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浅谈智慧校园安全用电系统的设计及智慧用电在各个行业的应用

发布时间:2022-11-10

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  近年来,全国共发生两千余起校园火灾,因为在宿舍使用大功率电器,食堂和实验室线路等原因引发的校园火灾屡屡发生。随着我国社会经济和教育事业的快速发展,学校规模和学生数量不断增加,学校宿舍以及住宿密度日益增多。同时,学校内高层建筑、综合教学楼,实验室、图书馆等建筑大量涌现,致灾因素只增不减,给学校的火灾风险防控工作和主管部门的消防安全管理工作带来前所未有的压力。

  宿舍区电源插座较多,违章私拉乱接现象比较严重,使用劣质大功率,超负荷电器,易造成短路引发火情;教学区域电视、电脑等设备长时间不断电,容易局部过热引发电气火灾;公共区域普遍存在消防设施老旧、损坏、标志配备数量不足等问题;人员密集场所,人口密度大,学校内高层建筑、综合教学楼、实验室、图书馆等建筑多,电气安全隐患多;学校属于半开放型的社会,各种经营场所参与其中,除了食堂还有各种类型的餐饮,厨房操作区油烟大,油垢多,但凡电气线路出现一点问题引发一点火星,接触到厨房重油烟地区,就将是一发不可收拾的一场火灾。

  引起校园电器火灾隐患的原因主要有过负荷火灾、短路火灾和漏电火灾三种方式。本系统应用物联网和云平台技术对学校用电情况进行分析监控,有效地预防火灾的发生。

  图1-1为系统的总体架构,系统在工作时,每个房间的智能用电检测器定时读取宿舍的用电数据。每层楼上安放一个寝室楼层监视器,方便宿舍管理员发现用电问题。学校控制中心则将寝室的用电信息汇总。

  寝室智能用电智能监测器将数据上传至宿舍管理员处的寝室楼层监视器,随后,寝室楼层监视器再将数据上传至云端存储并做大数据分析。校园控制中心可以直接访问云端获取用电数据,也可以通过寝室楼层监视器获取用电数据。

  云服务平台可以将反映电气状态的实时数据上传至学校用电管理人员的电脑屏幕和手机端,同时,校园控制中心和寝室管理员可以用手机通过校园网查询学生用电信息。掌握学生用电情况,如有安全问题,可以及时作出应急措施。

  依据学校正常用电数据,设置报警和违规负载类型参数的标准值,收集用电参数,将收集到的数据通过加工、整理和分析后转化为所需信息,进而分析出学校存在的不合理的用电点。

  通过大数据分析,可以自动识别电器的安全隐患及负载类型,建立隐患识别系统。系统根据学校各用电设备的阈值进行报警。当学生使用违规用电器时,通过分析可以得出此违规负载的类型及具体的学生寝室房间号,同时,学生寝室会断电,学校后勤人员从而采取相应措施。

  寝室智能用电监测器用来监控寝室用电信息、进行无线通讯和执行命令的操作,其总体设计框图如图3-1所示。包括采集模块、报警模块、继电器模块和控制模块。

  系统采用IM1277单相互感式电能质量检测仪采集电量信息,能够完成电能测量、采集及传输,准确高精度地测量单相交流电压、电流、功率、电流及总电量等电参数。采集模块的电路图如图3-2所示。220V电压经过电压互感器和电流互感器处理,变为较小的电流信号并通过电路传到电能计量芯片,将模拟信号转换为数字信号,然后通过串口送入树莓派控制中心。

  系统采用消息推送的方式实现报警功能,将主控制器与报警模块相连,当电路中接入违规用电器时,负载总功率会增大,控制系统检测到这一信号后,立刻控制报警模块报警并跳闸,同时,系统会记录下跳闸时间、房间号和负载类型。

  交流继电器模块则通过小电流的交流中间继电器通过传递控制信号实现对大电流继电器的控制。当电路中接入违规负载时,在控制系统的“指挥”下完成继电器-继电器的控制,使电路断路。

  树莓派作为系统的控制中心,可安装操作系统并可以直接将所写的编程运行,卡片主板周围有USB接口和以太网接口。树莓派控制所采集的内容以及电路的状态,将采集到的用电数据进行处理和保存并上传至云端,当经过数据分析后得出学生使用用电器的信息时,树莓派控制电路断开。

  PC机通过C语言程序实现数据节点的绘制、动态显示、查询历史数据和报警记录。同时,在手机端有APP,学校宿舍管理人员可以通过访问APP实现查询与远程控制,当学生使用规用电器时,宿舍管理人员可以通过手机APP实现寝室断电。

  系统上电后,进行各端口初始化,搜索并加入网络,定时读取寝室用电信息,将用电信息保存并上传,进行数据分析处理;若存在安全隐患或使用用电器,则发送报警信号并做出相应的响应;若无安全隐患,则继续读取用电信息并上传至云端。循环此过程。系统程序流程图如图3-5所示。

  选取不同类型的负载如灯泡、电吹风,分别接入电路中,模拟寝室用电情况,灯泡模拟正常用电器,电吹风模拟违规用电器,每个用电器测试十次。

  负载是灯泡时的电流与电压的测试数据,见表4-1;负载是灯泡时电压的测试数据,见表4-2;负载是吹风机时的电流测试数据,见表4-3;负载是吹风机时的电压测试数据,见表4-4。

  当电路中接入电灯泡时,灯泡正常工作,实时显示电压值、电流值以及电功率曲线,在电脑界面无报警信息,可以用手机通过校园网访问系统,查看用电信息。

  当电路接入电吹风时,系统检测到此负载为违规用电器,在电脑界面弹出报警框,同时自动断开电源。图4-1为灯泡电功率变化曲线为智能用监检测器实物图。

  5.安科瑞安全用电云平台功能介绍及选型5.1 智慧用电管理云平台是一款基于物联网、云计算和大数据分析的用电管理、远程智控系统,为用户提供实时,准确、完整的电力数据的同时,有效提高用电效率,保障用电安全。集实时监测、报警推送,回路保护、定时开关,远程管控于一体,实现稳定配电、安全用电、节能用电、智慧用电。

  可提供短信、邮件、APP推送、语音外呼、语音播报、微信小程序推送、微信公众号推送、钉钉推送通知等多种方式进行异常通知。

  管理人员可以远程设定探测器的各种参数值,或者对监控设备进行分闸、合闸、复位、消音、自检和远程设定等操作,方便管理,同时提高工作效率。

  隐患查询-隐患派发-隐患处理,通过隐患的完整流程,形成闭环,跟踪每一个隐患的工作状态。

  可查看各回路的用能数据,包括日报、周报、月报、季报和年报,支持能耗同比、能耗分析;支持统计用能时间段的用能情况及导出。

  故障电弧探测器对接入线路中的故障电弧(包括故障并联电弧、故障串联电弧)进行有效的检测。当检测到线路中存在引起火灾的故障电弧时,可以进行现场的声光报警,并将报警信息传输给上端监控设备,以实现预警火灾发生的目的。故障电弧探测器适用于工业与民用建筑中10KW及其以下的电气线路,其保护线限流式保护器电气防火限流式保护器可有效克服传经断路器,空气开关和监控设备存在的销路申流大,切析路电法时间长、短路时产生的电弧火花大,以及使用寿命短等弊端,发生短路故障时,能以微秒级速快速限制短路电流以实现灭弧保护,从而能显著减少电气火灾事故,保障使用场所人员和财产的安全。ASCP200系列是单相限流式保护器,分为多种电流规格。安装方式为导轨式安装,导轨式适宜安装在配电柜导轨上或者其他安装导轨的地方。电气防火限流式保护器可广泛应用于学校、医院、商场、宾馆、娱乐场所、寺庙、文物建筑、会展、住宅、仓库、幼儿园、老年人建筑、集体宿舍、电动车充电站及租赁式商场商铺、批发市场,焦贸市场、甲乙丙类危险品库房等各种用电场所末端干、支路的线路保护。

  AF-GSM400接入每块仪表所需流量为20M/月,单个模块可以接入30块仪表。默认上传间隔2分钟,如发生报警,会实时上传数据。

  温度传感器为一热敏电阻NTC,它提供0-120°的温度监控基准,可以用来监测线缆或配电箱体的温度,提供温度保护。

  本文开发了一种基向服务的智慧校园安全用电监测系统,分别从硬件平台和软件设计两个部分进行了介绍,实现了电量的精确检测和可靠预警。系统选用树莓派作为主控制中心,有很高的精度和可靠性,可实现电器的启停、电路过载报警、电量数据上传等功能,UI设计安排合理,便于用户的学习和操作。当出现安全隐患时,系统发出报警,同时学校后勤管理部门与寝室楼层管理人员会收到报警信息,从而采取相应措施,以智能化的方式解决用电的安全隐患。该系统可应用于学校的安全用电管理,满足学校后勤部门对校园安全的管理需求。