必行的管理手段。
    （2）用电安全。为避免学生在使用非安全用电设备时引起火灾情况，所以应考虑负荷及恶性负载识别自动断电的控制措施。
    （3）按需控制。为培养学生良好的生活习惯，规范学生的作息，应结合学校管理需求对学生宿舍的用电回路实施定时控制。
    本文设计一种学生宿舍安全用电智能管理终端，以满足学校后勤管理部门对学生宿舍的用电管理需求。
1 功能设计
    结合计量计费、智能及识别、断送电控制管理的要求，宿舍安全用电智能管理终端设计功能如下：
    （1）累加计量总用电量，递减计量剩余电量；
    （2）可实时检测电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数等电力参数；
    （3）支持对3个输出回路（如照明、插座、空调）作立控制；
    （4）支持预付费控制、负载识别控制、时间控制、强制控制等4种逻辑控制功能；
    （5）可查询各种日志记录。

4  安全用电平台功能
　　安全用电管理软件采用纯B/S结构，智能调度技术人员在客户端可通过IE浏览器访问所有软件功能，客户端*安装任何客户端软件，支持多种平台访问，Web终端显示系统、APP终端软件、电气安全终端设备，手机APP软件同时具有IOS版本和安卓版本。
4.1 平台登陆
　　用户通过客户端电脑浏览器直接输入云服务器域名，通过用户名及授权密码，可以直接远程登陆安全用电管理软件。
4.2 平台首页
　　通过平台首页可以快速浏览隐患巡查界面或隐理界面、本月隐患、故障统计以及项目信息地图导航，智能调度技术人员可以及时通过曲线、地图等各种方式查看隐患数量、隐患位置、隐患发生频率以及任务的接收、下况，并可以通过项目列表、地图快速查定位需要查询的项目情况。
4.3 实时
　　通过实时界面，除了可以实时显示项目所属客户、地址、建筑面积、消防设施、安全责任人、联系电话、设备数量、探测器数量等信息，还以醒目的方式显示了未处理报警和未处理故障信息，下属设备和探测器，并可以查看各设备以及探测器基本信息、开关操作、数据、实时数据、参数设置、历史信息和报警信息等。
4.4 隐患管理
　　隐患管理包括隐患巡查、隐理、和隐患记录，隐患巡查的目的是为了隐患产生之后下发工单，所以页面中只显示未下发工单的隐患记录，包括隐患类型、创建时间、项目名称、设备ID、位置、故障原因等记录，并且可以通过“派发”按钮，派发工作任务；隐理即工单处理，表示工单需要当前登录用户确认，形成隐理的闭环，页面中只显示发给当前登录用户且未处理的工单记录；隐患记录显示所有的隐患记录，可以按照隐患类型（报警、故障）、状态（未派发、已派发未处理、已派发已处理）分类显示，支持按照创建时间、项目名称、所在区域等条件来对隐患记录信息进行针对性的查询操作。
4.5 统计分析
　　统计分析包括数据汇总和分析报告，数据汇总以曲线和表格形式显示各个月份的报警和故障记录，同时显示控制日志，支持按照控制类和参数设置类分别显示，也可以按照操作是否成功分别显示，包括此次控制的操作情况，项目名称，设备信息以及对应的操作时间等；分析报告包括总体概况和设备回路特征分析。
4.6 后台管理
　　根据运维调度管理的需要，智能调度技术人员可以分为不同角色，安全用电管理平台中也可以提供多种不同的角色：级管理员，平台管理员，联网用户等，不同权限的用户所能查询的范围是不同的，级管理员用户也能够增加、修改或者相应的用户信息；用户可以在后台管理里添加或者修改所管理的用户，方便新的需要运维项目接入以及修改；短信接收号码也可以通过后台管理模块进行添加或者修改；
4.7 手机APP功能
　　手机APP软件具有IOS版本和安卓版本，并与电脑终端系统的数据同步，能展示剩余电流、温度、电压、电流等电气安全参数的实时监测数据及变化曲线、历史数据与变化曲线；短路、断线、漏电、温、过压、欠压、过流等电气故障实时报警数据等；能实时显示项目地理位置、未排除隐患数、未处理巡检数等；通过APP消息推送的方式提醒用户实时报警信息；可以实现远程复位、远程分闸功能；可以对所有现场探测器进行远程参数设定及修改；可以对所有现场探测器的远程控制记录进行查询；

安科瑞电气股份有限公司[代码:300286.SZ]是一家为智能电网用户端提供智能电力监控、电能管理、电气安全等系统性解决方案的国内少数几家企业之一。 公司自2003年6月成立以来，专注于用户端智能电力仪表的研发应用、生产和销售，致力于为用户提供35（10）/0.4kV变电所自动化系统、建筑光伏发电系统、电能质量治理系统、电能分项计量系统、电气火灾监控系统、IT配电系统、数据中心能耗监测系统、通信基站电源管理系统、消防设备电源监控系统、消防应急照明和疏散指示系统、*门监控系统以及智能照明系统、电池管理系统、电动汽车充电系统等产品和服务，提高客户用电效率和用电安全。 公司是火炬计划重点和软件企业。先后参与GB/T22264-2008《安装式数字电测量仪表》、JB/T10736-2007《低压电动机保护器》、GB/T15576-2008《低压成套无补偿装置》、GB/T22387-2008《剩余电流动作继电器》等多项电力仪表标准和行标的起草或编制。截至2018年6月30日，公司拥有5项商标，已获得授权的178项，拥有软件着作权143项。ACR网络电力仪表列为重点新产品，公司被上海经信委列为智能电网产业重点企业之一。 公司设在江阴的生产基地——江苏安科瑞电器制造有限公司，采用无铅生产工艺；采用的信息化管理系统，是江苏省两化融合试点企业；拥有能完善的产品试验中心，可开展环境、电磁兼容、安全性、可靠性等多种试验；制造过程中严格执行ISO9001管理标准，为公司产品产业化、规模化实施提供了**。 安科瑞商标和产品先后被评为上海市着名商标和产品，产品广泛应用于上海世博工程、广州亚运会工程、援哥斯达黎加体育场工程、京津高铁电力监控、敦煌10MW光伏**电站、银行浦东数据中心、印度50万吨焦化等国内外重大项目中，赢得了较好的市场声誉。