浅谈智能控电系统在高校学生宿舍的应用

徐秋霞

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：从高校学生公寓用电管理存在的问题入手通过对国际关系学校在学生公寓楼应用智能控电系统的介绍阐述了智能控电系统在高校普及使用的重要性。

关键词:高校；公寓用电；智能管理

0引言

随着教育部对在京高等院校的资金投入，各高校在校园建设上取得了飞跃性的发展，学生宿舍也基本实现了“4.2.1”标准，学生的住宿环境和条件得以较大改善。但随着大学生用电多样化的需求与日俱增以及日常电器的普及使用，由此带来的是因学生使用限制级电器引发的火灾事故日益增多，这给学校和学生都带来了不应有的损失。同时，较高的用电综合费用（电费和维护管理费用）使高校后勤管理的资金和人员投入均在逐年增加。近年来随着“绿色校园”、“人文校园”、“数字校园”等管理理念的提出，以往利用微断开关来限制使用电量以及采用时钟控制与拉闸限电等用电管理办法已经不能满足高校在学生公寓用电方面的发展趋势和使用要求。因此，采用技术先进的管理设备，从技术上根本解决用电管理问题，营造校园生活的绿色、和谐以及安全环境已显得尤为重要。安全、合理、高效用电已经成为高校管理部门在校园规划、建设和管理中所面临的首要任务。

这些年，随着科学技术的不断发展，特别是电脑及计算机芯片的广泛使用，智能控制的理念已逐步变为现实。国际关系学院在近几年新学生公寓楼建设及老旧学生公寓楼改造中做了一些尝试，积累了一些经验。

1用电及管理方便存在的问题

（1）用电安全方面（学生违章用电、偷电造成的火灾隐患及事故）

（2）管理工作方面（学校投入大量的人力、物力、财力进行检查与管理）

（3）透明度方面（学校收费方面的单方行为）

2解决问题的技术方案

为了解决上面提到的困扰学院多年的难题，作为国际关系学院基建部门通过对公寓管理部门和人员的调研后，在新建公寓楼的图纸设计阶段便对公寓楼的控电管理设备提出了如下技术方案：

（1）公寓管理人员可在值班室通过电脑实时监控公寓楼内每间宿舍的用电情况。

（2）可自动对每间宿舍任意时间段的用电量进行计量、读取查询、结算、交费打印。

（3）可自动对电费余量不足及欠费的宿舍进行警告、停电、送电的控制。

（4）具有恶性负载识别功能（对360W以上的感性负载识别）,对使用异常和超负荷的宿舍可以自动关断。

（5）可通过电脑设置多种送断电时间段模式，亦可单独设定每间宿舍的送断电时间模式。（例如：本科学生公寓楼各宿舍须在晚11点时，宿舍内的照明及普通插座自动断电，电扇及空调电源可继续使用，走廊的照明灯关断，走廊地脚灯供电照明。早6：30，可自动恢复正常供电。寒暑假时，可对不住人的宿舍进行用电锁定，防止窃电。研究生公寓楼各宿舍的则设置为除晚上断电时间后延至12点，其他均一致。）

（6）控电系统软件需具备功能扩展及联网功能。

（7）系统应具备掉电数据保护、断电数据恢复功能，并能够随时查询打印出各历史时段（天、周、月、季、年）的各种用电数据。

（8）系统需能够对每个楼的每一间宿舍单独进行免费基础电量设置和退费设置，并能在电量不足时提前报警，并能方便查询。

（9）系统需考虑学校在交纳电费上的不同方式，既可以通过校园一卡通进行交费，也可以交纳现金，交纳的电费自动转化为用电电量，存储于电脑中，并可打印收费单据。

3提出实现智能控电系统的技术方案及其SIMS控制柜的技术特点

我们会同设计单位对当时国内几家有名的计量电控设备厂家及其应用单位进行了考察。分别对这几个厂家的电控计量产品进行了了解，并与使用单位的人员进行了多方面的探讨，几个电控设备厂家均表示根据我们所提出的技术要求，结合他们自身现有的计量控电产品，通过他们的二次研发，在技术上基本可以实现我们提出的拟建公寓楼计量控电设备的功能。

在考察中我们了解到，秦皇岛海湾电子有限公司在天津大学应用的产品只是单纯的数字计量电表，只做到了户表计量；哈尔滨新中新电子有限公司在北京工商大学也同样只是应用了单纯的数字计量电表，也只是做到了户表计量，均未能做到智能控制这一技术层面。而常工电子则在中国农业大学使用了集中计量控电柜，具有如下技术特点：

（1）计量控电模块具有恶性负责识别功能，采用“插拔式”安装，使日后的维护即安全又方便，在很短的时间内就能解决故障，以及遇故障紧急送电的应急功能。

（2）实行“强弱电分开”，即强电弱电分开走线，有效延长了模块使用寿命。

（3）计量控电模块采用“阻燃式封装”，避免模块公用工程设计Public Utilities Design

85本身由于负荷过大、灰尘过多引起自燃，此项技术开创了集中计量电表的先河。

（4）采用485 专线读数，实时监控中的数据仅在6秒内就能刷新一次。我们认为在常工电子的 SIMS 智能计量控电设备比秦皇岛海湾电子有限公司和哈尔滨新中新电子有限公司的计量产品更为先进。在考虑到我院欲新建公寓楼与计划改造的旧公寓楼的实际情况和特点，在前期图纸设计时，首先将强弱电分开布线，并采用分层管理控电柜与宿舍配电箱相结合的方式即可实现上述技术构想。随后常工电子根据我们提出的上述技术要求，用了一个月的时间对其控电计量产品进行了二次研发，推出了 SIMS 智能计量控电管理设备（分层控电机柜）。全部具备了我们提出的上述技术特点。因此，学院决定在新建的学生宿舍和研究生宿舍工程中试点采用。

4 SIMS智能计量控电系统的技术实现

4.1 SIMS智能计量控电设系统组成

该系统由控电机柜、数据管理器、网络、系统软件、宿舍配电箱等五部分组成。

（1）控电机柜（分层式机柜。分层式机柜安放在公寓楼各层的配电间，分别对各层每一个房间的用电进行计量、管理和以及对走廊、卫生间等公共部位的用电进行控制）。

（2）数据管理器（液晶显示、中文菜单。与控电机柜和计算机直接相连，对分层控电机柜进行控制和管理并能提供房间的各项用电数据。不联网时可代替计算机直接工作。）

（3）网络（采用 TCP/IP 协议利用校园网通讯，计算机直接对用电单元进行数据传输、管理和控制）。（4）系统软件（可以管理256台数据管理器）

（5）宿舍配电箱（每个配电箱可控制两间宿舍，按照明、插座、电扇进行了线路及开关的分路与保护）

4.2 SIMS智能计量控电系统全部功能实现:

（1）单元用电计量计费：当宿舍用电时，机柜中的计量模块会通过采集其脉冲来进行计量（自动累减）。

（2）单元预存电量低限提示报警：当宿舍所预存（拥有）的电量已减到设定低限值时(一般设为 5kw·h(5 度)，系统将自动提示用户应尽快购电，而无须对单元断电。

报警提示方式：

1系统自动打印报表后张贴公布。

2数据管理器上蜂鸣器报警

3预购电量、无费关断：学生可先到指定购电处购电，售电计算机将在 10s 钟内自动将数据发送到控电机柜各个用电单元，随后系统会给该宿舍供电，当用户剩余电量为零时，系统将自动切断该单元供电，只有当该宿舍重新购电后，系统才会自动恢复对该单元的供电。

4短路保护：在分层控电柜中，为每间宿舍设置了分路断路器，一旦线路上出现问题时，分路断路器能自动跳闸，及时切断电路，只有当宿舍的问题状态解除之后，重新推上分路断路器，宿舍才可以继续用电。

5漏电保护：在宿舍配电箱内设置了漏电保护器，任何一处有漏电时，设备会对用户进行漏电保护。

6定时控电：可以根据本科生和研究生在管理上的不同要求，对学生用电时间进行定时控制，系统定时类型多样，可按不同的日期(大小学年、寒暑假)和不同的用户组别分别进行控制其开关。

7恶性负载识别：当使用大于 360W 的违规大功率电器或纯阻性负载（如：电炉，热得快、电吹风等）时，系统将自动识别为恶性负载，并自动切断其电源，只有当管理员在监控电脑上对其进行复位后，宿舍才可继续用电。

8宿舍用电情况查询：通过数据管理器上，学生可随时查询宿舍当时的用电情况，也可在系统电脑上查询前三年的用电情况、基础用电和交费情况。

9故障自动报警：当系统检测到计量模块控制错误时，系统会采用蜂鸣器报警。

10免费基础电量设置：免费基础电量设置方式公用工程设计Public Utilities Design86灵活，可按每月/季度/年对各组别的学生设定不同的的免费基础用电量。

11 退费管理：学生毕业时，系统操作员可以对宿舍单元进行退费处理，并打印出所有退费用电单元的退费明细表。

12 非法操作、误操作阻挡提示：当操作员对系统进行误操作时，系统会自动对其进行阻挡，当操作员试图做一些对系统会有较大影响的操作时，系统也将有所提示，保障用户的操作安全；另外，系统对伪卡，错卡也有识别提示功能。

13 支持中途更换操作员：软件系统可有多个操作员或管理员并能对其进行权限分配，只有当操作员用正确的用户名和口令登录时才能得到自己相应的权限。

14 系统操作日志、账户操作日志和追踪审计：系统将把每个操作员所做的每一步操作都记录在数据库中，对其所有的操作都有可追溯性。

15 对账户的各项操作可批量或个别进行：系统可允许对宿舍进行分组，默认为4组，最大可扩展到9组，当对宿舍进行各项操作时，均可按组进行操作。

16 数据保护恢复功能：当电脑因非正常关机而引起数据库损坏时，系统软件会自动对数据库进行修复。

17 用电数据统计分析功能：系统软件中含有数据统计及报表打印功能。

18 宽电压运行功能：计量模块在170V～240V电压范围内均能正常运行。

19 实时监控：对每间宿舍的用电情况进行实时监控，实时监控的刷新速度是6s一次，可以直观显示当前的用电数据（当前电流、剩余电量、已用电量、用电情况等）。有关学生公寓楼控电系统管理图见图1～图3。

5经济效益分析

2005 年6月、2006 年2月国际关系学院的本科生学生公寓楼和研究生公寓楼陆续建成投入了使用，公寓值班使用人员很快就掌握了操作系统，控电设备完全达到了图纸设计时的技术构想，得到了学院公寓管理部门和管理人员的高度评价，取得了较高的经济效益和社会效益：

5.1 节省了人力及物力资源

（1）定时开关通过把学校规定的开关灯时间设定在数据管理器中让数据管理器，4h工作它就能自动对公寓楼按不同日期不同宿舍性质分别进行设置节省了宿舍管理值班员的工作量。

（2）集中计量原来学校都规定在某些时段对每间公寓的用电量进行收集工作量很大而且很容易出错，装了控电系统之后计量控电系统软件将每天定时收集各宿舍的用电量将其存储到数据库中无论何时需要查看学生宿舍的用电量都只需在控制电脑上轻轻一点就可以快速准确找到很大程度上减少了管理人员的工作量。

（3）实时监控以前值班人员要想禁止学生在宿舍的违章用电情况都需要跑到每间宿舍区去检查采用控电设备后管理人员可直接在控电室里就可以实时地看到学生房间的用电情况，实时监控远程开关功能。

5.2 管理更科学使用更便捷

（1）分级分项管理功能的实现为不同的使用对象实现了不同的用电管理模式

（2）系统的财务报表功能有效的缩短了财务核算周期杜绝了财务漏洞

5.3 用电及管理更加安全可靠

通过可靠的远程管理模式有效杜绝了学生私拉乱接甚至偷电情况的发生避免了值班人员非电工、直接操作强电所引发的危险;系统的远程限流和恶性负载识别功能有效遏制了违意电器的使用避免了火灾隐患省却了定期拉网式检查的工作。

5.4 节约电能和维护保障费用

系统的应用节约了大笔电费。2005年6月竣工的两栋公寓楼仅一年时间就节约了 900kW·h(9000度)电。鉴于新建公寓楼采用上述计量控电系统进行科学用电管理所取得的良好效果，自 2006 年至 2007年，国际关系学院通过两年时间，对学院原有的四栋旧公寓楼进行了装修改造，均采用了 SIMS 智能计量控电管理设备，并做到了公寓楼群间的集中管理（只通过一台集控电脑进行管理与控制）。截至2008 年12月，国际关系学院 4 栋旧公寓楼的配电设备，其故障维修率比改造前降低了90%、没有一次火险事故发生。恶性负载识别后自动断电由一开始每天的百余次逐渐减少到零。强迫成习惯，习惯成自然。只有把节能行为量化到货币计量形式，让学生意识到：节能完全可能从自身经济利益上体现。这也说明了学生们也因此养成了合理安全用电的良好习惯。每年因此节约人员管理开支 72000 元。从表中 1 可以更加清楚地看到使用了智能计量控电系统后在节能方面的收益。

6安科瑞宿舍用电管理系统及选型

6.1 系统方案

高校宿舍作为一个特殊应用场合，在传统的电能管理需求的基础上有着与其他应用场合所不同的要求，强调的是用电控制管理，如宿舍的时间管理（按时熄灯、按时送电，某一些设备如空调不能纳入熄灯范围）、恶性负载控制、基础电量设置等。系统建设的意义：

方便学校对宿舍的用电收费，学生群体众多，传统的后付费方式已无法满足校方需求，收费管理可与校园一卡通对接，学生可以自助缴费。
通过技术手段加强对宿舍的用电管理，可实现时间定时控制、恶性负载检测、基础电费下发等适合学校规范管理的功能。
人性化的方案设计，可实现单一宿舍内的多个支路的独立控制，让学生可获得更高质量的宿舍生活提供了支持。
恶性负载控制（如卷发棒、电吹风、电炉、热得快、电热杯等实施自动识别控制）、夜间小功率设置、移相插座识别、负载学习功能（白名单）。

6.2系统结构

AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有预付费基础上增加了宿舍电能管理所需的各种功能，解决了高校宿舍电能管理问题。

6.3系统功能

AcrelCloud-3100学生宿舍版预付费云平台是与ADM130（一进三出）或ADF300L（多回路计量箱）预付费电能表配套的云平台。它是以电能管理网站和集中抄表软件为主，包括服务器，通讯管理机在内的集成系统。针对高校宿舍这一特殊应用场合研发，主要实现电能监控、时间管理、恶性负载管理、预付费管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。