摘要：本文对目前工厂员工宿舍用电计量存在的问题进行分析，对用电智能管理系统功能与组成进行简要概述，重点对基于工厂宿舍的用电智能管理系统组网方案进行分析比选，并对RS485+以太网模式中主要设备的选型进行阐述。
关键词：用电计量；智能管理；RS485；以太网
1 前言
以往工厂员工宿舍内的用电计量设备较落后，计量不准确、表计自身功耗大，缺乏有效监管控制，难于实现对用电的定时开关和违章电器的管理等，导致偷电漏电、不安全用电、电费拖欠等诸多问题。同时现有的人工抄表、收费和维护模式，管理繁琐且存在诸多漏洞，工厂单一的用电管理方式已不能满足时代的要求。
由于部分员工安全意识淡薄，对用电安全缺乏足够的认识，工厂管理人员对员工宿舍安全用电工作越来越力不从心，不安全的用电方式给工厂带来了极大的安全隐患。员工宿舍作为高密度群居的场所，用电管理成为厂区安全管理工作的重点和难点，在电气设计中有必要应用用电智能管理系统加以改善。
2 用电智能管理系统功能与组成
2.1、系统功能
（1）计量和预收费功能
系统具有精确计量的功能，具有远程抄表和预付费以及每月免费基础用电设置的功能，并在电费快用完时进行低电量报警提示员工购电。当电费欠费到一定数量时，具有自动断电功能。当用户充值后立即将充值信息下传至电表，并自动合闸送电。对于不需要预付费的用户，可设置为后付费工作模式。
系统可以实现员工宿舍管理中心及厂区内各充值点现金充值、圈存机转账、网银和支付宝转账、APP缴费及其它充值方式。同时可实现低余额预警，工厂可根据具体情况进行选择，实现电表声光报警、短信或电子邮件提醒、LED显示屏提醒等功能。
系统允许员工查询自己宿舍电费使用情况，可通过短信查询、圈存机查询、工厂网站查询、APP查询等。当员工离职不再继续用电时，如表内还有余额，则管理者可通过“退电”功能将余额退还给用户账户，同时电表跳闸断电，退电后的电表可作为一只新表进行使用。当员工更换宿舍时，可将预缴的电费转换到新宿舍的电表。
（2）恶性负载限制功能
该功能主要用于员工宿舍违章用电的管理，可有效地避免发生用电事故。当员工违规使用电炉、热得快、电烫斗等大功率电器时，系统将自动识别为恶性负载，并自动切断电源或报警。若自动切断供电，过一段时间（停电时间可设置）可自动恢复。若一天内发生多次违章用电跳闸，则跳闸后只能由管理员在系统上手动恢复。
（3）宿舍定时断电功能
系统可根据工厂的管理需求，实现定时对宿舍内照明、插座、空调、热水器、卫生间照明等用电负载进行管理。例如有些工厂会在夜间11点统一熄灯，切断插座电源，卫生间用电转入夜间照明，空调用电和不间断电源插座则不受控。以上控制功能可通过预付费电表自带功能来实现。同时宿舍楼的公共照明也可纳入本系统管理，通过预付费电表的定时开关功能，将走廊非应急照明灯具接入定时控制回路，实现夜间11点后降低公共照明的照度等功能。
（4）管理功能
系统可采用电脑自动充值、自动抄表的模式。系统能随时抄收用户的用电数据并对用电情况进行实时监控，电脑还可根据采集到的电量信息分析和统计用户的用电情况。厂区管理中心服务器具有对数据信息进行计算、查询、统计、打印及参数设定等功能，从而实现集中管理电费计量、预售电管理及安全用电控制等功能。同时根据国家和地方最新公建节能规范的有关要求，通过宿舍用电管理软件接口输出相关数据集成到工厂的电气分项计量或能耗监控平台上。
2.2、系统组成
宿舍用电管理系统组成包括现场设备层、网络通讯层、管理层及配套设备。
（1）现场设备层
现场设备层主要是单相远程预付费电能表，包含连接于网络中用于电参量采集测量的各类型仪表。作为系统的底层数据采集、控制及预付费单元，用于用电计量、预付费、安全用电管理等。
（2）网络通讯层
网络通讯层由通讯设备及总线网络等组成，是系统的中间单元。下行与计量设备连接，上行与服务器进行数据交换，起到承上启下的作用。通讯设备分为集中器和采集器两类。
采集器：如以太网采集器、GPRS/CDMA采集器等，下行以485电表连接，上行与服务器或集中器连接。
集中器：分载波集中器、国网标准集中器两种，下行与电能表或采集器连接，上行与服务器连接。国网集中器的下行支持RS485、470MHz无线、PLC等多种通讯方式。
（3）管理层
管理层用于预付费管理（包含充值、退电、财务统计等）、用电分析、用电实时监控（包含电流、电压、功率、剩余金额等）、用电管理（包含定时通断电、违规电器管理、负荷限制等）等，提供用户与表计之间的操作界面。
（4）配套设备
配套设备主要用于系统功能扩展及补充，包括短信猫、LED显示屏、现场圈存机等多种设备。
3 用电智能管理系统组网方案比选
员工宿舍用电智能管理系统应是一套完整的用电综合管理系统，应具有安全稳定、经济实用、可扩展、易操作和易维护等特点。
3.1、典型的通讯方式
在用电智能管理系统中，计量终端到服务器之间的通讯方式主要有RS485、载波、470MHz无线、以太网、GPRS/CDMA等。
3.2、主流组网方案比较与选择
方案一：RS485+以太网。电能表采用远程预付费专用电表，通过以太网采集器经过厂区内网与服务器联网。
该方案优势：a、设备成本低：采用性价比较高的485电能表进行预付费管理、用电计量、控制及抄表；b、通讯稳定性高：较传统的485通讯网络来说，通讯和网络故障率得到了极大的改善。传统纯485网络某条线路出现故障则整条线路故障，且容易受雷击影响，而且通讯距离也有很大局限性。采用RS485+以太网的通讯网络，底层表计采用RS485通讯，远距离传输时采用厂区内以太网，避免了长距离传输过程中诸多问题；c、施工简单：RS485+以太网通讯只需要铺设很少量的通讯线路，户外及长距离时采用以太网传输，相对施工工程量较小。
该方案劣势：需要占用厂区内以太网资源。
方案二：470MHz短距离无线+GPRS/CDMA结构。电能表采用远程预付费专用电表，电表通讯为模块式设计，插上470MHz无线通讯模块即可与集中器进行无线通讯。集中器与服务器通过GPRS/CDMA无线网络连通。
该方案优势：a、施工简单：电表和集中器均采用无线通讯，各管理终端通过厂区内网与服务器连接，整个系统不需要任何通讯布线；b、网络覆盖范围广：适合用电终端分散、用电端隔服务器较远、各分厂区同一集中用电管理等场合。
该方案劣势：建设成本较高，后期需要GPRS/CDMA流量包月费和一定的网络维护量，同时易受到无线通讯网络设备故障影响。
通过以上两种方案的比较，结合现在工厂的实际应用情况和总体需求，员工宿舍用电管理系统目前最适合的组网方式应为RS485+以太网模式。
4 系统的主要设备选型
参考各相关生产厂家提供的主要设备清单，员工宿舍用电管理系统的主要设备包括：
图1.宿舍用电管理系统组网
（1）单项远程预付费电能表：选型时应关注仪表的计量精度、通讯接口类型和表计自身的损耗。同时预付费电能表还应具有以下功能：对用户的用电进行计量、进行预付费管理、提醒用户及时购电并将用电信息通过通讯信道传输给服务器、按时间段控制员工宿舍的照明和插座的用电情况、恶性负载限制等功能。
（2）RS-485中继器：能够隔离485通讯故障并将信号进行放大。中继器下行连接多只485电能表，上行连接以太网采集器。当下属电能表出现通讯故障时，不会影响到周边的485通讯，减小故障的影响范围。
（3）以太网采集器：下行采用485通讯，上行采用以太网通讯。集中采集多只485电能表的数据信息并通过以太网传输至服务器。
（4）显示屏：通常安装于各宿舍楼门口，用于显示剩余金额不足的房间号及剩余金额、违规用电的用户、公告通知等。
（5）短信猫：与服务器通过串口连接，接收用户发送的用电查询请求并自动回复、接收用户的充值卡充值密码、网络预付费系统故障时自动短信告知管理员、群发系统通知等。
（6）现场POS机：通过红外通讯对电表进行抄表及控制。用于电表通讯故障时的应急事务处理，如应急通断电。
（7）服务器：是整个系统的核心部分，协调各子单元进行协同工作，存储整套系统的所有数据信息，并提供管理及访问的系统平台。
5 结束语
随着科技的不断进步和巨大的市场需求，以大中型工厂员工宿舍为目标客户的宿舍用电智能管理系统的新产品和管理系统层出不穷，电气设计人员需根据工厂项目的规模和特点，认真分析项目需求，了解各生产厂家产品的特点，合理选择适合本项目的用电智能管理系统。
参考文献：
[1] 王月志 编.电能计量技术（第二版）.中国电力出版社，2015.
[2] 肖勇 等著.电能计量自动化技术.中国电力出版社，2011.
[3] 陈家斌 编.电能计量装置与管理技术.水利水电出版社，2010.
论文作者:谭振华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/4/22
标签：管理系统论文; 以太网论文; 电表论文; 宿舍论文; 通讯论文; 集中器论文; 员工论文; 《电力设备》2018年第31期论文;