趙娜
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：針對學生宿舍電源管理和用電安全問題，文章設(shè)計了一種可以自主識別大功率電器設(shè)備的控制器，該控制器通過電流互感器將信號送給Lvp358比較器，產(chǎn)生數(shù)字信號給單片機做判斷，自動識別用電器功率，限制大功率電器使用，是一種智能用電安全控制器。該控制器可以有效禁止宿舍內(nèi)大功率電器的使用，消除因電器問題導致的用電安全隱患。
關(guān)鍵詞: 智能控制器；用電安全；功率識別
0引言
隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，智能配電控制系統(tǒng)應(yīng)運而生。目前，我國已建立了學生公寓集中供電管理系統(tǒng)、一系列負荷識別模塊等產(chǎn)品。然而該類產(chǎn)品性價比低，未廣泛使用。因此，需要設(shè)計一種允許小功率電器正常使用的智能識別用電器功率的控制器，本文設(shè)計了能夠智能識別出大功率的并限制其斷電以此來保證用電安全的控制器。該控制器主要依靠單片機作為處理器來進行數(shù)據(jù)控制與處理。利用抗干擾濾波技術(shù)，避免各種電路的干擾，可精確確定出相關(guān)電路負載的功率特性，從而智能辨認出用電器功率大小，限制大功率電器的使用。該控制器不但可以降低用電安全風險，而且不會影響常用電器的正常使用，對學生公寓安全用電有一定的借鑒作用。
1 系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)主要由A/D轉(zhuǎn)換、保護、輸出控制、信息檢測和主控器等五大模塊構(gòu)成，如圖1所示。A/D轉(zhuǎn)換的模塊主要負責主電路電流采樣功能；保護模塊負責保護電路的功能即短路保護功能；輸出控制模塊負責斷開電路中負載；信息檢測模塊負責對負載電路的電流進行采集；主控器模塊負責輸出控制和數(shù)據(jù)的處理。
圖1 控制系統(tǒng)原理
2硬件設(shè)計
2.1 主控制器與A/D模塊的設(shè)計
主控器選用AT89C2051，它是一款低電壓、高性能的CMOS 8位微控制器，由一個128位隨機存取數(shù)據(jù)存儲器和2 kbit重復的只讀程序存儲器組成。A/D轉(zhuǎn)換器采用10位串行的TLC1534，它是一款高性能、低成本、價格比高的A/D轉(zhuǎn)換器。AT89C2051與TLC1543連接電路如圖2所示。圖2 TLC1543和AT89C2051的接口電路。
圖2 TLC1543和AT89C2051的接口電路
2.2 采樣模塊設(shè)計
數(shù)據(jù)檢測模塊包括電流互感器、電壓形成放大電路、整流濾波電路、信號調(diào)理電路和限幅保護電路。該控制器運用簡單的電流互感器采樣方法，經(jīng)過信號采集、整流濾波、信號調(diào)理后，再經(jīng)過簡單的限流保護電路，將線性電壓信號直接傳送至A/D轉(zhuǎn)換器。其限制保護電路功能主要在于保護A/D芯片。
3 軟件設(shè)計
軟件主要完成繼電器的驅(qū)動和大功率電器的智能識別。通過對當前時序進行采樣，并通過I/O端口將TLC1543的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入微控制器的內(nèi)部存儲單元中，并檢測到功率的突變達到設(shè)定值來實現(xiàn)智能識別功能，判斷、控制繼電器動作。在15s延遲后，進行重合閘，并判斷是否需要手動復位重合閘。主程序流程如圖3所示。
圖3 主程序流程
4系統(tǒng)測試
根據(jù)電路圖，將東西焊接好，實物如圖4所示。
圖4 實物圖
設(shè)置器設(shè)有兩個指示燈，黃燈亮是系統(tǒng)電源指示，藍燈亮則是跳閘指示。自動重合閘時藍燈閃爍，跳閘次數(shù)超過設(shè)定次數(shù)時將不再自動重合閘，藍燈常亮等待手動復位合閘。測試結(jié)果如表1所示。
表1 系統(tǒng)測試
5安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電云平臺
5.1 系統(tǒng)方案
系統(tǒng)為B/S架構(gòu)，主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺集抄服務(wù)，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列，實現(xiàn)電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統(tǒng)，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關(guān)閥。
5.2 系統(tǒng)功能
AcrelCloud-3200預付費水電云平臺由云平臺-網(wǎng)關(guān)-預付費電能表組成，通過通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報警等功能。
本系統(tǒng)適用于一些大集團和大物業(yè)，往往需要將多個物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費和管理，面臨著數(shù)據(jù)公網(wǎng)傳輸，財務(wù)操作分散，在線支付，總部財務(wù)扎口等復雜的需求。
遠程集中抄表：抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實時上傳到云平臺，快速便捷，免去人工抄表 。
水表預付費:可是查看某區(qū)域水表的實時狀態(tài)信息，并可以進行單表或批量設(shè)置水價控閥等操作。
遠程售電:財務(wù)集中管理，電量實時下發(fā)，并比對充值次數(shù)，方便快捷。
能耗分析:用戶和管理員都可查詢預付費表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財務(wù)軌跡一體式綜合管理報表，包含用戶表的能耗、財務(wù)數(shù)據(jù)、能耗和財務(wù)的期初期末值等數(shù)據(jù)。
在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾號實現(xiàn)在線自助充值水電費，也可以實時關(guān)注商鋪用水用電情況。
短信提醒:金額不足或金額欠費提醒、電表充值到賬提醒，都可及時短信通知商戶。
遠程控制:可對任意一塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作，方便管理。
5.3 產(chǎn)品選型
6結(jié)束語
設(shè)置一種大功率電器智能識別和用電安全控制系統(tǒng)刻不容緩。此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)學生公寓的自動識別、短路、過電流保護等問題。借助該系統(tǒng)，公寓的電力管理可以實現(xiàn)智能化和自動化，提高了公寓的管理水平。大功率電器智能識別和電力安全控制器能夠自動檢測線路負載，能夠?qū)κ芸仉娐分械陌踩⒋蠛拓撦d限制這3種情況作出相應(yīng)的響應(yīng)和反應(yīng)，可在多次警告無用的情況下自動切斷總電源供應(yīng)，避免了經(jīng)常更換線路保險絲的麻煩，也從根本上杜絕了線路過載引起的火災(zāi)。大功率電器的智能識別和電氣安全控制器的優(yōu)勢在于其低成本，易于形成產(chǎn)品及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)學生公寓用電的智能化控制。
【參考文獻】
【1】李世豪，何建強，王邊弛.大功率電器智能識別與用電安全控制器的設(shè)計
【2】周維龍，歐陽洪波，胡姣.大功率電器智能識別系統(tǒng)設(shè)計[J].湖南工業(yè)大學學報，2014（1）：44-48．
【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06
作者簡介：趙娜，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事宿舍安全用電研究發(fā)展
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