福建省漳州市工商行政管理局 羅勇明

所謂的“用電負(fù)荷”主要指的是用電設(shè)備或者線路中所通過(guò)的電流或電功率。在進(jìn)行供電設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)先對(duì)用電單位所需的用電量情況進(jìn)行初步了解。對(duì)于用電單位而言，其運(yùn)行中的用電設(shè)備用電負(fù)荷情況往往處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中，但是，用電負(fù)荷不能夠大于各設(shè)備的總體額定容量。如果以各設(shè)備的總額定容量為依據(jù)，對(duì)變壓器、電線、電纜以及開(kāi)關(guān)電器等進(jìn)行確定，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備及投資的大量浪費(fèi)；相反，則會(huì)造成電線、電纜、變壓器以及開(kāi)關(guān)電器存在過(guò)熱等風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備及線路絕緣提前出現(xiàn)老化或損壞等情況。因此，必須針對(duì)用電單位的用電現(xiàn)狀進(jìn)行分析，了解其供電容量情況，并借助于高效的用電控制系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)關(guān)用電設(shè)備的有效運(yùn)行及充分利用，從而達(dá)到節(jié)約用電的目的。

1.機(jī)關(guān)單位的用電現(xiàn)狀分析

對(duì)于不同行業(yè)而言，其用電性質(zhì)也各不相同，因此，用電負(fù)荷情況也存在著較大的差別。對(duì)于機(jī)關(guān)單位而言，其用電設(shè)備主要包括電腦、空調(diào)、飲水及照明等相關(guān)設(shè)備，因此，每個(gè)辦公室所產(chǎn)生的用電負(fù)荷6KW左右。因此，在對(duì)變壓器容量負(fù)荷進(jìn)行考慮時(shí)，必須認(rèn)識(shí)到用電設(shè)備開(kāi)啟時(shí)間及用電負(fù)荷特殊性等方面的問(wèn)題，合理進(jìn)行機(jī)關(guān)供電設(shè)備的選擇，確保供電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的安全性及有效性。但是，應(yīng)注意的是，供電設(shè)備投資較大，也很難得到充分的利用，因此，很難滿足機(jī)關(guān)單位經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行等方面的發(fā)展要求。經(jīng)分析機(jī)關(guān)單位的用電情況可知：在上班期間，單位用電負(fù)荷最大，為用電高峰階段。下班后，單位用電負(fù)荷迅速降至最低水平，處于用電的低谷階段，只有少數(shù)值班人員需要使用電腦及照明等設(shè)備。且機(jī)關(guān)單位的用電設(shè)備并非全年使用，節(jié)假日及周末均未停用，因此，必須以機(jī)關(guān)用電的變化規(guī)律為依據(jù)，來(lái)設(shè)計(jì)有效的節(jié)約型用電控制系統(tǒng)，盡可能實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的充分利用。

2.節(jié)約型用電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案分析

機(jī)關(guān)可以通過(guò)智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的有效配置，以實(shí)現(xiàn)降低用電成本、提高設(shè)備使用效率的目標(biāo)。本文所設(shè)計(jì)的節(jié)約型用電控制系統(tǒng)是以智能電表為基礎(chǔ)展開(kāi)的，該系統(tǒng)僅需一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)接口即可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)關(guān)用電設(shè)備的智能化控制，且所設(shè)計(jì)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、易操作、即時(shí)性高，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

圖1 機(jī)關(guān)節(jié)約型用電控制系統(tǒng)原理圖

本文所設(shè)計(jì)的節(jié)約型用電控制系統(tǒng)主要包括如下三個(gè)部分：用電控制中心、模擬電表及智能化開(kāi)關(guān)等。其主要具有如下功能：在機(jī)關(guān)單位對(duì)用電設(shè)備的遠(yuǎn)程化控制。系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖1所示。

由圖1可知：模擬電表將單片機(jī)作為MCU，經(jīng)串口同用電控制中心之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。用電控制中心將Mini 2440作為平臺(tái)，并將嵌入式linux及web服務(wù)器移植入，用以支撐系統(tǒng)的軟件平臺(tái)。此外，借助于大量的GPIO口帶動(dòng)無(wú)線發(fā)送模塊將控制信息傳至智能開(kāi)關(guān)中，智能開(kāi)關(guān)以單片機(jī)作為MCU，經(jīng)無(wú)線接收模塊對(duì)相關(guān)控制信息進(jìn)行接收，并借助于繼電裝置來(lái)對(duì)機(jī)關(guān)單位的用電設(shè)備進(jìn)行控制。

3.節(jié)約型用電控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 模擬電表模塊的設(shè)計(jì)

模擬電表主要負(fù)責(zé)從供電公司獲取即時(shí)電價(jià)信息，并將其傳送至用電控制中心中，為便于程序的調(diào)試及下載，本文采用的是AT89S52單片機(jī)，以其為模擬電表的MCU，經(jīng)串口將即時(shí)電價(jià)信息傳送至用電控制中心中。

3.2 用電控制中心模塊的設(shè)計(jì)

用電控制中心能夠從電表中獲取即時(shí)電價(jià)信息，經(jīng)瀏覽器獲取機(jī)關(guān)單位所輸入的用電設(shè)備控制信息，經(jīng)與之相連的無(wú)線傳輸模塊，將這些控制信息傳送至智能開(kāi)關(guān)中。用電控制中心采用的是Mini2440開(kāi)發(fā)板為其硬件平臺(tái)，主芯片為Samsung S3C2440A，前端需經(jīng)串口同模擬電表進(jìn)行相互通信，后端需經(jīng)SPI接口連接無(wú)線發(fā)送模塊進(jìn)行相互通信。其中，用電控制中心串口主要采用的是Mini2440開(kāi)發(fā)板上的CON1。

3.3 智能開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

對(duì)于智能開(kāi)關(guān)而言，其主要負(fù)責(zé)對(duì)即時(shí)電價(jià)控制或遠(yuǎn)程控制命令進(jìn)行接收和解析，并以此為依據(jù)對(duì)機(jī)關(guān)單位的用電設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)等操作，其原理圖見(jiàn)圖2。

圖2 智能開(kāi)關(guān)原理圖

由圖可知，智能開(kāi)關(guān)主要是借助于無(wú)線通信模塊對(duì)從用電控制中心所發(fā)送過(guò)來(lái)的控制信號(hào)進(jìn)行接收的，智能開(kāi)關(guān)MCU對(duì)所接收信號(hào)進(jìn)行解析后，對(duì)同機(jī)關(guān)單位用電設(shè)備相連的繼電器進(jìn)行控制信號(hào)的發(fā)出，并通過(guò)繼電器的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)用電控制的目的。除此以外，繼電裝置的控制信號(hào)即單片機(jī)的輸出，其負(fù)載為機(jī)關(guān)單位220V的用電設(shè)備。經(jīng)比較后，系統(tǒng)采用了直流控制交流型繼電器，其中，負(fù)載端：交流24-380V，控制端：直流3-32V。在具體操作過(guò)程中，只需給控制端3-32V的信號(hào)即可接通負(fù)載端。

4.節(jié)約型用電控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 模擬電表和用電控制中心的串口通信設(shè)計(jì)

用電控制中心采用的是Mini 2440開(kāi)發(fā)板作為硬件平臺(tái)，同時(shí)，引入了Linux操作系統(tǒng)，對(duì)S3C2440串口驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行了加載，為串口操作所需的函數(shù)進(jìn)行了提供。對(duì)于linux而言，所有用電設(shè)備均以文件形式存在，CON1通信串口所對(duì)應(yīng)文件的路徑為dev/ttySAC1，而linux的下串口通信必須經(jīng)termios結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)位、停止位、輸入方式、輸出方式、波特率等多種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

模擬電表經(jīng)串口將即時(shí)電價(jià)信息傳送至用電控制中心中，其中，串口的通信程序主要包括了電表單片機(jī)及用電控制中心的串口通信程序。單片機(jī)和控制中心的主芯片均具有極強(qiáng)的通信能力，所設(shè)計(jì)的串口通信協(xié)議如下：

1)單片機(jī)和主芯片間以9600bit進(jìn)行通信，其幀格式為1-8-N-1；

2)單片機(jī)向主芯片發(fā)起請(qǐng)求，進(jìn)行0x99呼叫信號(hào)的發(fā)送；

3)主芯片收到呼叫信號(hào)后，向單片機(jī)發(fā)送0xAA應(yīng)答信號(hào)；

4)建立數(shù)據(jù)通信過(guò)程。

4.2 遠(yuǎn)程登錄模塊的設(shè)計(jì)

由于系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制功能，因此需在用電控制中心上引入Web服務(wù)器，本文選用的是Boa服務(wù)器。通過(guò)在瀏覽器上進(jìn)行用電控制中心服務(wù)器IP的輸入，即可對(duì)內(nèi)置Boa服務(wù)器的用電控制中心的HTML網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)，在網(wǎng)頁(yè)表單上進(jìn)行有關(guān)信息的輸入。瀏覽器將所輸入信息傳送至用電控制中心中，經(jīng)CGI對(duì)相關(guān)程序進(jìn)行調(diào)用，并對(duì)系統(tǒng)用戶的登陸界面及設(shè)備控制界面所輸入的相關(guān)信息進(jìn)行處理，將所輸入信息進(jìn)行解析，經(jīng)硬件接口對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，并將反饋信息傳送至瀏覽器中。

5.結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的節(jié)約型用電控制系統(tǒng)只需一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口即可對(duì)機(jī)關(guān)單位的用電設(shè)備進(jìn)行有效的控制，因而實(shí)現(xiàn)了機(jī)關(guān)用電的智能化控制。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作，且具有較高的性價(jià)比，實(shí)時(shí)性極強(qiáng)，因此，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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