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王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：基于新開普公司在河池學院建設水電智能系統的過程，闡述解決當前公寓水電管理遇到的常見問題，研究了水電費余量的轉移，供電線路的分路，水電量報表統計，惡意用電的判斷、切斷和恢復等系列問題。
關鍵詞：學生公寓；系統平臺；聯網電表；一卡通
1 系統平臺建設任務
1.1系統背景
高校后勤管理系統是一個龐大的管理體系，目前學校宿舍、公寓用電管理是其中重要的一個環節，學校宿舍、公寓內危險用電、惡意用電、漏電、超負荷用電等現象一直是困擾后勤管理的普遍問題；近幾年隨著經濟的飛速發展，學校宿舍、公寓內電腦以及各種電器逐漸地普及，導致用電量與日俱增，以往的單一照明用電已不能滿足日常的需求，同時學校宿舍、公寓電費開支日益變大，各學校也不時出現用電安全問題。
1.2系統初步結構
建設系統由 RS485 或 TCP-IP 聯網電表管理機（集中器）、抄送器、聯網型電表、自助購電機、監控管理工作站、監控管理軟件組成；本系統聯網電表適合于集中安裝或分散安裝的聯網電表。
1.3系統應具備的功能
1）采用先進計量和控制芯片，具有判斷大功率阻性負載的功能，能夠實現惡載和超載斷電，有功電能計量準確，計量精度達到 1.0 級。2）聯網電表系統可實現自助購電，無縫接入校園一卡通系統。3）采用外部 E2PROM 保存數據，壽命長達 10 年，支持掉電保存數據功能，數據保存安全可靠。4）可多卡購電，支持退電、補電、房間類型管理等操作。5）電表具有按時斷電功能設置，電表具有兩路輸出功能。6）智能管理：下載電量，計量用電量，根據剩余電量實現開斷繼電管理。學生換房不影響正常的購電和用電。7）負荷控制：限制用戶*大功率（可修改），超負荷自動斷電，超載是否啟用可由參數設置，設置為 0 時不啟用。不管表處于開通還是沒有開通狀態，只要參數設置了超載功率不為 0 時，超載即啟用，如果出現超負荷就會自動斷電。8）惡性負載控制：此表可以準確地識別出惡性負載，并能快速地做出斷電的反應，限制用戶惡性負載。惡載是否啟用可通過參數卡設置，設置為 0 時為不啟用。不管表處于開通還是沒有開通，只要參數卡設置了惡載功率不為 0 時，惡載即啟用，如果出現有惡性負載就會自動斷電。9） 提示信息：LCD 液晶顯示，可顯示本次充值電量、剩余電量、累計用電量、請購點、房間號、取卡、超載、惡載以及異常提示信息。10）防竊電、異常用電、非法用電自動記錄功能。11）低限提醒：剩余電量不足時，顯示請購電，提示電量不足，工作指示燈會快速閃爍。12）支持透支用電，透支的度數可由參數設定，透支范圍以度為單位。13）通信部分采用了 RS-485 通訊模式，外部鏈接抄送器進行數據通信。14）通信可以實時查詢當前的用電量，當前電器狀態。可以通過通信進行初始化參數，設置房間信息，進行單個房間或全部的斷送電功能。能夠實現定時斷送電功能。
2 系統應有的特點
2.1低電量報警
具有低電量報警功能，提示用戶及時購電：報警電量參數可以根據實際需要由參數設定，剩余電量等于或小于報警電量時，提醒用戶電量不足需及時購電。如不及時購電充值，當剩余電量為0時，繼電器斷開，購電充值才能恢復供電。
2.2 超負荷控制
本款電表具有超負荷控制功能，即：可以通過參數對電表設置*大用電負荷 5（20）A 表缺省卻*大值5kW，10（40）A 表缺省*大值為10kW，如果用戶使用的電器設備的總功率超過設定的*大用電負荷 5 s，則電表切斷繼電器，停止供電，其中還可以設置超載斷電次數，設置好斷電次數，則需要刷授權卡才能供電，如果超載斷電次數設置為 0，超載斷電后直接刷用戶卡后自動聯通、恢復供電。如果仍存在超負荷情況，5 s 內電表會再次切斷供電線路。
2.3 透支用電
電表具有透支功能，使未及時辦卡的新入住用戶也能用電，并且透支的量也可以控制。DDSY1351這款電表，主要應用于校園、工業園區或企事業單位的公寓，用戶一般是相對流動住戶，電表內設置有*大可透支電量參數 （可以根據實際需要由參數設定），電量不足時報警提示用戶及時購電。如果管理方在新用戶入住時需要允許透支，當透支電量累計達到參數設定的*大可透支電量時，電表繼電器斷開停電，需要購電充值才能恢復供電，透支用電量從初次下載的電量里扣除。新住戶入住后應及時辦理用戶卡購電充值，注意當電表處于透支運行時，購電充值后如果剩余電量小于或等于零，則不能供電。
2.4 惡載斷電
本款表具有判斷大功率的阻性負載 （即惡性負載）功能，具體的惡載是否啟用及功率參數可通過聯網實時來傳遞（設置為 0 時即為不啟用）。電表在任何狀態下，只要參數設置了惡載功率，當發現有惡性負載時，LCD 會顯示惡載及剩余電量，同時繼電器會斷開，其中還可以設置惡載斷電次數，在設置好斷電次數后，如果惡載斷電了，經過 5 min 后會自動送電，如果惡載的次數超過了設置的斷電次數，則需要刷授權卡才能供電。
2.5 未用完電量可退電
當本房間住戶由于退房或其他原因需要退還電表的剩余電量時，可進行退電。操作步驟如下：
1）用戶拿要退電的卡在購電機上進行退電授權（輸入退電后想保存的剩余電量，這里是為了保證學生在離校前退電后仍能短時間用電），具體操作見《購電機操作說明》。2）用戶退電授權過的用戶卡到電表系統上進行退電，退電成功后顯示“OK"，剩余電量為保留電量，如果保留電量比當前剩余電量大，則電表上剩余電量為原來的剩余電量，退電量0。
3）退電操作后的表沒有可透支功能，如果用戶需要透支，要進行清零操作。
2.6 房間換表不影響原有數據
當電表出現故障現場無法及時維修時，應更換新表，操作步驟如下：1）如果電表仍有顯示，記錄剩余電量和該表對應的房間號。如果不能顯示，記下電表的房間號。2）管理員將記錄的信息反饋給管理中心。3）維護人員拿到表后，安裝好電表，然后聯網更新傳遞參數，填寫換表登記單，用軟件系統收集下當前電表的MAC 及房間號。4） 通過上位軟件收集下所換表的MAC 及房間號，然后對這塊表進行單獨的初始化。初始化時把所換電表的剩余電量初始化到新表內。電表已開通。5）維護人員把表登記單上交到管理中心，將換表信息入庫。此時換表操作完成。
2.7 按房間號購電
用戶換房間后，只需要按照新房間號購電即可。
2.8 自動提示剩余電量報警閥值
水電系統與校方的短信平臺、運營商的信息服務系統對接后，可支持設備異常短信息報警、系統故障報警、以及剩余電量報警閥值的設置，當剩余電量低于報警閥值時自動通過告警面板和手機短信等方式進行提示。
2.9 固定水費收繳特殊定制功能
系統運用定制的業務流程及收費機制，通過批量扣費方式，扣除固定的已繳電費費用，作為每個使用用戶的分攤稅費收取，完成學校的特殊水費繳納需求。
2.10 7X24 靈活的自助購電方式
系統自助購電通過需要的房間號或戶號或戶主登記的手機號，在自助購電系統上查詢信息并完成購電，系統根據購電信息自動完成送電，并可在學校規定地點打印繳費憑證。
用戶在管理中心購電或通過購電機自助購電，把新購電量充到本房間電表上，即可用電。購電與電量充值。用戶購電后請及時將所購電量充值到電表中，有未下載電量時不能再新購。用戶充值如果小于已用透支量，則剩余電量為負值，繼電器關斷，只有當充值后剩余電量為正值時才能恢復正常供電。
用戶購電后請及時將所購電量充值到電表中，有未下載電量時不能再新購。用戶充值如果小于已用透支量，則剩余電量為負值，繼電器關斷，只有當充值后剩余電量為正值時才能恢復正常供電。
4 應用設備性能選擇
4.1 帶惡性負載聯網型電表
使用 DDSY1351 型（單控）聯網型電表，產品符合 GB/T 17215.321—2008《1 和 2 級靜止式交流有功 電 能 表》、GB/T18460 《預付費售電系統》和Q/CAP 002.5—2012 《一卡通計費系統 非接觸卡預付費非電能表》等相關的標準和要求，集管理和自動控制為一體，用電預付費，計量準確，切斷可靠，可以提高供電管理效率，滿足學生公寓、集體宿舍用電的管理需求。本款電表和原先的校園一卡通兼容，使用方便。DDSY1354 型（雙控）非接觸式聯網智能電表滿足一個房間要求雙路控制的應用需求。兩種電表準確度等級為 1.0，額定電壓 220 V，負載電流有 10（40）A，5（20）A 等。
基本誤差：基本誤差控制在正負1.0%～1.5%之間。2）執行標準：GB/T 17215.321—2008。3）起動電流：在負載電流為0.4%IB，參比電壓（230 V），參比頻率（50 Hz）和功率因數（cos φ）為1的條件下，電表應該連續計量電能。4）潛動：在不加負載電流，電壓為115%參比電壓條件下（265 V），電度表不應輸出脈沖（不計量電能）。5）電氣參數：工作電壓：0.70～1.15 的額定電壓 （165～265 V）。6） 絕緣試驗：≥2 kVAC/1 min。7）功耗：電壓線路≤2 W (10 VA) 電流線路≤4 VA。8）抗雷擊電壓：交流6kV。9）外形尺寸：115 mm×160 mm×65 mm。10）質量：約0.45 kg。
4.2 使用聯網電表管理機應有的功能
負責對互聯網電表的控制和數據采集，簡要查詢相應房間用電情況等信息，通、斷電命令的下載以及抄送器與電腦控制中心之間的數據傳輸，當有房間電量低于底限值時，將自動報警。管理機（集中器）將具有如下功能：1）查詢房間信息；2）具有TCP/IP 接口；3）查詢斷電房間；4）設置系統時間；5）手動房間送電；6）網絡查詢功能；7）手動房間斷電；8）查看管理機（集中器）IP；9）查看系統參數；10）設置開關時間（選裝有定時開關裝置的具有此功能）；11）查詢開關時間（選裝有定時開關裝置的具有此功能）；12）取消開關時間 (選裝有定時開關裝置的具有此功能)；13）通訊端口：上行 TCP/IP、RS485,下行 RS485；14）每個可連32個抄送器。
4.3 使用抄送器應有的功能
1）管理機（集中器）到計量控制模塊的數據包轉發；2）本地數據處理：接收存儲定時送斷電參數；3）工裝功能：強制送斷電，測試送斷電，收集聯網電表MAC地址等；4）給聯網電表進行定時送斷電；5）RS485 可帶64個電表；6）通訊端口：上行一個RS485端口，下行一個RS485 端口，一個電流環端口。
5 系統平臺建設（軟件由新開普公司提供）
5.1 運行環境
運行平臺 ：Windows 2003 server、Windows 2008server、Windows 7。
5.2 管理系統安裝、卸載及登陸
5.2.1 安裝前的準備工作
1）SQL SERVER 2008光盤、系統軟件、讀卡器。2）將讀卡器連接到 PC 機上。3）確定計算機網絡連接正常，能 Ping 通管理機（集中器）。4）本系統可以配合 [綜合收費系統]、[兩層一卡通系統]、[三層一卡通系統]使用，也可脫離以上環境運行。根據系統環境的不同，系統會自動在原有系統上創建本系統所需的數據庫結構。與[綜合收費系統]和[兩層一卡通系統]配合時，直接連接主數據庫“Accdb"；與[三層一卡通系統]配合時，連接到第三方本地庫“LocalCost"(注意：需要先創建第三方本地庫 LocalCost，然后再運行電控系統)。使用系統前，請準備好用戶房間與電控機柜的行、列對應關系表。
注：為了系統的安全穩定，需保證時時通訊軟件與管理機（集中器）處于時時聯機狀態。
5.2.2 卸載
本系統為綠色軟件，將安裝目錄和快捷方式刪除即可卸載。
5.2.3 登陸
1）單擊開始菜單“電控管理系統"圖標或桌面上“電控管理系統"快捷方式的圖標，將顯示登陸窗口，系統登陸時應在窗口中輸入服務器、數據庫、登陸用戶、登陸密碼、操作員、操作員密碼及登錄區域，其中登陸用戶名和操作員密碼顯示為 * 號；如果是第一次登陸，請選中[創建 / 校驗數據庫]復選框；2）需要輸入的參數：服務器：本報計算機的網絡標識或是 IP 地址。數據庫：兩層收費系統的 Accdb數據庫或三層系統的 LocalCost 數據庫。登錄用戶：SA 或其他用戶。登錄密碼：即數據庫用戶的密碼。操作員：超級管理員（系統默認）。密碼：（系統默認）。
6 系統維護
6.1 系統日常維護
在“系統維護"窗口中，包括了系統日常維護的大多數操作，用戶可以通過在左側樹形結構各級目錄上點右鍵實現這些維護功能。
如上面的顯示，可分級對房間進行操作，如果在公寓上點擊鼠標右鍵，則是對公寓下所有管理機（集中器）的操作，如果是在單個樓層上點擊鼠標右鍵，則只操作本樓層的房間。
6.2 持卡購電
功能概述：房間用戶持消費卡到電控軟件上購電，會扣卡上相應金額。
操作方式：1）將左側樹形結構定位到“樓層"級，此時右上部數據窗口內會顯示該樓層下所有房間的信息；2）選中需要購電的房間，讓其處于高亮顯示狀態，然后點擊“確認房間"按鈕，持卡購電數據窗口內就會顯示該房間的詳細信息；3）輸入購電金額或者購電量，將消費卡放到讀卡器上，點擊“持卡購電"，即完成了持卡購電操作；4）操作過程中需要確定網絡通訊正常，否則將操作失敗；5）持卡購電和購電POS 機購電均保存在《購電明細報表》中。
6.3 現金購電
功能概述：房間用戶持現金到電控軟件上購電，不扣消費卡上的金額，生成現金購電報表。
操作方式：1）將左側樹形結構定位到“樓層"級，此時右上部數據窗口內會顯示該樓層下所有房間的信息；2）選中需要購電的房間，讓其處于高亮顯示狀態，然后點擊“確認房間"按鈕，現金購電數據窗口內就會顯示該房間的詳細信息；3）輸入購電金額或者購電量，輸入購電人姓名，點擊“確認購電"按鈕，即完成了現金購電操作；4）操作過程中需要確定網絡通訊正常，否則將操作失敗；5）現金購電數據可通過《現金購電明細報表》查到。
6.4 補電管理
功能概述：補電管理用于管理方免費給房間一定的補電量，該補電量輸入福利性質，本系統一個房間一個補電日期只能補一次電。
操作方式：本系統提供四種補電方式，分別是：選中房間補電、導入補電文件補電、按管理機（集中器）和房間類型補電、單個房間補電。
6.5 退電管理
功能概述：把房間的剩余電量轉換為金額退給用戶。
操作方式：1）在管理機（集中器）連接正常情況下，您選定要進行退電操作的房間后，單擊[確認退電]按鈕，然后輸入退電量（以度為單位），確認無誤后您就可以單擊[退電]按鈕，即可完成第一步退電操作。2）退電中的[寫卡]操作是為了在進行第一步退電操作后，將退的電量轉換為金額寫到用戶消費卡上，在沒有進行寫卡退電的記錄上點右鍵，將消費卡放在讀卡器上，點[寫卡退電]即可將退電金額作為存款寫到消費卡上。
6.6 換房管理
功能概述：將兩個房間的剩余電量調換。
操作方式：1）在選中 A 房間，點“原房間"按鈕，選中 B 房間，點“新房間"按鈕，然后點擊“換房"按鈕即可完成換房操作；2）換房采用多退少補的原則，給剩余電量多的房間退電，給剩余電量少的房間補電，同時生成相應的補、退電明細。
6.7 用電量較少的房間監控
在電控的系統參數中，增加房間用電量監控等設置：1）系統參數窗口。2）用電量較少時間報表。3）設置不監控房間：可以在系統維護窗口的房間信息視圖上點右鍵，來設置某些房間不納入監控范圍。4）本系統提供手動和自動向郵箱發送用電較少和剩余電量為負的房間的功能。手動發送：打開綜合查詢———向郵箱發送用電量較少和剩余電量為負的房間打開如下窗口，點擊發送郵件按鈕即可。自動發送：根據用戶在系統參數中設置的參數，每日某些時間段實時通訊程序會自動向規定郵箱發送郵件。5）郵件發送功能：在本系統任意報表上點一下鼠標左鍵，然后點擊菜單欄中的“發送郵件"按鈕，即可將報表發送到規定郵箱。
6.8 系統用電報表
功能概述：此模塊可分別以整個系統、公寓、管理機（集中器）、樓層、房間為單位統計用電情況，分級標準以用戶在左側樹形結構點擊的目錄為準。
6.9 操作員操作情況報表
功能概述：此模塊可分別以每個操作員為單位統計他們的操作情況。
操作方式：選擇所要查詢的操作員（系統會自動生成一個名為“實時通訊"的操作員，以便于用戶查詢其自動采集到的購電記錄），可按 Ctrl 或 Shift 多選，輸入查詢時間段，點“統計"按鈕即可。本報表*多可同時統計 10 位操作員的操作情況，本統計結果的來源是購電、補電、退電明細記錄。
6.10 短信發送
水電系統與校方的短信平臺、運營商的增值服務系統對接后，可支持剩余電量報警閥值的設置，當剩余電量低于報警閥值時，自動通過告警面板和手機短信等方式進行提示。
6.11 綜合查詢
此模塊的主要功能是便于用戶查詢各種信息并打印出來，此模塊包括兩個子功能模塊，分別為：數據查詢和示意圖。查詢：包括：查找、查詢、過濾、排序，并且每一種操作都非常靈活，由個人設定的條件進行查詢。
6.12 數據查詢
1）房間信息查詢；2）房間有水電表查詢。除以上報表外，系統還提供 [初始化房間信息表]、[退電信息表]、[補電信息表]、[軟件購電信息表]、[補電文件信息表]等報表。
6.13 自定義報表查詢
為方便查詢，本系統將一些常用的查詢條件集成到“查詢向導"窗口中，用戶可以通過鼠標選擇查詢條件快速完成查詢操作。
6.14 WEB 自助查詢
網上查詢系統可以實現通過任意一臺聯網電腦查詢用水電信息及余額。自助查詢如下：
1）房間用水用電明細查詢功能：多選條件，時間段選擇、水電分類選擇；支持導出 EXCEL、打印功能；2）房間買水買電明細查詢功能：增加多選條件，時間段選擇、水電分類選擇；支持導出 EXCEL、打印功能；3）房間用水用電統計查詢功能：時間段選擇、水電分類選擇；支持導出 EXCEL、打印功能。
6.15 日志管理
日志管理：日志管理模塊對系統開始運行后的操作員、登錄時間、退出時間、操作模塊信息進行統計。
7 對接一卡通方案
為使原有一卡通系統能夠實現自助繳納水電費，以下的方案是以數據的實時共享為前提，達到用戶用水電所產生的費用從一卡通系統用戶賬戶余額中實時扣除的目的。
1）系統由自助購水電設備、轉賬前置機、一卡通服務器、水電表系統繳費管理工作站、水電表管理系統主機組成。2）對接方案：根據學校要求，水電系統需要與學校原有的一卡通系統對接，通過專網設備和原有系統連接，一卡通數據庫和原有購水電工作站數據庫進行數據同步。學生可以通過原有自助設備進行自助刷卡購水電，扣除的金額通過數據同步到一卡通數據中心更新庫余額，通過數據同步系統將購水電記錄傳送給水電表系統。學校原有一卡通開放集成以便水電系統接入。
8 高校綜合能效解決方案
8.1校園電力監控與運維
集成設備所有數據，綜合分析、協同控制、優化運行，集中調控，集中監控，數字化巡檢，移動運維， 班組重新優化整合，減少人力配置。
8.2后勤計費管理
采用先進的網絡抄表付費管理技術，實現電、水、氣等能源綜合計費，實現遠程抄表、費率設置、 賬單統計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設置補貼方案。通過能源付費管理方式，培養用能群體和部門的節能意識。
針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發基礎用電額度和定時通斷功能；
可進行惡性負載識別，檢測違規電氣，并可獲取違規用電跳閘記錄。
8.2.2商鋪水電收費
針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預付費管理
8.2.3充電樁管理平臺
充電樁在“源、網、荷、儲、充"信息能源結構中是必*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必*一部分。
8.2.4智能照明管理
通過對高校路燈的全局監測，提供對路燈靈活智能的管理，實現校園內任一線路，任一個路燈的定時 開關、強制開關、亮度調節，以及定時控制方案靈活設置，確保路燈照明的智能控制和高效節能。
8.3能源管理系統
針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統計分析，包含同比分析、環比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。
按校園建筑的分類進行采集和統計的各類建筑耗電數據。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數據分門別類的分析，提供領導決策，提高管理效能。
構建符合校園節能監管內容及要求的數據庫，能自動完成能耗數據的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統性的能耗審計報告，能夠監測能耗設備的運行狀態，設置控制策略，達到節能目的。
智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。
9.平臺部署硬件選型
9.2后勤計費管理
9.2.1宿舍/商業預付費平臺
9.2.2充電樁管理平臺
9.2.3智能照明管理
9.3能源管理系統
9.4智慧消防系統
10 結束語
本系統的建設目的在于解決學生公寓集中抄表出現的問題，減少人工的投入，更便于學生公寓用電管理的科學化，建立節約型校園的模塊化。
【參考文獻】
【1】 楊永清.公寓集中電表抄表系統設計案例 ——新開普水電管理系統的應用[J]廣西中進建設工程有限公司,2016,(121):32-37.
【2】 錢照明.電力電子技術[M].北京:中國電力出版社,2009.
【3】 高校綜合能效解決方案2022.5版.
【4】 企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
