杨 磊
安徽星辰规划建筑设计有限公司 安徽芜湖 241000
摘要：当今时代，我国教育规模逐渐扩大化，高等教育越来越普及化、大众化，在各个院校中，学生们的居住环境密集范围越来越大。与此同时，人工智能的推广和应用导致劳动密集型企业的职工人数有所下降，但由于这类企业总体人数多，职工居住环境的密集性仍然很大。随着社会的发展，人们对居住环境舒适度要求越来越高，这两种密集型环境都面对一个问题：用电管理。如何在提高此类密集型人群居住环境舒适度的基础上，保障用电的安全和智能化管理，成为近年来众多学者研究的一个热点。接下来，本文研究讨论课学校宿舍几种供电智能管理系统设计内容，以供各位同行参考。
关键词：集中供电；智能管理系统；设计
引言
针对目前密集型环境人群对居住环境舒适度追求导致用电存在不安全因素和无法智能控制的问题，提出用户终端、中继端和上位机管理端三层架构系统。用户终端通过模糊处理瞬时功率自适应识别用电设备，实现隔离高危用电设备；中继端采用以太网 +TCP/IP 组合，实现多用户控制；上位机采用 Java EE 平台和 SSH 框架，实现智能远程控制。经过近 4 年的测试，系统稳定，实现智能控制，消除了由高危用电设备引起的火灾。本文以学校宿舍集中用电智能管理系统的改造为例，经过 3 年多的试运行，系统运行稳定，实现了智能控制，保障了用电安全，深受在校生和学校后勤的欢迎。
1系统设计
集中供电智能管理系统采用三层架构，即用户终端、中继端和上位机管理端。由于密集型环境各种无线使用频繁，为保障通信的安全和可靠，用户终端与中继端采用 485通信，中继端与上位机通信采用以太网 +TCP/IP 组合。用户终端放置于每个用电房间，负责房间电器的识别，对于热得快、电炉等危险系数高的用电设备进行自动断电，消除密集型环境由于用电设备引起的火灾。同时为了方便控制，用户终端通过红外可以重启动；为了准确定位和控制更多的用电房间，设计了中继端，中继端作为分控管理端，负责信息的“上传下达”，将接收到的用户终端信息传递给上位机管理端，同时将上位机管理端的命令发送至用电终端；利用 Java EE 平台和 SSH 框架设计了上位机管理端，负责处理中继端上传的用电终端的信息，实现对整个系统用电进行监控、统计以及管理。系统具体的框架如图 1 所示。
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图 1 系统框架图
2用户终端的设计
2.1用户终端结构
为满足以上要求，经过初步筛选，选定上海钜泉光电科技股份有限公司研发的低功耗高性能的单相多功能计量ATT7037AU 作为用户终端的控制核心，设计了最小系统电路、电源电路、电压、电流采样电路、控制电路、485 通信电路、红外线控制电路等相关电路。
2.2电流和电压采样电路
根据 ATT7037AU 的属性，设计了以下电压和电流测量电路，如图2 和图3 所示。用户终端核心 ATT7037AU 通过 V1P 和 V1N 通道测量用电房间的瞬时电流，通过 V3P、V3N 通道测量用电房间的瞬时电压，然后通过 ATT7037AU 内部的 PGA 进行放大，从而实现对测量电流和电压振幅的放大，放大后的电流和电压信号再发送模 / 数转换器进行处理，从而实现瞬时电压和电流的测量，保证了即使极小的电流和电压信号也能测量出来。
图2 电流测量电路
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图 3电压测量电路
2.3电源电路
由于用户终端的控制电路简单，功耗比较低，选用 12V的开关电源模块和磁保持型继电器驱动电路，该驱动电路通过给控制端发送不同的电平信号，从而可以实现对用电设备的开和关，又达到节能的目的。
2.4用户终端自适应识别和通断控制
建立用电设备功率的数据库，对应密集型房间常用的用电设备。通过数学模型，设计用电设备的自动识别算法，与数据库进行匹配。同时将房间的用电设备的有功功率分为稳定型和不稳定型，对于稳定型的用电设备予以放行，实施通电策略，对于不稳定型的用电设备判断为高危性，通过对该房间的电路进行断路，阻止其使用。
3中继端的设计
为了降低成本和防止受密集型环境无线的影响，用户终端采用 485 总线与中继端进行通信，用一个中继端对 24个房间进行集中控制和管理。中继端以 STC12C5A06S2 单片机为核心处理与控制芯片， “向下”通过 485 总线接收每个房间的信息，同时可以进行控制。“向上”通过以太网和 TCP/IP组合上传各个房间的信息，同时接受上位机的指令。上位机最多可以控制 200 个中继端。中断端采用固定时长时间片流转的思想，结合硬件电路传递过来的采样数据，利用定时器，测量出所有 24 路通道的电能计量脉冲的半周期时间，进而计算出其频率所对应的功率，根据功率来进行用电控制。超出预警功率进行警告，第一次断电 5 分钟用户终端自动重启，实现重新供电，第二次断电 10 分钟后重启再供电，第三次不再重启，需要宿舍人员去宿管那里说明情况，待宿管处理完毕后通过宿管进行重启，同时在上位机终端进行标记，让宿管对该房间进行关注。
4上位机管理系统设计
基于 Java EE 平台，搭建了基于 SSH 框架的管理系统，该管理系统包含信息管理、集控器管理、分控器管理、用电及购电管理和系统设置等包含五大项内容，涵盖了对整个系统的所有操作及管理。测试中项目组通过该软件可以很方便的查看分控器的工作数量、工作状态，可以通过集控器管理对应的局部网络，实现集中断电、通电、免费配电等，具体的框架图和软件界面图如图4 和图5 所示。
图 4 上位机管理系统框架图
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图5 上位机管理系统界面
结语
本文根据国家节能减排的要求以及电网公司的标准和规范，针对密集区域的用电情况，设计了一个基于自适应的集中用电智能控制系统，该系统经过前期项目论证，仿真，以及后期的实际运行，结果表明，终端能够自识别网络中违规电器，中继端能够对区域内进行数据采集和信息传输，上位机管理系统能够智能化的管理系统，对数据进行分析和管理，对区域用电情况能够实时掌控，在节约用电的情况下，对用电安全管理到位，受到用户的好评。
参考文献
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